高中物理新旧教材中的问题比较分析——以人教版教材“力学”内容为例

郭芳侠 黄 凯

（陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西 西安 710119）

教材作为学校教育中知识的主要载体，在教学活动中扮演着重要的角色.因此对教材的分析、比较、反思极为重要.对教材的不断深挖，一方面可以提升教师专业发展；另一方面可以促进教材的完善和发展.

以《普通高中物理课程标准（2017年版）》［1］（以下简称为“课标”）为依据编写的2019版高中物理教材，同原教材发生了哪些变化？目前国内已有一些研究，胡嘉莹等详细对比论述了两版教材在力学实验上的变化；［2］王义梁等从宏观角度，通过对比指出新教材在内容、栏目、实验等多方面的特点.［3］这些研究，大都着眼于教材内容，编排逻辑等维度.对于课本问题的研究较少；杨孝波等分析了“运动和力的关系”部分两版教材习题上的宏观特点，如情景设置、提问方式等内容.［4］郭庆等结合物理核心素养构建分类标准对习题进行分类统计，分析新教材中核心素养的落实情况.［5］但未对习题的不良结构、思维层次等微观内容展开分析，研究的内容主题范围小且仅限于习题，不包括教材中其他栏目问题.

问题作为教材的重要组成部分，同教材紧密联系，反映教材取向，在巩固课堂所学的同时引导学生进行思维拓展，对提升学生的科学素养，发展其创新能力发挥着重要作用.此外，课本问题也是联系实际生活的有效途径，借助情景化的问题，引导学生利用所学去解决问题，促进所学向所用转化.因此，课本问题的研究显得极为必要.

1 研究对象

本文以高中物理人教版新旧两版教材为研究材料，对教材中的课本问题进行分析.其中旧教材是指由人民教育出版社于2010年出版的普通高中教科书《物理》；新教材是指人民教育出版社以新课程标准为依据编写于2019年出版并投入使用的普通高中教科书《物理》.选取“力学”模块进行分析.力学作为高中物理学习的基础，涵盖的知识点较多，本文将其划分为6个内容主题进行讨论，如表1所示.

表1 2019版教材与2010版教材内容主题与章节对应表

本文研究的“课本问题”包括教材中的“课后习题”和“课堂练习”.“课后习题”对应的栏目，在旧教材中为：“问题与练习”；在新教材中为：“练习与应用”、“复习与提高”.“课堂练习”为穿插于教材正文中思考性问题，其对应的栏目，在旧教材中为：“说一说”、“科学漫步”、“思考与讨论”、“STS”、“例题”；在新教材中为：“科学漫步”、“思考与讨论”、“STSE”、“例题”.

2 研究内容和方法

2.1 研究内容

本文对新旧两版教材中的课本问题从问题的思维层次、问题结构是否良好两方面进行比较，以期对新教材课本问题结构、层次等有更深入地理解.研究思路及内容如图1所示.

图1 研究内容

2.2 研究方法

2.2.1 SOLO分类法

SOLO是“Structure of the Observed Learning Outcome”的缩写，由澳大利亚John Biggs等［6］中提出，将学生的思维层次划分为5个思维水平层次，分别为：前水平结构（P）、单点结构水平（U）、多点结构水平（M）、关联结构水平（R）和扩展抽象结构水平（E）.

问题解决是操作性技能的体现，完成的情况受到相关知识的认知结构层次和学生对知识结构的熟练程度的影响.在此，我们所关注的是对知识点的认知层次.在对题目知识点层次划分的过程中结合《课标》中关于课程目标的描述，以Biggs所划分的5层次为基础制定本文的划分标准，其内容及例题展示说明如表2所示.由于前水平结构对高中生来说层次太低，在此不予考虑.

表2 问题SOLO思维层次的界定标准

2.2.2 结构不良问题的划分

问题在构成要素上主要包含3个方面：初始状态、目标状态、运算规则（算子）.结构良好问题通常表现为有明确的己知条件（初始状态）和要求达到的目标（目标状态），有确定的运算规则（算子），应用有限数量的规则和原理就会得到确定的答案.而结构不良问题是指在上述3个方面中至少有一个不明确的问题.这类问题通常有多种解决途径和解决标准，对于一个特定的解决方案是否适当，领域专家之间意见也不一致，因为它有各种不同的解决方案和解决途径.因此参考侯新杰等［7］的研究，本文结构不良的划分依据和代码如表3所示，表4是具体案例分析其划分结果.

表3 结构不良问题特征及界定标准

表4 结构不良问题划分案例

3 课本问题设置分析

3.1 新旧两版教材课本问题宏观分析

3.1.1 课本问题数量变化

新教材较旧教材增加了章末习题（教材中“复习与提高”栏目），因此在力学部分新版教材的课本问题数量明显增多，具体数目见表5.旧教材课本问题总量为315题，新教材共447题.从总体上，新教材较旧教材课本问题增量达29.53%.增幅主要源于新增的章末习题.课堂练习题目下降了23.56%，这是由于新教材新增了一个栏目——问题，将原旧教材中部分课堂练习置于每一节开篇作为课程导入所致.每小节的习题平均题量有小幅上升，这可能与新版教材内容编排更为紧凑有关，相同的内容量由原62小节压缩至现54小节.

