中美初中物理教材例题比较研究

高艳荣 詹士昌

摘   要：本研究以美国Glencoe科学模块系列教科书物理部分和中国人教版初中物理教科书为研究对象，从例题的呈现方式和解答过程两方面进行了比较，结果发现两个版本教材在这两方面存在较大的差异。基于差异分析，对我国教材例题编写提出了几点建议。

关键词：初中物理;教材比较;例题比较;例题编写

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）2-0018-4

例题是教材的组成部分，一般在讲解某一概念、规律之后通过问题解决的样例呈现出来，是把知识、技能、思想、方法联系起来的一条纽带，是将知识转化为能力的桥梁[1]，具有典型性、示范性、启发性、规律性、教育性等特点。教材中的例题呈现包括问题的陈述、解决问题的过程和问题的答案，通过提供专家解答问题的方法供学习者模仿与学习[2]，目的是锻炼学生的思维，培养学生解决问题的能力。

张萍教授指出[3]：“例题学习过程是基于问题解决培养学生科学精神，发展学生核心素养的一个有效教学路径。”物理例题教学的有效性关乎学生物理核心素养的养成。分析不同版本教材例题设计的特点，为本地区教材编写提出合理化建议，也是提高物理教学有效性的方法之一。基于此，笔者做了不同版本物理教材例题设计比较研究。

1    研究的对象和内容

1.1    教科书的选取

美国的教育一直处于领先地位，纵观我国有关教材对比的学术研究，很多都是选择美国教材作为研究对象。因此，本研究选取了美国Glencoe科学模块系列教科书[4]物理部分（以下简称美国版教材）以及我国选用率最高、最具代表性的人教版初中物理教科书[5]（以下简称人教版教材）作为研究对象。

两国教材的具体信息如表1所示。

1.2    研究的内容

“例题”是在教材的正文中呈现出来的，是理解概念、运用规律的途径，是具有详细的步骤解决问题的范例[6]。本研究在确定两版教材例题时，按照以下规则：人教版教材正文中有“例”或者“例题”标记的题目;美国版教材正文中有“Applying Math”标记的题目。

由于美国版是科学综合教科书，需要筛选出其中的物理例题，筛选原则为：解题过程中出现物理公式的运用，如“density=mass/volume”“λ=ν/f ”。

2    研究方法

本研究主要从例题的呈现方式和解答过程两个方面进行分析，具体维度如下：

1.例题标题。在“问题”之前呈现，对该例题运用知识点的总结。

2.有无插图。例题中是否包含插图，包括无插图、装饰图、有意义插图三类。

3.例题点拨。依据例题解答中是否呈现解释、提示或评论等 “点拨”内容[5]，将例题分为无点拨、思路点拨和书写点拨三类。

4.解题思维方式。例题解答中运用的思维方式，大致分为推理演绎思维和逆向综合思维两种模式。

5.反思检验。对例题答案正确与否的分析讨论。

3    基本情况分析

根据上述编码方法，本研究对两版教材的例题进行整理，得到的例题数量分别为：人教版教材17个，美国版教材14个。从统计例题的数量看，人教版教材只比美国版教材多3个，例题数量没有太大差别。

3.1    例题标题

人教版教材的例题均没有例题标题，教材在编写时，每一小节有明确的知识点，且用醒目的字体标注，教材编写者认为，例题出现在该小节，则是对本节知识点的应用。美国版教材中所有例题均有标题，是在问题之前用特殊颜色的字体标明，简短、精炼，直接点明是对某个知识点的应用，如“SPEED OF A SWIMMER”（游泳者的速度）、“CALCULATING WORK”（计算功）。

3.2    例题插图

两版教材例题插图数量分布如表2所示。美国版教材物理例题均以文字形式呈现，问题陈述简单、清晰，没有过多的背景信息，大多以实际生活常见的物体作为研究对象。人教版教材例题以文字描述和图文并茂两种方式呈现。其中，图文并茂的例题有7道，占例题总数的41%。带有“装饰图”的例题多含有人文社科类的背景信息，或研究对象选自科技工艺品;带有“有意义插图”的例题多包含电路图、力学示意图等辅助解题的插图。

