高中物理新教材习题情境化的分析与启示<br/>——以2019年人教版高中物理必修系列为例

高中物理新教材习题情境化的分析与启示
——以2019年人教版高中物理必修系列为例

2021-06-07江佶泽刘茂军

物理教师 2021年5期

江佶泽刘茂军

（1.吉林师范大学物理学院，吉林四平 136000；2.韩山师范学院，广东潮州 521041）

2019年人民教育出版社版高中物理教科书（后简称“新版教科书”）已经出版发行，新版教科书贯彻落实2017年版“新课标”物理核心素养的培养和考查，相比于旧版教科书更加注重学生核心素养的提高与发展，更加注重培养学生对物理知识的整合与综合分析运用，强调物理教学要与生产生活、科技发展等紧密联系，关注物理学前沿发展与成果应用，注重探索设计与现实相关的问题情境，加强对学生应用物理学知识综合解决实际问题能力，以及创新精神和实践能力的培养.［1］这些特点都与情境化试题密切相关，新版教科书中加入了大量的情境化试题.

情境化试题对于高中物理教学具有重要意义.教科书中的情境化试题主要以现实生活实际为情境，紧密联系学生需要掌握的物理知识，使得学生在解决问题过程中有一种身临其境之感，这就很好地引起了学生的求知欲.其次，情境化试题利用试题真实而又复杂的情境，来锻炼学生的理解能力和分析能力，从而培养学生的科学思维.由于教科书所选取的情境化试题大多是真实的、贴近生活的、有一定的复杂性的，这就使得试题所考查的物理知识被隐藏起来，只有学生拥有理解情境内容的能力，才能剥茧抽丝，找出考查的知识点，拥有一定的分析试题的能力才能建立起物理模型，正确解决问题.这一过程是解题过程中的审题过程，情境化试题就是在审题过程锻炼学生理解分析能力，提高学生思维品质.［2］而且，情境化试题具有情境多元化的特点，教科书充分利用各种情境类型渗透STSE等方面的教育理念，增强试题与生活、技术、社会之间的联系，培养学生灵活运用知识解决实际问题的能力，达成对学生物理学科核心素养培养和提高的目标.

在国际上，情境教学越来越受到关注，大量情境化试题应用到考试中，如“国际学生评估项目”（PISA）在其考试中主要使用此类试题.在我国情境化试题也受到重视，许多省份的物理高考试题都大量采用情境化试题考查学生知识与能力.新版教科书在内容上增加了“练习与应用”、“复习与提高”两个环节，每一个环节都有大量的情境化试题.强调试题情境化是新版高中物理教科书的一大亮点.

1 研究框架

情境化试题是指给出具体的材料背景，具体的试题材料背景又构成具体的情境，试题情境给学生完成活动任务提供一个统一的平台，学生在这个平台上展示自己分析问题、解决问题的能力，这类包含情境的试题习惯上称为“情境化试题”.在物理学科中情景化试题是指以社会生产生活中，客观存在的物理现象、物理过程为背景设计试题情境，通过情境提出问题从而考查学习者对物理概念、物理规律的理解和应用的试题.”［3］因此，情境化试题与在问题中无任何情境、直接考查知识点的试题明显不同，它以情境材料为基础设置问题，并通过问题回答来考查学生的能力.情境化试题中没有常见的万能木块，没有熟悉的理想斜面，不依附于理想弹簧，不同于传统试题中只注重学科知识的考查形式.［4］此类试题的解决需要学生在情境中解读材料，获取关键信息，解决物理问题.它最大的特点是材料真实，贴近实际，这在本质上与物理学科核心素养强调学生与真实情境间的互动、注重与现实生活联系的理念相一致.

