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        中美高中物理主流教材例題比較分析

        2021-11-17 23:31:52何彬淇王歡
        物理教學(xué)探討 2021年9期
        關(guān)鍵詞:高中物理

        何彬淇 王歡

        關(guān)鍵詞:中美教材:高中物理;例題:教材比較

        1引言

        1.1研究問題

        本文主要研究中美高中物理教材在例題呈現(xiàn)方式上的異同點(diǎn),例如:在題干中是傾向于直接給出物理模型還是通過對(duì)真實(shí)情境的描述讓學(xué)生主動(dòng)去建構(gòu)物理模型?例題是否給出配圖以使問題更加形象與直觀?例題的難度水平是否一致?另外,例題與習(xí)題最大的不同在于教材給出了例題的解答過程,對(duì)學(xué)生來說,是解題方法的示范,那么中美教材的例題在解答過程中又有什么樣的不同呢?例題解答過程的環(huán)節(jié)設(shè)置,解答過程中符號(hào)與語言的占比情況等,都值得我們?nèi)シ治觥?/p>

        1.2研究目的與意義

        在實(shí)際教學(xué)中,相較于教材中的習(xí)題而言,教師和學(xué)生對(duì)教材例題的利用率更高;且例題的解答過程是由教材給出的,對(duì)于學(xué)生來說,是解題的參考與規(guī)范。因此,有必要對(duì)例題的呈現(xiàn)形式提出更高的要求。通過對(duì)比分析中美教材的例題,可以在一定程度上發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)行教材在例題設(shè)置上的一些優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)教材例題的優(yōu)化提出切實(shí)可行的建議。

        1.3研究方法

        本文主要采用文本分析法,分別選取中美兩國高中物理主流教材為研究樣本:人民教育出版社于2019年出版的普通高中教科書《物理》和美國麥格勞一希爾公司于2008年出版的高中物理教材《物理:原理與問題》(Physics:Principles andProblems),為簡(jiǎn)便起見,在下文中分別稱這兩套教材為人教版教材和美國教材。

        在對(duì)例題進(jìn)行對(duì)比分析時(shí),選取“機(jī)械能”部分的相關(guān)內(nèi)容,主要分為兩個(gè)方面:第一,從情境設(shè)置、插圖使用情況和題目難度三個(gè)方面對(duì)題干進(jìn)行對(duì)比分析;第二,從符號(hào)與語言的占比、環(huán)節(jié)設(shè)置兩個(gè)方面對(duì)例題的解答過程進(jìn)行對(duì)比分析。

        1.4研究現(xiàn)狀

        在對(duì)我國教材例題的研究中,樊蕾從例題設(shè)置的數(shù)量、類型、情境來源、信息呈現(xiàn)方式以及解題過程這幾個(gè)方面分析了人教版高中物理教材的特征,并依據(jù)分析結(jié)果提出應(yīng)適當(dāng)增加題目的開放性與綜合性等建議。

        在對(duì)中美高中物理主流教材例題的研究中,李亞飛對(duì)中美教材例題習(xí)題進(jìn)行了對(duì)比,得出了入教版教材例題含“科技應(yīng)用”背景的較多,美國教材例題以“純知識(shí)”背景為主:人教版教材例題重視分析解題思路,整體文字表述較多,美國教材例題的解答模式固定,解答步驟清晰完整:人教版教材例題的綜合難度高于美國教材。李蕾從例題標(biāo)題、物理過程分析、物理解題格式、檢驗(yàn)反思、數(shù)學(xué)手冊(cè)5個(gè)方面對(duì)中美高中物理教材例題的呈現(xiàn)方式進(jìn)行了比較研究,得出美國教材更注重教育心理學(xué)成果,更加顯化科學(xué)方法教育,并對(duì)我國教材的優(yōu)化提出了建議。胡東明比較分析了中美高中物理教材中“動(dòng)量”部分例題的共同點(diǎn)與不同點(diǎn),并對(duì)我國教材提出了注重例題解答過程中的物理意義、重視解題前對(duì)題目的分析和概括、增加解題后對(duì)結(jié)果的分析步驟等建議。