3.3    例题点拨

两个版本教材中均出现了点拨，但例题点拨的数量大不相同。人教版教材例题“点拨”数量为3道，占例题总数的17.6%，包括2道书写点拨和1道思路点拨。书写点拨以特殊图标和文字呈现于例题的右侧，思路点拨以“分析”形式呈现于解答过程中。而美国版教材每道例题解答过程的左侧均设有思路点拨，每句提示语前编排了数字，并以特殊字体呈现，内容都是按照“This is what you know（已知）;This is what you need to know（未知）;This is the procedure you need to use（用到的过程）;Check your answer（检验答案）” 呈现的。统计结果如表3所示。

3.4    解题思维方式

解题思维方式是指在解决问题过程中的分析流程，是确定先解决什么、后解决什么的思维过程。综合两版教材例题解题的思维方式，大致分为两种：推理演绎思维和逆向综合思维。推理演绎思维是指根据已知量求得结果，判断该结果是否为例题的未知量，若不是，结果作为产生下一个结果的已知量继续求解，直到得出最终答案。逆向综合思维是指确定未知量及影響未知量的因素，判断影响因素是否为已知，若不是，影响因素作为未知继续按上述方式判断，直到出现已知，再将已知量带入公式求解得出最终结果。具体流程如图1、图2所示。

按照上述方式进行编码，统计结果如表4所示。美国版教材例题解答过程均是按照逆向综合思维的方式进行的;人教版教材两种方式均有涉及，但其中有14道例题是采用推理演绎思维的方式，仅有3道例题是按照逆向综合思维的方式进行[7]。根据鲍建生教授的难度分析量表对两版教材例题运用知识点进行分析。研究发现，美国版教材例题只涉及一个知识点，例题难度低;人教版教材则有部分例题运用多个知识点，尤其是逆向综合思维解题的3道例题，涉及知识点超过2个，难度较大。

3.5    反思检验

反思检验这一环节是对学生批判性思维的引导，是学生有目的地自我调节的判断，并且这种判断存在于对证据、概念、方法、标准或背景进行的解读、分析、评价、推论和解释中[8]。美国版教材例题解答过程的最后一个步骤就是反思检验，利用求得的结果反向求解例题题干中的任意一个物理量，并与题干已知数字信息相比较，从而检验结果的正确与否。人教版教材例题解答没有设置这一环节，直接从解题过程到求得结果。

4    关键问题讨论

4.1    例题的呈现

教材例题的呈现方式是指教材通过文字、图像等将例题内容或是要表达的意义展示给学生，使其能够接收到要表达的信息的方法[9]。研究表明，两版教材例题呈现方式大不相同，导致这一差异的主要原因是两国教材编写者对本国学生的学情把控不同。美国版教材编写者认为，本国学生在阅读能力、理解能力、数学功底方面比较薄弱，因此，在例题编写时需要在问题之前注明例题的标题，引起学生注意的同时给学生提示。例题难度设置也较低，且选择生活物体为研究对象，便于学生对知识的理解和应用，因而在美国版教材中没有图片说明。相比之下，我国学生数学功底较强，但在阅读能力、实际经验方面却较为欠缺。人教版编写者考虑到为适应我国大部分地区学生的实际情况，提高学生的理解能力和科技素养，例题难度设置有高有低，例题背景关注科技前沿和社会时事新闻，问题陈述内容较多，为此需要实物插图或有意义的示意图辅助理解，便于培养学生图文转化的能力，因此人教版教材部分例题采用图文并茂的方式呈现。当然，其中还有其他原因，比如两版教材编写的知识内容编排顺序不同、知识内容深浅不同，人教版教材在初中设置了力学示意图和电路图，比美国版教材例题的有意义插图多一些。

4.2    解答过程

解题过程是书写格式的示范，是思维培养的途径，是知识转化为能力的纽带。对比两版教材的解题过程，发现在解题过程的点拨提示、采用的思维方式、反思检验环节的设置三个方面存在较大差异。究其原因可能是由于教学目标不同：美国版教材意在学生问题解决能力的培养，例题编写采用统一的点拨提示和相同的逆向综合思维方式，从问题入手，找寻解决问题的条件，再逆向求解，并多次重复加深学生的理解和掌握，解题最后增加反思检验环节，培养学生的批判性思维。而人教版教材目的则是培养学生信息处理的能力和应试技巧，解题分析用文字呈现于解题过程中，用点拨提示重点突出计算书写的规范性。但人教版教材并未关注例题反思检验环节的设置，可能是考虑到实际教学中，教师在课堂上会增加这一步骤。两版教材解题过程差异较大的原因也可能是两国学生已有的知识经验不同，中国学生自小培养逻辑思维和阅读能力，美国学生更加注重创造力的培养。还可能是由于例题难度不同[7]，根据鲍建生教授的例题难度比较量表，两版教材例题难度差别较大。