情境化试题可以通过呈现方式、情境主题、情境类型三个维度进行研究，每个维度又分为若干方面：呈现方式分为文字、文字+图表、文字+示意图、文字+图表+示意图4个方面，情境主题分为社会生活、物理实验、科技前沿、其他等3个方面，情境类型分为情境分离、情境嵌入、情境结合3个方面，总计三维度11个方面的内容.从呈现方式和情境主题来看，情境化试题方式多样，内容广泛.情境的复杂性主要取决于要调动学生知识、技能和态度的程度.情境类型反映了试题情境与问题的结合程度：情境分离型试题指试题情境与问题无直接联系，去掉情境材料，仍能完成相关内容考查的试题；情境嵌入型试题指试题情境与问题相融合的试题，试题具有较强的可读性和实用性；情境结和型试题指问题和试题情境的一部分结合在一起的试题，学生需要在复杂情境中提取关键信息，进行分析、加工、应用.［5］情境结合型是情境与问题结合最紧密的类型，其次为情境嵌入型，最后为情境分离型.

本文针对新版教科书中的情境化试题，结合有关研究人员提出的文字材料、各种数据示意图、原理图、结构图、数据表格、实物照片等情景化试题常见的呈现形式，对于情境化试题的情境质量和结合程度开展研究，［6］研究框架如表1所示.以新版教科书必修部分为样本，对3册教科书每一章的情境化试题数量进行统计，统计结果如表1所示.

表1 新版教科书情境化试题统计

续表

2 新版高中物理教科书情境化试题特点分析

2.1 试题数量、占比统计与分析

结果显示新版教科书必修部分情境化试题总数为277道，每一章皆有一定数量的情境化试题，数量最低的是第10章10道，最多的是第4章有35道（见表2）.

表2 _新版教科书每章节情境化试题数量

将试题总数以及每一章情境化试题数进行统计，并且借鉴表1的数据与样本试题总数进行分析得出情境化试题占比，研究结果如图1、图2所示.图1给出样本每一章节情境化试题总数与试题总数的数量对比，图2给出的是情境化试题的占比，可以发现情境化试题占比为59%，约占试题总数的60%.

图1 情境化试题数量与试题总数

图2 情境化试题占比

根据图1可知，新版教科书必修部分试题总数为470道，每一章试题数量都不尽相同，尤其是情境化试题数量在每一章差别明显.如第1章试题总数最少，但是情境化试题数量占比最大，全章试题总数29道题，情境化试题数量为25道占比86%.第2章次之，试题总数32，情境化试题数26，占比81%.而第十章试题总数39但是情境化试题数量仅有10道，占比25%，是样本中情境化试题数量最少、占比最低的章节.

根据上述统计数据，我们发现情境化试题的数量分布不均，原因可能是知识与生活的关联性不同，知识的难度、深度不同、要求学生达到的理论水平不同.知识生活关联性大的、要求达到的理论水平浅的章节情境化试题数量就多，情境化试题占比就高.反之，则情境化试题数量相对较少.如第3册第1章、第2章的主题核心概念为运动描述、匀速直线运动.与之相关的物理知识具有理论层次较浅、容易理解、生活关联性大的特点，所以情境化试题占比最大.而第9章、第10章的主题核心概念为静电场及应用、静电场中的能量，该部分知识具有理论层次高、抽象性强、生活相关性低的特点，情境化试题数量少，占比较低.

2.2 呈现方式维度统计与分析

新版教科书试题的呈现方式有4种，不同呈现方式的情境化试题数量如图3所示.

图3 不同呈现方式的情境化试题数量统计

由图3可知，文字描述的情境化试题数量为120道，添加图表的试题数量94道，添加示意图的试题数量为44道，添加“图表+示意图”的试题数量19道.可见新版教科书的情境化试题呈现方式以文字为主、图表为辅，注重呈现方式的多样化.在情境化试题中除去文字描述，另外注重穿插图片，尤其是实物图片，更有利于凸显情境的真实性，以帮助学生解决实际问题，应用到生产生活中.

