高中物理教材习题难度国际比较

廖伯琴　罗军兵　马兰　向娟

作者简介：廖伯琴，西南大学物理科学与技术学院教授、博导，西南大学科学教育研究中心主任，国家基础教育课程改革教材专家工作委员会成员，全国高等物理教育研究会副理事长。国家中学物理课程标准研制组组长。

摘 要：习题作为教材的一个重要组成部分，有着丰富的内涵和独特的功能。教材中习题的难易程度是衡量教材质量的重要指标之一，也是学生课业负担的影响因素之一。本研究从美、英、法、德、俄、中、日、韩、新、澳国家中选取高中物理教材，通过构建的难度计算模型对教材习题的难度及特点进行比较研究。结果表明，我国高中物理教材习题的难度属于中等水平，且习题量不大，有“窄而深”的取向。研究表明，我国高中物理教材中的习题不是导致学生课业负担加重的主要因素。

关键词：高中；物理教材；习题；难度

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）11-0001-4

1 引 言

21世纪的基础教育改革强调以人为本。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》明确指出“过重的课业负担严重损害儿童少年身心健康”[1]，并提出“减轻学生课业负担是全社会的共同责任”[2]。教材作为教学中最基础也是最主要的课程资源，其难易程度决定了学生掌握知识的程度，也是导致课业负担的重要因素。因此，深入研究教材的难易程度是非常重要的。

习题作为物理教材的一个重要组成部分，有着极其丰富的内涵和独特的功能。著名的物理学家费曼认为，习题能够充实课堂讲授，使讲过的概念更加实际，更加完整和更加易于牢记[3]。习题在物理教学中的作用，不仅表现在促进个体对知识的理解和领悟上，在解答习题的过程中，还能不断提高有关概念和规律的逻辑结构网络的内化程度[4]。在新课程改革背景下，比较研究国际高中物理教材习题的难易程度及特点，对提高我国中学物理教材质量，把握中学物理教材习题的难易程度，促进学生全面发展等皆有重要的意义。

2 研究设计

2.1 研究样本的选取

比较研究习题难度，可更好地了解我国高中物理教材的习题在国际教材中的难度水平和特点，有利于探索习题对学生课业负担的影响。为使研究对象具有代表性，本研究选定了美、英、法、德、俄、中、日、韩、新澳十个国家的高中物理教材（后文简称十国物理教材），其选择依据综合考虑了核心课程、出版社、出版时间、使用面、权威推荐、研究者关注等因素，综合根据教材的权威性、影响力、认可度及使用量等选取了高中物理教材。（如，美国选取《Physics ： Principles and Problems 》，该教材被多次重印，且使用量相对大，在国内，上海科技出版社和浙江教育出版社先后出版中译本，有相当影响力。）

2.2 习题难度的计算模型与赋值

（1）习题难度的计算模型的构建

通过对已有课程难度分析研究[5]、课程难度模型研究[6]、课程难度模型修正[7]以及物理教材难度[8]分析研究可知，影响习题难度的静态因素主要包括深度和广度两部分。深度（S）指习题涉及的思维深度[9]，广度（G）指习题的数量[10]。影响习题深度的主要因素包括习题的综合程度、计算量和應用水平。根据《普通高中物理课程标准（实验稿）》（简称“课标”）[11]对知识的水平划分可将习题深度划分为了解、理解、应用三个层次，依次赋值[12][13][14][15]为S1=1，S2=2，S3=3，每一水平深度对应的广度分别为：G1、G2、G3。则习题的总深度S=G1+2G2+3G3，总广度G=G1+G2+G3。教材的习题难度与深度、广度均有关，在本研究中，习题总深度与最大习题深度之比（S/Smax）即难度（N）。此外，还引入另一静态因素——平均深度S=S/G，即习题总深度与总广度的比值，以此比较各国高中物理教材的习题特点。