5    例题设计建议

基于以上研究，笔者对我国教材例题编写提出以下几点建议。

5.1    例题的呈现方式进一步符合学生的认知发展和心理特征

例题的呈现方式影响着学生对知识的理解、巩固和运用[9]。研究表明，以图文并茂的形式呈现例题能极大地激发学生的兴趣，促进学生理解。但不能一味地增加插图的数量，插图的呈现要符合学生的认知发展阶段，适量增加有意义插图更能提高教学效果。而对于装饰图，可以控制数量，避免学生重图轻文。

刺激-反应理论认为，人们受到刺激，形成习惯，从而形成有组织、条件的反应。美国版教材在例题问题陈述之前设置标题，通过特殊文字、特殊位置的呈现，极大地吸引了学生的注意力，刺激学生反应例题应用的知识，并在头脑中再现，进一步强化刺激知识的巩固。不仅如此，例题的标题是对问题的高度概括，是确定未知物理量最准确、最迅速的表达，对于锻炼学生的概括能力也是很好的示范。通过小标题的展现，给学生模仿的范例，从而提高学生的概括能力和科学语言素养。

5.2    增设点拨提示，注重思维能力的培养

在例题解答中的关键之处适当地给予点拨，有助于学生理清解题思路，并掌握解题的规范性步骤，也有助于教师更好地运用启发式教学思想[10]。中国传统物理例题编写的特点：分析以文字为主，穿插于解题过程之中。学生往往只重视符号公式，而忽视了分析过程。这也是学生在独立解决问题时常常遇阻的原因之一。例题编写时，可以以点拨提示的形式呈现分析过程，分析的结果呈现于解答过程中，提示的内容和形式可以一致，从而强化、提高学生的思维能力。按照点拨提示的特点，以特殊的文字描述，条理清晰地设置于解答过程一侧，既可引起学生注意，又能更好地发挥提示作用，提供解题思维的样例。当然，教材原有的点拨内容也是必不可少的，可以采用其他字体或颜色设置于解答过程的另一侧。

5.3    设置梯度例题，增加反思检验

教材是教师教和学生学的范例，教材要适用于全体学生。研究发现，人教版教材难度不同的例题却只设置一个问题目标，由于学生的认知水平和思维能力的不同，例题学习的效果大不相同。因此，例题设置带有不同难度梯度的子目标，既可以使不同层次水平的学生完成不同的目标，提高学习效果，又可以帮助学生归纳样例的基本目标和结构，鼓励学生分析解决问题。对于难度不同的子目标采用不同的解题思维方式，尤其难度较大的子目标，运用逆向综合解题思维方式，着重培养学生问题解决的能力。

例题编写时适当地增加反思检验环节，有助于培养学生的批判思维，检验是对知识、规律的再一次应用，更能强化学生的理解和应用。例题的检验不仅要针对于结果，还要注意对解题过程中物理量符号、单位、公式书写得当的检验。

参考文献：

[1]蔡上鹤.谈谈初中数学教科书的例题[J].中学数学教学，1991（1）：34-36.

[2]赵弘.国外的样例研究对数学例题教学的启示[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2007（2）：70-72.

[3]张萍，Ding Lin，贾泽皓，等.物理例题教学创新策略及其价值[J].课程·教材·教法，2018，38（11）：122-127.

[4]Dinah Zike，Deborah Lillie. Glencoe Science Modules[M]. New York：The McGraw-Hill Companies，2005.

[5]彭前程.义务教育教科书物理 [M].北京：人民教育出版社，2012.

[6]吕尚兰.美国教学和作业辅导中如何运用样例——兼与我国例题教学比较[J].现代教育科学，2010（6）：122-123.

[7]王建磐，鲍建生.高中数学教材中例题的综合难度的国际比较[J].全球教育展望，2014，43（8）：101-110.

[8]樊丽丽，乔翠兰，乔文辉，等.中美高中物理教材中批判性思维内容的比较研究[J].物理教师，2013，34（6）：2-3，6.

[9]李蕾，杨卫平，徐晓梅.中美高中物理教材例题呈现方式的比较研究[J].物理教师，2016，37（5）：66-69.

[10]宋運明，李明振，李鹏，等.小学数学教材例题编写特点研究[J].课程·教材·教法，2014，34（2）：47-51.

（栏目编辑    刘   荣）