楊科 張智勇 張靜

摘 要：基于高中物理教科書難度研究模型，從知識、習題、拓展三個維度對2019年出版的三個版本普通高中物理教科書中相對論部分進行難度的定量比較，結(jié)果表明：魯科版、滬科版教科書的難度遠高于人教版，但三版教科書的平均深度基本一致.建議教師在教學中可合理選取三版教科書中的教學資源，注意必修課程與選修課程間的遞進關系，適當調(diào)節(jié)內(nèi)容的廣度來控制其難度;在設計習題時，可采用形式多樣的開放性習題，以強化學生的關鍵能力.

關鍵詞：難度;物理教科書;相對論

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0016-03

基金項目：西澳大學委托項目“International collaboration in teaching and learning of Einsteinian physics”，長江大學社科基金項目“學科核心素養(yǎng)視角下高中理科教科書的變遷與影響因素研究”，長江大學2020年課程思政示范建設項目“物理學科教學論”.

作者簡介：楊科（1998-），男，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學論;

張智勇（1996-），男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學論.

通訊作者：張靜（1982-），女，湖北荊州人，博士，教授，碩士生導師，研究方向：物理課程與教學論.

隨著我國新一輪基礎教育課程改革的啟動，以“物理學科核心素養(yǎng)”為目標的《普通高中物理課程標準（2017年版）》于2018年正式頒布，2019年高中新版教科書陸續(xù)出版.在此背景下，科學、客觀地對教科書進行評價，從而幫助教師合理運用教科書以及編寫者修訂教科書就顯得十分重要.

由于不同教科書的編者對課程標準的理解不盡相同，教科書的難度會出現(xiàn)差異，具有可比性.本文分別對人民教育出版社、山東科學技術出版社、上?？萍冀逃霭嫔纾ㄒ韵路謩e簡稱人教版、魯科版、滬科版）出版的《普通高中教科書物理》[1-3]必修第二冊模塊中的“相對論”的內(nèi)容進行難度定量比較.

1 高中物理教科書難度研究模型

1.1 模型構建

影響教科書難度的基本要素有三個：廣度、深度和進度[4].本研究借鑒李曉梅[5]、廖伯琴[6]等人建構的模型，忽略教學進度和課時多少的影響，只從教科書本身的廣度和深度方面進行研究.由于“相對論”內(nèi)容不涉及實驗，故研究范圍包括教科書中的知識、習題和拓展三個部分.

教科書的總廣度表示為G=G1+G2+G3，教科書的總深度為S總=S1+S2+S3，其中G1、G2、G3與S1、S2、S3分別為知識廣度、習題廣度、拓展廣度與知識深度、習題深度、拓展深度.教科書的難度表示為N=S總/S總max，其中S總max表示所比較的教科書中總深度的最大值.教科書的平均深度表示為S-=S總/G.

1.2 賦值標準

1.2.1 廣度的賦值標準

知識的廣度研究是按照教科書的章節(jié)結(jié)構，整理出教科書中最小的知識點[5].本文選擇教科書的三級標題作為最小知識點，教科書中的節(jié)首也算作最小知識點，但是個別情況下，三級標題下仍需要進行細分，對此內(nèi)容參考教師用書的教學目標進行選擇.求出最小知識點的總個數(shù)就可以得到知識的廣度.

習題的廣度研究是教科書中每一節(jié)的課后習題與每一章的章末習題，習題的總個數(shù)即為習題的廣度.

拓展的廣度研究為教科書中的欄目.拓展欄目主要為諸如STSE、科學漫步、科學書屋、拓展一步、信息瀏覽、多學一點等以專門版塊呈現(xiàn)在教科書中的欄目，欄目的總個數(shù)即為拓展的廣度.

1.2.2 深度的賦值標準

深度研究是在廣度研究的基礎上進行，根據(jù)廖伯琴[7]創(chuàng)建的內(nèi)容深度的賦值標準進行深度賦值.高中物理教科書中內(nèi)容的不同層次劃分標準及深度賦值見表1.

例如，人教版教科書中對“牛頓力學時空觀”知識進行簡單文字描述，深度賦值為1;人教版教科書中第一個習題應用“同時的相對性”知識進行簡述即可，深度賦值為1;人教版教科書中對科學漫步欄目“宇宙的起源與演化”進行簡單的分析描述，深度賦值為1.其余內(nèi)容的深度賦值依照同樣方式進行.

2 教科書難度的比較研究

基于以上建構的高中物理教科書難度研究模型，對人教版、魯科版、滬科版高中物理教科書中“相對論”內(nèi)容進行比較研究.

2.1 廣度與深度的比較

人教版、魯科版、滬科版的知識廣度G1分別為5、11、12，知識深度S1分別為7、13、15（見表2）.故魯科版、滬科版的知識廣度、深度均高于人教版.三版教科書均包含了課程標準所要求的“相對論”部分的基本知識，如狹義相對論的基本假設、長度收縮效應、時間延緩效應等;人教版與課程標準所要求的內(nèi)容基本一致，魯科版則介紹了諸如“質(zhì)能關系”等略難的知識供學生拓展，滬科版則全面介紹了“經(jīng)典力學”的成就和局限性等內(nèi)容.在內(nèi)容安排上，魯科版和滬科版均先介紹牛頓力學的局限性再講述相對論內(nèi)容，而人教版則先安排相對論內(nèi)容.

人教版、魯科版、滬科版習題的廣度G2分別為3、12、11，習題的深度S2分別為3、15、12（見表3）.故魯科版、滬科版的習題廣度與深度均高于人教版，由于人教版教科書的“相對論”內(nèi)容只有一節(jié)，其習題數(shù)量較少，導致其廣度與深度較低.