        在上述研究的基礎(chǔ)上,筆者選取我國新版高中物理教材,對(duì)中美兩版教材中“機(jī)械能”部分的例題展開分析,以期對(duì)我國教材例題的優(yōu)化設(shè)置提供參考。

        2理論基礎(chǔ)

        2.1建構(gòu)主義

        建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的情境性,強(qiáng)調(diào)把所學(xué)的知識(shí)與一定的真實(shí)性任務(wù)掛鉤,提倡在教學(xué)中使用真實(shí)性任務(wù),讓學(xué)生通過一定的合作來解決情境性問題,以此建構(gòu)起能靈活遷移應(yīng)用的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。因此,例題中如果能以真實(shí)的情境作為問題背景,讓學(xué)生意識(shí)到物理知識(shí)價(jià)值的同時(shí),能夠加深他們對(duì)知識(shí)的理解,提高解決問題的能力。

        建構(gòu)主義認(rèn)為,在知識(shí)建構(gòu)過程中,學(xué)習(xí)者以原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)來同化新知識(shí),且同化過程涉及到感知、判斷、推理、記憶等一系列復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng):隨著新知識(shí)的同化,原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)會(huì)因?yàn)樾轮R(shí)的納入而發(fā)生調(diào)整或改組,即知識(shí)的順應(yīng)。在做題過程中,學(xué)生的認(rèn)知在不斷地發(fā)生同化與順應(yīng),例題的解答過程可以反映出感知、判斷、推理等認(rèn)知過程,若例題的解答過程能將這些復(fù)雜的認(rèn)知過程條理清晰地呈現(xiàn)出來,將非常有利于學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)。

        2.2修訂后的布盧姆認(rèn)知分類

        分類學(xué)有助于更好地規(guī)定課程目標(biāo),使學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的安排與評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備容易些。修訂后的布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類包括了從低級(jí)到高級(jí)的六類認(rèn)知過程,分別是記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造,這六個(gè)認(rèn)知水平的含義如表1所示。其中,記憶與保持是最緊密相關(guān)的,其他五類逐漸增加了與遷移的關(guān)聯(lián)性。對(duì)例題難度水平進(jìn)行劃分,能夠更好地對(duì)例題的設(shè)置進(jìn)行評(píng)價(jià),并提出有依據(jù)的優(yōu)化建議。

        3例題分析

        筆者從例題的題干和例題的解答過程兩個(gè)方面對(duì)中美教材進(jìn)行對(duì)比分析,研究發(fā)現(xiàn)中美教材在例題編制上有各自的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)我國教材例題的優(yōu)化設(shè)置提出改進(jìn)建議。在分析題干時(shí),從題目涉及的情境、所配的插圖和難度水平三個(gè)方面展開:在分析解答過程時(shí),從解答環(huán)節(jié)的設(shè)置和解答過程中符號(hào)與語言的占比情況展開。

        在分析題干與解答過程之前,首先從中美教材“機(jī)械能”部分中各選取了一個(gè)例題進(jìn)行展示,以便讀者對(duì)中美教材例題題干和解答過程的呈現(xiàn)方式有一個(gè)直觀的印象。

        3.1例題展示

        在人教版教材和美國教材中各選取了一個(gè)例題,這兩個(gè)例題都考查了學(xué)生對(duì)功的概念的理解以及功的計(jì)算的應(yīng)用水平,具有一定的對(duì)比性。

        3.1.1人教版教材例題

        一個(gè)質(zhì)量為150 kg的雪橇,受到與水平方向成37。度斜向上方的拉力,大小為500 N,在水平地面上移動(dòng)的距離為5m。地面對(duì)雪橇的阻力為100 N,cos37。=0.8。求各力對(duì)雪橇做的總功。

        分析雪橇的運(yùn)動(dòng)方向及有關(guān)受力情況如圖1所示。拉力F可以分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力,豎直方向的分力E、支持力Fx和重力G與運(yùn)動(dòng)方向垂直,不做功。所以各力對(duì)雪橇做的總功為拉力的水平分力Fx和阻力F阻所做的功的代數(shù)和。

        3.1.2美國教材例題

        力與位移成一角度,一船員在岸邊拉著繩索,使小船沿著碼頭前進(jìn)了30.0 m的距離,已知拉繩與水平面夾角成25.0。。如果船員施加于拉繩上的力為255 N,那么他對(duì)小船做了多少功?

