对中美两套高中物理教材例、习题的比较分析

曾银标++徐斌++陈浩

摘 要：通过对“粤教版”高中物理教材与美国高中理科教材《物理：原理与问题》中例、习题的比较研究发现：“粤教版”教材中的例题解答模式没有规范化，其习题形式较多，并且重视知识的获得过程。相比于我国“粤教版”教材，美国教材中所有例题的解答都是分三个步骤的规范模式，其习题进行了细分和归类，这些特点能为我国例、习题的编写提供参考和思路。

关键词：高中物理教材；例题；习题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0071-4

教材中的例题和习题是学生巩固知识、加强实践、拓展视野、学会应用知识解决问题的重要途径。《物理：原理与问题》是美国麦格劳-希尔公司出版的一套美国高中物理教材，供9～12年级学生选学。[1]这套美国物理教材分为上、中、下三册，是美国高中主流理科教材，全美使用率近50%。[2]以往对这套教材的研究重点都不在例、习题的分析上，本文在深入分析这套教材例、习题特点的同时，将我国“粤教版”高中物理教材与之进行了对比分析。

1 例题比较

例题在物理教学中具有开阔思维方式、物理知识应用和解题方法示范等作用，有助于学生深刻理解物理概念和规律。“粤教版”教材中的例题与美国教材中的例题有很大的差别，具体分析如下：

1.1 对两套教材解题模式的阐述

“粤教版”教材中的例题解答过程是先分析后求解。分析部分包括分析图表、涉及物理量或物理知识，某些例题还充分分析了整个物理过程等内容。求解部分是依据分析和相关的物理知识列出公式或方程、代入数据算出结果，其中还有一定的文字说明等过程。

下面是“粤教版”教材中第3章第4节《力的合成与分解》的例2。

例2：一质量为200 kg的物体，置于倾角为30 °的斜面上，求物体所受重力沿斜面和垂直于斜面方向的分力。（取g=10 m/s2）

分析：题中求的是重力沿斜面和垂直于斜面方向的分力，确定了重力的分解方向，本题的答案是唯一的，我们可以直接依据平行四边形定则对重力进行分解。

解：把重力G分解为沿斜面的分力G1和垂直于斜面的分力G2，如图1所示。

■

图1 重力分解

由几何关系可知：

G1=Gsinα，

G2=Gcosα。

代入数据得：

G1=Gsinα=200×10×sin30 ° N=1000 N，

G2=Gcosα=200×10×cos30 ° N=1730 N。

即沿斜面的分力大小为1000 N，垂直于斜面的分力大小为1730 N。[3]

美国教材中所有例题的解答过程都是统一的，分三个步骤的规范模式。

第一步：分析概括问题。这步包括：概述情景或建立坐标系、作图分析对象并且标出相关物理量、列出已知和未知。

第二步：求解未知量。这步包括：根据相关的物理知识列出公式或方程、代入数据算出结果。

第三步：验证答案。这步包括：单位是否正确、符号或方向是否有意义、数据是否合理。

下面是美国教材中第5章第3节《二维力和运动》的一个例题。

重力在斜面上的分力，一只重562 N的纸板箱静止在与地面成倾角θ的斜面上，求这个重力平行于斜面和垂直于斜面方向的分力。

[1]分析概括问题

建立坐标系，x轴正方向指向上坡方向。

作出受力分析图（图2），标出Fg，它的分量Fgx和Fgy，以及角度θ。

已知： 未知：

Fg=562 N Fgx=？

θ=30 ° Fgy=？

■ ■

图2 受力分析

[2]求解未知量

Fgx和Fgy的方向与正轴的方向相反，因此它们的值为负。

Fgx=-Fgsinθ=-562 N×sin30 °，

将Fg=562 N，θ=30 °，代入，

Fgx=-281 N。

Fgy=-Fgcosθ=-562 N×cos30 °，

将Fg=562 N，θ=30 °，代入，

Fgy=-487 N。

[3]验证答案

·单位是否正确？力是用N量度。

·符号是否有意义？这些分力的方向与正轴的方向相反。

·数值是否合理？两个数值都小于Fg。[4]

1.2 对两种解题模式的具体分析

对两套教材呈现的解题模式进行分析可知：

第一，美国教材的例题中首先就是“分析概括问题”，在概述情景和作图分析后列出了由题目得到的已知和未知。根据问题解决理论模式的信息加工观点，这里的“已知”和“未知”分别对应了问题基本成分中的“初始状态”和“目标状态”，问题解决是一系列趋向目标的认知操作。[5]由该观点可知，美国教材所有例题列出的已知和未知能够帮助学生理清问题，从而能培养学生正确的解题思维。

第二，美国教材例题中的最后部分都有“验证答案”环节。这不仅仅检验了计算的结果和体现严谨的习惯，还培养了学生分析数据、对获得知识和解决问题的评价、反思能力。这在一定程度上能让学生主动地监控自己的解题过程并作出及时调整，分析自己的得失，可以培养学生的元认知能力。美国教材中的每一个例题都设置了包括分析概括问题、求解未知量、验证答案这三个规范的解题步骤，其逻辑思路清晰、符合问题解决的心理过程，这点在较复杂的例题解答中表现得更明显。