每一册不同呈现方式下的情境化试题数量如图4所示，可以发现每一册的情境化试题数量都是以文字为主、图片为辅.而且以文字为呈现方式的情境化试题逐册减少，“文字+示意图”的呈现方式的试题数量亦是如此，但是“文字+图表+示意图”的呈现方式的试题数量保持稳定，甚至在第3册试题中占比有所上升.其原因是新版教科书每一册的知识难度不断增加，要求的理论水平不断提高，“文字+图表+示意图”这种呈现方式能够使描述的情境更真实，为学生提供的信息更直观，能更好地为学生提供信息，有利于提高学生的科学思维能力和科学素养.

图4 不同呈现方式下教科书情境化试题数量的变化

2.3 情境主题维度统计与分析

新版教科书情境化试题的情境主题维度多元，主要可以将其归为社会生活、物理实验、科技前沿、其他四个类型，不同类型试题的数量如图5所示.

图5 不同情境主题的试题数量统计

由图5可知，新版教科书中，情境主题分为社会生活、物理实验、科技前沿、其他四个类型.社会生活类主要是指与日常生活相关的，包括交通、生产、体育等相关领域为主题的情境.物理实验是指以物理实验为背景创设的主题情境.科技前沿类是指与航空航天、医学、激光或者新出现的高尖端的技术为内容所创设的主题情境.其他类试题是指教科书中出现过的不属于上述三类主题的情境，由于这些主题情境所涉及的试题数量较少而归为一类，主要包括天体类、环境保护类、历史人文类等.图5显示，以社会生活为主题的情境化试题数量最多，物理实验、科技前沿相对较少.在其他类中以天体类数量最多，而且多集中于第七章“万有引力与宇宙航行”，其他的主题类型较少.这也符合“新课标”从生活走向物理，从物理走向社会的理念.

每一册不同情境主题的情境化试题数量如图6所示，第1册的社会生活类情境化试题数量最多，第2、第3册的数量明显减少，这有可能是由于第2、第3册试题的情境主题与生活的相关性下降导致的.其余3类情境化试题在3册教科书中的数量只有小幅变化，稳定性相对较高.第3册教科书学习的知识多为电磁学知识偏向实验，因而比较注重创设实验类情境化试题.

图6 不同情境主题下情境化试题数量变化

2.4 情境类型维度统计与分析

不同情境类型的情境化试题数量占比如图7所示.

图7 不同情境类型的试题数量占比

由图7可知，按照情境类型维度进行划分，情境嵌入型的占比最多，为60%；情境结合型次之，为35%；情境分离型最少，为5%.

每一册不同情境类型下试题数量变化如图8所示，由图8可见，新版教科书每一册不同类型下情境化试题的数量占比变化不大，情境嵌入型最大，情境结合型次之，情境分离型最低.

图8 每一册不同情境类型下试题数量变化

将图7与图8数据比较，可以发现每一册不同类型的试题数量变化与不同类型试题占比的数据上具有一致性.也就是说情境化试题类型中嵌入型应用最广，结合型次之.嵌入型情境化试题强调情境与知识的融合，一般来说结合程度较低，知识信息直接明显，情境描述也较为简单，具有很高的可读性和实用性.这种试题学生理解起来较为容易但又不会非常直接，有一定的深度，非常适合学生巩固新知识，也能够培养学生的科学素养，提高学生的学习兴趣.另外，试题内容设计起来也比较容易，所以是教科书中分布最为广泛的试题情境类型.

情境结合型的试题考查的知识点与情境结合的深度较深，一般需要学生自己寻找，甚至进行知识迁移，建立理想模型等过程.情境的内容一般比较复杂，设计起来比较麻烦，而且难度也不好掌控：太简单了，结合程度不够深，不能引起学生的知识迁移，容易变成嵌入型；太难了，学生难以解决问题则不利于学生巩固知识，不利于发挥教科书的作用.一个好的情境结合型试题往往最能考查学生的能力，所以，情境结合型试题在各类标准考试中一般是占比最多的，在教科书中也受到了一定的重视，多为实验类情境试题.