人教版教科書中的習題主要是對知識的簡單應用;魯科版、滬科版則形式較為多樣，在考查簡單應用基礎上，設有查閱資料、小論文撰寫、調(diào)研報告、科幻劇等開放性習題，能夠發(fā)展學生信息處理、論文寫作、口頭表達等綜合能力.例如，魯科版“章末練習2”“查閱資料，了解愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的過程，寫一篇相關的科技小論文” 與滬科版“家庭作業(yè)與活動3”“撰寫一篇題為關于‘伽利略、牛頓的科學研究方法對物理學發(fā)展的意義的小論文”可培養(yǎng)學生信息搜索、信息整理及論文寫作等能力，也可以讓學生了解相關物理學史，培養(yǎng)學生的學習興趣.

人教版、魯科版、滬科版拓展的廣度G3分別為2、5、5，拓展的深度S3分別為2、5、5（見表4）.故魯科版、滬科版的拓展廣度與深度相同且均高于人教版.三版教科書均注重物理與現(xiàn)代技術的聯(lián)系，設立了拓展欄目開拓學生的眼界.如人教版的“科學漫步”，魯科版的“科學書屋”和“拓展一步”，滬科版的“信息瀏覽”和“多學一點”等;人教版對天文學進行了簡要介紹，魯科版注重諸如“愛因斯坦”等物理學史的呈現(xiàn)，滬科版?zhèn)戎貎?nèi)容廣度的豐富.

基于以上分析，人教版、魯科版、滬科版的總廣度G總分別為10、28、28，總深度S總分別為12、33、32.故魯科版、滬科版教科書的總廣度最高，魯科版教科書的總深度最高，且魯科版、滬科版教科書的總廣度和總深度均高于人教版.魯科版與滬科版教科書的“相對論”內(nèi)容作為一章的形式呈現(xiàn)，而人教版作為一節(jié)的形式呈現(xiàn)，導致其內(nèi)容三個維度的廣度均高于人教版教科書.由于總深度與廣度是正相關的，所以魯科版、滬科版教科書深度均遠遠高于人教版.

2.2 平均深度比較

依據(jù)平均深度公式S=S總/G，可得到人教版、魯科版、滬科版的平均深度以及三個維度的平均深度（見表5）.

結(jié)果表明，三版教科書的平均深度基本一致.人教版教科書的知識的平均深度最高，有“窄而深”的取向;魯科版教科書習題的平均深度最高，與其習題的開放性和實踐性有關;三版教科書拓展的平均深度均為1.

2.3 難度比較

依據(jù)內(nèi)容難度公式N=S總/S總max，三版教科書的難度N分別為0.36、1.00、0.97，三版教科書在知識、習題、拓展三個維度方面的難度見表6.

三版教科書中魯科版、滬科版教科書的難度較高，主要因為其內(nèi)容廣度較高.在知識方面，滬科版教科書的難度最高，而人教版最低;在習題與拓展方面，魯科版、滬科版教科書的難度均遠高于人教版.

3 結(jié)論與建議

在相對論部分，人教版、魯科版、滬科版教科書的難度呈現(xiàn)如下順序：魯科版>滬科版>人教版，魯科版、滬科版教科書的廣度最高，但三版教科書的平均深度基本一致.三版教科書均具有各自的特色：在知識上，人教版注重相對論的基本知識，魯科版強調(diào)相對論的整體性，滬科版則重視經(jīng)典力學的重要性;在習題上，人教版重視知識的簡單應用，魯科版?zhèn)戎刈詫W與實踐能力，滬科版則介于兩者中間;在拓展上，人教版?zhèn)戎噩F(xiàn)代科學的介紹，魯科版重視物理學史的滲透，滬科版強調(diào)物理內(nèi)容的豐富.

教師在教學中可根據(jù)學生的不同需求，合理選擇三版教科書中的教學資源，并應注意必修課程與選修課程間的遞進關系，適當調(diào)節(jié)相對論知識的廣度來控制其難度，可以將一些拓展內(nèi)容作為選學部分供學生選擇性學習.在設計習題時，教師可通過結(jié)合三版教科書中形式多樣的開放性習題[8]，例如自主查閱資料、科幻劇、調(diào)研報告等，以增強學生學習相對論的興趣，讓學生深入理解物理學科的研究方法，從而強化學生關鍵能力的培養(yǎng).

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理（必修第二冊）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]司南中學物理教材編寫組.普通高中教科書物理（必修第二冊）[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[3]束炳如，何潤偉.普通高中教科書物理（必修第二冊）[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?019.

[4]史寧中，孔凡哲，李淑文.課程難度模型：我國義務教育幾何課程難度的對比[J].東北師大學報，2005（06）：152-156.

[5]李曉梅，李春密.中美初中物理教材難度的靜態(tài)比較分析[J].物理教師，2016，37（08）：78-81.

[6]廖伯琴，霍靜.高中物理教材難易程度的國際比較研究[J].物理教學探討，2019，37（09）：1-4+8.

[7]廖伯琴.中小學理科教材難度國際比較研究（高中物理卷）[M].北京：教育科學出版社，2016.

[8]Magdalena Kersting，Ellen Karoline Henriksen，Maria Vetleseter Be，Carl Angell.General relativity in upper secondary school： Design and evaluation of an online learning environment using the model of educational reconstruction[J].Phys.Rev.Phys.Educ.Res.，2018，14（01）： 010130.

（收稿日期：2021-04-10）