现行高中物理教科书与课程标准的一致性研究

王玎铃 武艳红 马兰刚

(西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃 兰州 730070)

《基础教育课程改革纲要(试行)》提出国家课程标准是教材编写、教学、评估和考试命题的依据,是国家管理和评价课程的基础.[1]2018 年以核心素养为纲领的《普通高中物理课程标准(2017 版)》(以下简称“课程标准”)正式出炉,随后教育部公布的“2019 年普通高中国家课程教学用书目录”包括:由彭前程主编,人民教育出版社发行的《普通高中教科书 物理》(以下简称“人教版” 高中物理教科书);由廖伯琴主编,山东科学技术出版社发行的《普通高中教科书 物理》(以下简称“鲁教版”高中物理教科书);由束炳如、何润伟主编,上海科技教育出版社发行的《普通高中课程标准实验教科书 物理》(以下简称“沪教版”高中物理教科书);由熊建文主编,广东教育出版社发行的《普通高中教科书 物理》(以下简称“粤教版”高中物理教科书).[2]呈现出“一标多版”的现象. 不同版本高中物理教科书在各个方面都体现了课程标准的要求,但由于编写者的主观因素以及地域差异,教科书中的内容编排有所不同. 而一致性分析是一种相对公正和客观评价教科书质量的研究方法.

在一致性研究中,对认知分类,学者主要依赖以行为动词作为标准提取教学目标,[3，4]这在 2003 版课程标准及其对应的教科书中是可行的,但 2017 版课程标准以及现行教科书都是以物理学科核心素养为纲领研制和编写的,因此本研究以物理学科核心素养为标准提取教学目标来进行一致性研究,从而评价新教材的质量和指导新教材的使用.

1 研究方法

目前比较有代表性的一致性分析模式有Webb模式、[5]The Surveys of Enacted Curriculum模式(以下简称SEC模式)[6]和Achieve模式.[7]SEC模式是Andrew Porter和John Smithson通过对Webb分析模式进行批判和发展得到的,它弥补了Webb模式知识种类维度的缺陷,Achieve模式偏向于测验——标准的一致性分析,并不适用于教材与课程标准的一致性分析.以上分析表明SEC模式是适用于教材与课程标准的一致性分析的.

Andrew Porter和John Smithson于2002年共同开发和研制的SEC一致性分析模型针对课程标准和教科书的内容分别进行编码,形成“内容主题×认知维度”的二维表格,再将表格中的数据进行归一化处理后,利用Porter一致性指数[8]公式计算二者的一致性系数

这个公式中,J代表行数,K代表列数,ajk、bjk代表频率表j行k列的值,其范围在0到1.计算所得到的P值越大,说明教材与课程标准的差异越小.当P=0时,教科书和课程标准的差异最大；P=1时,教科书和课程标准的差异最小.

2 研究过程

2.1 研究样本

研究样本为人教版、鲁教版、沪教版的高中物理教科书及对应教师参考书“抛体运动”和“圆周运动”对应章节.选取这一部分内容作为研究样本,是因为该部分知识体系相对独立,在一致性研究中可作为一个较好的案例.教师参考书是对配套教材的解读,体现了教材编写者的意图.

2.2 数据编码

内容的分类根据课程标准与教材在“抛体运动”和“圆周运动”所在章节的划分,将其划分为“曲线运动”、“运动的合成与分解”、“平抛运动”和“圆周运动”、“向心力”5个维度.

认知水平的分类依据物理学科核心素养的四个维度“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”.对于每个水平的细分类如表1.

表1 课程标准认知水平分类依据

(1) 对课程标准的编码.

使用内容分析法对课程标准进行编码.提取课程标准中知识点数的同时,划分该内容的认知维度,构建“内容主题×认知维度”的二维表格,并进行归一化处理.

两位编码者对《课程标准》独立进行编码,用SPSS软件处理编码所得数据,计算皮尔逊相关系数为0.924,表明两个编码结果在P=0.01水平上显著相关.[9-11]两位编码者就分歧点进行讨论,最终得到如表2所示编码.

(2) 对教材的编码.

与上述对课程标准的编码相同,提取教科书中知识点数的同时,划分该内容的认知维度,构建“内容主题×认知维度”的二维表格,并进行归一化处理.