第三，相比于美国教材，“粤教版”教材中例题的分析更加具体和到位，尤其是对整个物理过程的分析。在求解过程中也有必要的文字说明，以理清学生的思路。同时，美国教材中的例题多数只考查单个知识点的简单应用。而“粤教版”教材中的多数例题考查了多个知识点的综合应用，这更有利于学生构建分散知识点的内部联系。

从上面的分析可知，美国教材这样的一套例题解题规则作为规范模式固定于每个例题中，可以培养学生的解题习惯， 在一定程度上能提高解题质量。而“粤教版”教材中的例题在分析和求解部分更灵活，还注重对不同知识点的综合应用。

2 习题比较

习题是学生实践活动的重要形式，它既可以作为学生理解和巩固知识、提升科学素养、发展创新精神的重要载体，又可以作为物理与社会链接的桥梁。“粤教版”教材中的习题与美国教材中的习题在多个方面的差异明显，具体如表1所示：

由表1可知两套教材中的习题主要有以下差异：

2.1 在课文习题上的差异

相比于美国教材，“粤教版”教材中课文习题的种类和形式较多，且多数是在实验探究或师生交流中展开，学生有更多的主动性。这些课文习题重视知识的形成过程，体现了新课程重视过程与方法的教育目标。尤其是让学生经历科学探究过程， 这样学生能认识科学探究的意义， 并且尝试应用科学探究的方法研究物理问题和验证物理规律。[7]而美国教材中的课文习题的形式比较单一，以巩固概念的传统解答题为主。

2.2 在课后习题上的差异

美国教材对课后习题进行了较详细的种类划分，而且在思维或难度等层次上由简单到复杂、循序渐进，更加符合学生的认知规律。总体说来，美国教材中的课后习题简单易懂、偏向定性描述和说明，重视学生对概念理解和问题解决的能力，内容也比较贴近生活实际。而“粤教版”中的课后习题分类层次不够清晰，显得有点杂乱。总体说来，“粤教版”教材中的课后习题比较理论化、偏向定量计算，并且难度较大。

2.3 在习题数量上的差异

美国教材中平均每节的习题总数量远比“粤教版”中的多，大约是“粤教版”中的三倍。“粤教版”教材的课文习题比重比美国教材的大，从这可以看出“粤教版”教材重视课堂练习和课堂效率。而美国教材将更多的习题放在了章末的课后习题上，从这可以说明美国教材注重学生的课后练习和课后主动性。

学生的经验背景是其理解新事物、吸纳新思想的基础， 其主要来源于以往的日常生活。因此，越是贴近生活的内容， 就越能够调动学生的既有经验， 也越容易为学生所接受。[8]相比于“粤教版”教材中的习题，美国教材中的习题背景更贴近生活实际、关注范围更广泛。例如，第五章《二维力》习题的关注点有割草、驾车旅游、马拉车、网球、电视塔、徒步旅行、宇宙探索、导航、红灯停下、做广告、雪橇、神话、美化环境、奥林匹克运动、运用模型、分析与结论等， 范围涉及体育、生活、环境、交通等领域。这些与日常生活相关的习题占了很大的比重，并将习题的关注点在题头用加粗的黑体字予以明示。章末习题中的“科技写作”偏重对科学家、科学事件、科学原理对社会的影响的评论，以小论文的方式激发学生对物理、社会、科技相互关系的深入思考。

从上面的分析可知，“粤教版”教材的课文习题形式较多，重视学生知识的形成过程。而美国教材中的课后习题数量较多并且进行了细分归类，重视概念和基础知识的掌握，同时其习题贴近生活实际、关注范围广泛。

3 启 示

通过对“粤教版”教材与美国教材的例、习题比较分析可知，在例题学习或习题解答的过程中可以先列出题干的已知量和未知量，求解后再做验证。并且，例题最好是能够将前面所学的知识点综合联系起来。而对于课文习题，应该选取开放、形式多样和重视知识获得过程的题目。也可以尝试对课后习题进行一定的细分编排，使习题更具层次性。笔者对这两套教材中例、习题作了以上的比较和分析，希望能够对我国例、习题的编写有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]钱振华.一本广受好评的美国高中物理教材——《物理：原理与问题》简介[J].基础教育课程，2008，（11）：1.

[2]张恩德.美国近二十年高中物理教材结构的变化特点及启示[J].课程·教材·教法，2010，（4）：2.

[3]保宗悌.物理（必修一）[M].广州：广东教育出版社，2010：1.

[4]（美）保罗·齐泽维茨.物理：原理与问题（上册）[M].杭州：浙江教育出版社，2008.

[5]陈琦.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2007：331-332.

[6]廖伯琴.高中物理课程标准的研制思路及框架[J].物理教学探讨，2005，（1）：2.

（栏目编辑 邓 磊）