        (1)分析概括問題

        ①建立坐標(biāo)軸。

        ②作出表示小船初始條件的示意圖(圖2)。

        ③畫出矢量圖,表明力以及力在位移方向上的分量。

        已知:F=255 N,d=30.0 m,0=25.0。;未知:w

        (2)求解未知量

        利用與位移成一角度的力的做功公式

        W=Fdcos0=255 Nx30.0mxcos25.00=6.93x103 J

        (3)驗(yàn)證答案

        ①單位是否正確?功是以J來量度的。

        ②符號(hào)是否有意義?船員對(duì)小船做了功,所以用正的數(shù)值表示功是正確的。

        3.2例題題干分析與建議

        對(duì)中美教材“機(jī)械能”部分的例題題干進(jìn)行分析,并對(duì)例題數(shù)量、所處章節(jié)、涉及的生活情境、插圖情況、例題題型和難度水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到人教版教材和美國教材“機(jī)械能”部分例題統(tǒng)計(jì)表,分別如表2、表3所示。

        3.2.1情境分析與建議

        根據(jù)表2可知,人教版教材的5個(gè)例題中,有4個(gè)例題以生活情境為背景,涉及到的情境有雪橇滑行、發(fā)動(dòng)機(jī)工作、飛機(jī)滑跑和打夯:還有1個(gè)例題沒有涉及到生活情境,而是直接展示了“繩一球”模型,讓學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。根據(jù)表3可知,美國教材的6個(gè)例題全部都以生活情境為背景,涉及到的情境有冰球滑行、碼頭拉船、電梯上升、舉保齡球、樹枝掉落和汽車追尾。

        對(duì)比中美教材例題可以知道,兩版教材都有較強(qiáng)的“通過真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)問題背景”的意識(shí),但是美國教材中體現(xiàn)出來的對(duì)情境的重視程度要高于人教版教材。通過對(duì)生活中真實(shí)問題的解決,可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)的價(jià)值,提高他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。真實(shí)的情境往往需要學(xué)生自主建構(gòu)物理模型,有利于學(xué)生發(fā)生知識(shí)的遷移。因此,建議在編制教材例題的過程中,有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)真實(shí)情境的重視。

        3.2.2插圖分析與建議

        例題中總是有題干情境和解答分析過程出現(xiàn)在同一幅圖片中的情況(例如圖2),因此難以將題干中出現(xiàn)的插圖和解答過程中出現(xiàn)的示意圖進(jìn)行劃分,所以文章在分析例題插圖時(shí),同時(shí)對(duì)題干和解答過程中出現(xiàn)的圖片進(jìn)行分析。

        由表2可知,人教版教材的5個(gè)例題中,有2個(gè)例題的插圖以“模型圖”的形式呈現(xiàn),有1個(gè)例題的插圖以“情境圖”的形式呈現(xiàn),有1個(gè)例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現(xiàn),還有1個(gè)例題沒有任何配圖。由表3可知,美國教材的6個(gè)例題全部都有插圖,其中有4個(gè)例題的插圖以“情境圖”的形式呈現(xiàn),還有2個(gè)例題的插圖以“情境圖+模型圖”的形式呈現(xiàn)。

        例題題干中的插圖可以使問題情境直觀化、形象化:解題過程中用于分析的模型圖或原理圖可以使解題的邏輯更加清晰。通過中美教材對(duì)比可知,人教版教材例題在模型化的插圖上做得較好,善于利用模型圖幫助學(xué)生分析題目背后物理量之間的邏輯關(guān)系。不過在情境化的插圖上略有不足,雖然不是一味地要求每個(gè)例題都必須配有情境圖,但是應(yīng)該盡量給題干所描繪的情境配以相應(yīng)的插圖,如果能用寫實(shí)的圖片來配合文字描述,可以更加清晰地刻畫出問題情境。

        3.2.3難度分析與建議

        依據(jù)修訂后的布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類學(xué),對(duì)例題的難度進(jìn)行分析。對(duì)比表2和表3可知,無論是人教版教材中的例題還是美國教材中的例題,幾乎都處于“應(yīng)用”水平,只有美國教材的第6個(gè)例題對(duì)學(xué)生的分析能力具有一定的要求,將其劃分為“分析”水平。