（2）赋值标准的建构

为提高评分者信度，本研究中，规范的赋值标准的建构过程如下：首先，基于“了解、理解、应用”三水平深度对习题从总体上赋值，再具体综合考虑习题的综合程度、计算量和应用水平等因素对习题建立初步的赋值标准；之后，课题组和特邀专家参照初步标准对人教版《牛顿运动定律》一章的习题进行赋值，并统计习题量得到难度结果；然后，分析赋值信息及难度结果，找出赋值中的问题，继而修订并细化赋值标准。随后，课题组依据初步修订的赋值标准对该章习题再次赋值校标。两轮校标修订后，课题组为解决教材中部分特殊习题的问题，再次修订并得到最终赋值标准。为确保统计数据相对准确，在研究中，由每两个子课题组分别赋值统计同一个国家教材的习题，最后由总课题组对结果逐一检查校对。

基于以上研究模型和赋值标准的建构，本研究按照力学、电磁学、热学、光学、原子物理和现代物理（以下分别简称力、电、热、光、原、现代）六大知识板块展开，统计分析了影响习题难度的静态因素（关于学生、教师等动态因素影响，将另外课题研究）。

3 研究结果及分析

3.1 十国物理教材习题难度总体比较

依据难度计算模型，对十国物理教材的习题进行定量的统计分析，比较结果如图1所示。习题难度从高到低的排序为：美、新、法、英、澳、中、俄、德、韩、日本。其中，中国高中物理教材的习题难度排序第六，属于中等水平，习题难度适中，略为偏易。美国教材习题难度最大，新加坡教材的习题难度第二，习题难度最小的是日本教材，但与排序邻近国家的教材习题难度相差不大。

3.2 习题的广度比较

十国物理教材习题广度的统计（见图2），其排序依次为：美、新、法、澳、俄、英、中、韩、德、日。我国教材的习题广度排序第七，习题量不大，这是导致我国教材习题难度不大的主要原因。美国教材习题广度最大，且明显多于排序第二的新加坡教材，日本教材习题广度最小，但与排序临近国家的教材习题广度相差不大。endprint

3.3 习题的平均深度比较

对十国物理教材习题的平均深度进行统计（见图3），依次为新、英、中、美、日、法、澳、德、韩、俄。从中可见，我国教材的习题平均深度排序第三，中等偏上，新加坡教材习题平均深度最大，俄罗斯教材习题平均深度最小。

综合分析图1、2、3，中国高中物理教材的习题难度第六，广度第七，平均深度第三，这说明中国教材的习题总难度和习题量不大，有“窄而深”的取向。而美国高中物理教材的习题量最大，这也是导致其习题总难度最大的主要因素，但其习题平均深度仅排序第四，这表明美国教材习题更加注重习题的量。新加坡的习题量仅次于美国，排序第二，难度也第二，其习题的平均深度则为第一，说明新加坡教材的习题量多，且皆有相当的难度。日本教材的习题量最小，难度也最小，平均深度位于中间水平，有“窄而深”的取向。韩国、德国习题量较少，难度也较小。

3.4 不同知识板块习题的难度比较

对十国物理教材不同知识板块的难度水平进行统计，表1展示了不同知识板块习题难度最大和最小的国家。从表中可知，我国在力、光、原、现代板块的习题难度均排序第六，电和热板块排序第五，这说明我国教材在不同板块的习题难度皆属于中等难度水平；美国教材在力、电、光和原板块的难度均是最大；新加坡教材的热板块的难度最大；澳大利亚教材的现代板块的难度最大，热板块的难度最小；德国教材在光、原和现代板块的难度皆最小。

3.5 不同知识板块习题数量比较

对十国物理教材中六大板块习题量进行数据统计，其结果如图4所示。与其他九国相比，我国教材的力、电、光的习题量排序均是第七，热的习题量排序第五，原、现代的习题量均排序第六。美国除现代物理部分外，其他五大板块的习题量皆最多。总体看，习题中力和电的习题量所占比例大，而热、光、原及现代的习题量所占比例较小，甚至像澳大利亚教材几乎没有热的习题，德国只有很少光的习题，德国和日本教材则没有现代的习题等。