两位编码者对人教版、鲁教版和沪教版物理教科书独立进行编码,用SPSS软件处理编码所得数据,计算皮尔逊相关系数分别为0.988、0.831和0.961,表明两位编码者在人教版、鲁教版和沪教版物理教科书编码结果各在P=0.01水平上显著相关.两位编码者就分歧点进行讨论,最终得到如表2所示编码.

表2 “内容主题×认知维度”二维表

续表

3 数据分析

3.1 一致性系数分析

利用Gavin提出的计算P的临界值方法,在matlab中用unidrnd函数将教材和课标的知识点数赋值到与原矩阵大小相等的5×4矩阵中,计算得出P值,再将此过程重复20000次,最终得出P的临界值为P0.[12]

利用Porter一致性计算方法,计算得出一致性系数P与临界值P0并进行比较,用以说明课程标准和教材是否存在一致性.

表3 3个版本高中物理教科书与课程标准之间的一致性系数P和95%水平的参考值P0

将3个版本的教科书与课程标准的一致性系数P与临界值P0进行比较,可以发现,3个一致性系数均高于参考值,说明三个版本的教科书与课程标准均存在一致性.

3.2 曲面图分析

通过曲面图可以清晰的看出某一部分的内容侧重于哪一个维度的认知水平,或哪一维度的认知水平在某部分内容中有所侧重.

图1表明,课程标准在“抛体运动”和“圆周运动”对应章节的内容主要集中在“圆周运动”和“向心力”,侧重于发展学生的物理观念.图2表明人教版教材的内容主要集中在“平抛运动”、“圆周运动”和“向心力”,“平抛运动”部分侧重发展学生的物理观念,“圆周运动”和“向心力”,侧重于发展学生的物理观念.图3表明鲁教版教科书的内容主要集中在“运动的合成与分解”、“平抛运动”和“向心力”,“平抛运动”部分相对全面发展学生物理学科核心素养,“圆周运动”和“向心力”侧重于发展学生的物理观念.图4表明沪教版教科书的内容主要集中在“平抛运动”、“圆周运动”和“向心力”,“平抛运动”部分侧重发展学生的科学思维,在“圆周运动”和“向心力”部分侧重发展学生的物理观念.

图1 课程标准内容和认知维度分布

图2 人教版教科书内容和认知维度分布

图3 鲁教版教科书内容和认知维度分布

图4 沪教版教科书内容和认知维度分布

3.3 柱状图分析

根据比率表绘制内容主题分布比较的柱状图,如图5所示.图5表明,对于“曲线运动”这一主题,课程标准的比率值与人教版和鲁教版教科书的比率值相近,沪教版教科书比率值明显低于课程标准.对于“运动的合成与分解”这一主题,课程标准的比率值与人教版、沪教版教科书比率值近似,鲁教版教科书比率值明显高于课程标准.对于“平抛运动”这一主题,课程标准的比率值明显低于各教科书的比率值,其中人教版教科书比率值最高,沪教版教科书比率值最低.对于“圆周运动”这一主题,课程标准的比率值与沪教版教科书的比率值相近,人教版和鲁教版教科书的比率值均低于课程标准,其中鲁教版教科书比率值最低.对于“向心力”这一主题,课程标准的比率值与沪教版教科书比率值相近,人教版和鲁教版教科书的比率值相近且低于课程标准比率值.

图5 内容主题分布比较

根据比率表绘制认知水平分布比较的柱状图,即图6.图6表明,课程标准和教科书都注重发展学生的“物理观念”.对于“物理观念”这一维度,课程标准的比率值高于各版本教科书的比率值,且各版本教科书的比率值相近.对于“科学思维”这一维度,课程标准的比率值低于各版本教科书的比率值,其中沪教版教科书的比率值最高,鲁教版教科书的比率值最低.对于“科学探究”这一维度,课程标准与各版本教科书的比率值几乎一致.对于“科学态度与责任”这一维度,课程标准的比率值低于人教版和鲁教版教科书的比率值,高于沪教版教科书的比率值,其中鲁教版教科书的比率值最高.

图6 认知水平分布比较

4 研究结论

教材的编制是以课程标准为纲领的,二者之间应该存在一致性.通过SEC分析可以发现在《普通高中物理课程标准(2017版)》与人教版、鲁教版和沪教版普通高中物理教科书“抛体运动”和“圆周运动”对应章节中,虽然从知识内容和认知水平上二者都存在一定的差异,但是整体而言存在一致性.其中鲁教版高中物理教科书与课程标准的一致性最高.