        根據(jù)對(duì)中美教材難度的分析,無論是人教版教材還是美國教材,例題難度水平都較為單一,基本處于應(yīng)用水平;且題型較為單一,都是計(jì)算題。因此,建議在編制教材例題的時(shí)候可以涉及多種題型,除了選擇、判斷、計(jì)算等封閉式的題型,還可以編人探究題、活動(dòng)題等開放式的題型。與此同時(shí),建議將例題的難度水平階梯化,以滿足不同層次學(xué)生的需求。

        3.3例題解答分析與建議

        3.3.1環(huán)節(jié)對(duì)比與建議

        由“例題展示”部分可得知,人教版教材例題的解答過程主要分為“分析”和“解”兩大部分;美國教材例題的解答過程分為“分析概括問題”“求解未知量”和“驗(yàn)證答案”三個(gè)部分。對(duì)比中美教材解答過程中的環(huán)節(jié)設(shè)置情況可知,人教版教材的“分析”環(huán)節(jié)和美國教材的“分析概括問題”環(huán)節(jié)功能幾乎一致,可一一對(duì)應(yīng):人教版教材的“解”環(huán)節(jié)和美國教材的“求解未知量”環(huán)節(jié)功能幾乎一致,可一一對(duì)應(yīng):最主要的區(qū)別在于美國教材多了“驗(yàn)證答案”環(huán)節(jié)。

        檢驗(yàn)反思環(huán)節(jié)是對(duì)學(xué)生批判性思維的引導(dǎo),使學(xué)生有目的、白我調(diào)節(jié)地判斷,并且這種判斷存在于對(duì)證據(jù)、概念、方法、標(biāo)準(zhǔn)或背景進(jìn)行解讀、分析、評(píng)價(jià)、推論和解釋中。檢驗(yàn)環(huán)節(jié)有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,可以提高學(xué)生思維的證據(jù)意識(shí)和思維的縝密性,因此建議編制教材例題時(shí),在解答過程增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。

        3.3.2符號(hào)與語言占比分析與建議

        在求解過程中,中美教材的符號(hào)與語言占比情況比較接近,都使用了大量的數(shù)學(xué)符號(hào)和物理符號(hào)進(jìn)行解題。不同的是人教版教材在分析環(huán)節(jié)通過大量的語言對(duì)題目中物理量之間的關(guān)系進(jìn)行描述與分析,符號(hào)占比極少;而美國教材在分析環(huán)節(jié)中語言與符號(hào)的占比相當(dāng),且語言描述明顯少于人教版教材。

        筆者認(rèn)為,在這一部分人教版教材做得較好。語言描述自然有它的缺點(diǎn),沒有符號(hào)來得更加直觀與簡(jiǎn)明。較多的語言描述雖然略顯噦嗦,但是在分析階段,為了把物理量之間的復(fù)雜關(guān)系描述清楚,需要借助較多的語言描述來達(dá)到這一效果。

        4結(jié)論與啟示

        文章對(duì)中美主流物理教材“機(jī)械能”部分的例題展開了對(duì)比研究。從情境、插圖和難度三個(gè)方面對(duì)例題題干進(jìn)行了分析,從環(huán)節(jié)設(shè)置和符號(hào)與語言的占比兩個(gè)方面對(duì)例題的解題過程進(jìn)行了分析。

        在對(duì)例題題干的分析中,發(fā)現(xiàn)人教版教材“通過真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)問題背景”的意識(shí)不夠強(qiáng),情境化的插圖略顯不足,例題難度都處于應(yīng)用水平,題型單一,因此對(duì)我國教材例題編制提出要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)真實(shí)情境的重視、增加情境化的插圖、避免難度水平過于集中、豐富題目類型等建議。

        在對(duì)例題解題過程的分析中,發(fā)現(xiàn)人教版教材例題的解答過程缺少檢驗(yàn)環(huán)節(jié),提出了增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的建議。在符號(hào)與語言占比情況的分析中,發(fā)現(xiàn)人教版教材編制得較好,能夠把物理量之間的復(fù)雜關(guān)系描述清楚。

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