从计算出的每个国家各板块习题量占总题量的百分比可知，我国教材中百分比大致为：力35%，电30%，热11%，光9%，原9%，现代8%，可见力、电的比例相当大，热、光、原和现代等的比例则较小。横向看，日本很注重力的习题，比例为50%，韩国注重電的习题，德国注重热的习题，法国注重光的习题，澳大利亚注重现代的习题。

4 结论与建议

综上所述，研究结论如下：1）我国高中物理教材的习题难度排序第六，属于中等水平，美国的最大，日本的最小；2）我国的习题量排序第七，数量偏少，美国的最大，日本的最小；3）我国的习题平均深度排序第三，有“窄而深”取向，新加坡的第一，俄罗斯的最后； 4）我国不同板块的习题难度中，力、电比例大，热、光、原和现代比例小。其他国家除皆注重力、电的习题外，美国、法国更注重光；澳大利亚更注重现代；新加坡、德国、俄罗斯更注重热。

我国高中物理教材在习题设计中，有以下参考建议：

第一，适当增加习题量。研究发现，相对其他国家高中物理教材，我国的习题量偏少。若教材的习题量不能满足教学需求，教师只能将教辅资料中的习题纳入学生作业，这可能使学生陷入“题海”，反而变相“加负”。为了更有效地培养学生的物理核心素养，建议根据培养目标、学生认知特点及教学需求等，适当增加不同维度的习题数量、合理配置相关习题。

第二，习题不仅为了巩固知识，还应帮助学生建构知识，更要通过丰富习题培养学生的能力，促进学生物理核心素养的全面发展。因此，应根据物理核心素养的多方面要求，多维度地设计习题。习题情境设置时，应将知识与生活、科技、社会有机融合，注重物理原始问题的设计，培养学生应用知识解决实际问题的能力。关注高中学生认知特点，多水平多形式地设计习题，可适当增加图片或者漫画等方式，加强习题的趣味性，培养学生的探索兴趣。还要注重问题设计的开放性和探究性，适当增加科技论文写作，培养学生的创新能力。

第三，习题不仅仅是检测教与学的工具，还应结合前沿热点，拓展学生视野。习题设计不能完全以高考为导向，热、光、原、现代板块虽在高考中所占比例小，但也要设计相当数量的习题，并需进行适当拓展和深入。此外，应充分发挥习题的拓展延伸功能，以习题为桥梁，将物理学科与其他学科、物理前沿、科普等巧妙结合，拓展学生视野的同时提升学生的科学素养。

参考文献：

[1][2]中华人民共和国中央人民政府.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）[EB/OL].（2010-07-29）[2017-01-22].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content

_1667143.htm.

[3]费曼.费曼物理学讲义[M].上海：上海科学技术出版社，2005：序言.

[4]殷传宗，查有梁，廖伯琴.物理教育学研究[M].成都：四川科学技术出版社，1996：555.

[5]黄甫全，王晶.课程难度刍论[J].东北师大学报（哲学社会科学版），1994（4）：91-96.

[6][9][10][12]史宁中，孔凡哲，李淑文.课程难度模型：我国义务教育几何课程难度的对比[J].东北师大学报（哲学社会科学版），2005（6）：152-156.

[7][13]李高峰.课程难度模型运用中的偏差及其修正——与史宁中教授等商榷[J].上海教育科研，2010（3）：46-49.

[8]仲扣庄，郭玉英.高中物理课程标准教科书内容难度定量分析——以“量子理论”为例[J].课程·教材·教法，2010（4）：67-71.

[11]普通高中物理课程标准研制工作组.普通高中物理课程标准（实验稿）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[14]孔凡哲，史宁中. 现行教科书课程难度的静态定量对比分析——以初中数学课程标准实验教科书“不等式”、“四边形”课程内容为例[J].教育科学，2006（03）：40-43.

[15]邝孔秀，姚纯青， 蔡庆有，等.中国小学数学教科书的难度分析——国际比较的视角[J].比较教育研究，2015，37（9）：73-78.

[16]廖伯琴.高中物理教材难易程度国际比较研究报告[R].重庆：西南大学科学教育研究中心，2014.

（栏目编辑 廖伯琴）endprint