3 研究启示

通过对新版教科书情境化试题的研究，发现新版教科书对情境化试题的价值有足够的重视，并且非常重视对情境化试题的设计，教科书中的情境化试题一方面不断追求情境的真实性，以培养学生解决实际问题的能力；另一方面力求试题情境主题的多元化，试题呈现方式的多元化，从而提高学生核心素养.通过对新版教科书情境化试题的分析研究，我们建议应该在以下方面引起更多的关注.

3.1 增加教科书情境化试题的数量

新版教科书虽然广泛使用情境化试题，但是总体上试题数量并不是很多，占比不到60%，为充分发挥情境化试题优势建议加大教科书中情境化试题的数量，提高情境化试题的占比.并且要注重解决情境化试题分布不均的情况，避免某些物理知识在学习过程中缺少情境化试题，使得学生的学科素养和能力得不到充分的培养.比如新版教科书第三册，由于本册主要学习的是电与磁的相关知识，知识的抽象性和理论性较高，现实生活中实例较少，导致情境创设困难，情境化试题数量较少.

3.2 提高情境化试题知识与情境的结合程度

新版教科书中嵌入型试题数量最多，虽然嵌入性试题具有广泛的可读性与实用性，在学生学习和巩固知识方面具有无可比拟的优势，但是也存在一些问题.研究发现教科书中许多试题情境与考查知识结合程度不深，知识点暴露得太过明显，甚至有一些知识点与情境无关，情境只是一个外包装，没有与知识点结合起来.这样不仅不能有效地帮助学生巩固知识、提升能力，还会给学生提供很多无用的信息，增加阅读负担.因此，要加深情境与知识的结合，努力将问题与情境融为一体，推广情境结合型的试题，而不是形式主义的“两张皮”.只有提高情境与问题结合的程度，才能加深学生对情境的理解，促进学生对知识的迁移，在分析问题、解决问题的过程中实现学生掌握知识、提高素养的目标.

3.3 创设真实清晰的问题情境

新版教科书虽然广泛使用情境化试题，但是许多试题的情境在内容描述上并不清晰具体，缺乏真实性.我们知道一个物理观念的形成往往需要大量实际案例的积累，物理观念的考查也需要结合具体的实际情境进行分析.［7］真实的情境往往较为复杂，需要学生从复杂的情境中抓住主要因素，抽象出物理模型，才能有效考查学生模型建构的科学思维.所以，加强教科书中物理试题与真实情境相融合，对学生物理观念和模型建构等核心素养的考查、建构都具有十分重要的意义.

3.4 加强实验类问题情境的创设

物理实验是物理学习过程中重要的一部分内容，也是一种重要的情境主题，物理实验类情境化试题在众多试题中具有不可替代的作用，不仅可以考查学生的实验能力，帮助学生理解实验原理、掌握实验相关知识，还能激发学生的学习迁移，让学生深入思考.物理知识与实验情境结合起来也更加容易，考查的问题深度和广度也更大.但物理实验类情境化试题在新版教科书中的占比并不高.因此，应增加教科书中实验情境试题的数量，同时提高试题质量，充分利用实验情境，做到举一反三.［3］

3.5 利用科技前沿创设问题情境

科学技术在社会发展中发挥着越来越重要的作用，科学技术层出不穷，科技前沿也是情境化试题的一个重要主题和来源.研究发现，新版教科书对于科技前沿的利用并不充足，科技前沿类的情境化试题数量占比甚至比实验类情境化试题还低.因此，教科书要充分利用科技发展和科技新成就来创设情境化试题，将科技融入物理学习之中，这样不仅可以促进情境化试题的多元化，还能开阔学生眼界、激发学生兴趣，提高情境化试题的质量.