表5 2019版教材与2010版教材问题数量对比表

3.1.2 剔除无关概念，降低学生的认知负担

较旧教材而言，新教材题目的文字描述以问题为核心展开，服务于问题的解决，减少无关概念的引入，描述更简洁、指向性更强.具体题目的对比分析如表6所示.这一改变主要出现在节末习题中，降低了由于无关概念带来的负担，在问题情景中突出问题本身.

表6 2019版教材与2010版教材修订题目对比分析

3.1.3 凸显生活气息，强化实验探究

参考霍翠玲对问题背景的划分方式，将问题背景划分为：无背景、生活情景、科学技术（科学知识）、实验探究、文化历史这5类.［8］统计结果如表7所示.新旧教材的无情景问题分别为30.65%和38.10%，生活情景类占比分别达到51.01%和44.44%，其他3类所占的比重相对较低，尤其是以文化历史为背景的问题仅占1.34%和1.27%.

表7 2019版教材与2010版教材问题背景统计

新教材问题中更多以生活情景为背景，较旧教材增长了7.45%，无情景的问题比重明显下降，降低了6.57%.在其他类的变化不大.与旧教材相比，新教材问题中更注重同实际生活的联系，更多地融入生活情景，促进物理同生活的联系.同时探究性问题增加，以培养科学思维和实验探究能力.

3.1.4 丰富提问方式，着眼于解题的思维过程

相比旧教材，新教材在提问时大量出现“有没有不同的认识”、“结合……想一想”、“不正确，错在那里？”、“分析过程”、“请说明理由”等提问关键词.这些关键词的使用，引导学生思考问题的解决过程，注重学生的思维活动过程.

3.2 新旧两版教材课本问题微观分析

3.2.1 SOLO思维层次分析

（1）新旧两版教材思维层次整体分析.

按前文所述的分类标准，对新旧两版教材力学部分的课本问题进行分类，其SOLO层次评定结果如表8所示.

表8 2010版、2019版教材问题SOLO思维层次统计

总体来看，两版教材力学部分的问题在思维水平上的变化如图2所示.新教材中单点结构、多点结构、抽象拓展结构问题占比均有下降，下降的百分比分别为9.66%、5.59%、0.64%，下降较显著的是单点结构，虽然这3个层次题目的占比有所下降，但对应层次的题目数量并没有减少，反倒有不同程度的增加，关联结构层次的问题由96个增加到252个，较旧教材显著增加，增加的百分比为15.89%.这一思维水平的变化，同课程目标的要求相契合，要求学生具备一定的探究意识与批判性思维，综合利用所学知识，创造性的解决问题.

图2 2019版教材与2010版教材课本问题思维层次对比

（2）各思维层次中的变化情况.

在对两版教材整体思维层次变化分析的基础上，继续分析每一思维层次下各内容主题题目占比的变化.

在单点结构中，各主题内容的情况如图3所示.在单点结构水平中，质点的直线运动（主题1）、曲线运动（主题3）这两个主题占比有所上升，上升的百分比分别为7.39%和1.88%.原因是这两部分的教学内容均是后续学习的基础，物理核心概念与重要规律的引入较多，题目更加注重对基本概念和规律的内涵的考查.其余各主题题目占比均有不同程度的下降，其中相互作用与运动规律（主题2）、下降了4.03%.万有引力定律（主题4）和能量与动量（主题5）、机械波（主题6）、这3个主题的变化不大.

图3 单点结构中2019版教材与2010版教材课本问题对比

在多点结构水平中，各内容主题的情况如图4所示.新教材仅在质点的直线运动（主题1）较旧教材的占比有所下降，下降了5.61%，但在题目的数量相差不大，主要是由于新版教材题目总数量的大幅增加所致.在其余的主题均有不同程度的上升，由于新版教材的题目基数较大，虽各主题百分比变化不显著，但对应的题目数量的增加还是可观的，如万有引力定律（主题4）中题目数量由原11题增加为20题.

图4 多点结构中2019版教材与2010版教材课本问题对比

在关联结构水平中，各内容主题的情况如图5所示.在万有引力定律（主题4）与机械波（主题6）这两个主题，增长比重分别为1.54%和8.68%.其余主题中有不同程度的下降，较明显的为质点的直线运动（主题1）、相互作用与运动规律（主题2）下降百分比为4.81%、3.97%.虽然百分比有所下降，但在题目数量上各主题都有显著的提升.占比下降的原因是由于新版教材关联结构的问题总体数量较旧教材有大幅增加（接近原来的3倍），各主题内容下题目虽也大幅上升，但仍有部分主题的提升幅度小于总体的提升幅度.这也反应了在具体的主题模块中，题目的思维层次根据知识点的特点有着细微的调整，以更好的服务于实际的需要.

图5 关联结构中2019版教材与2010版教材课本问题对比

在抽象拓展结构中，各内容主题的情况如图6所示.在相互作用与运动规律（主题2）、曲线运动（主题3）和机械波（主题6）这3个主题中的比重有所上升，上升的百分比分别为13.49%、7.04%和1.17%；在其余3个主题内容中百分比下降，能量与动量（主题5）下降16.28%，下降的幅度最大，这是由于新教材中在该板块中删除了部分要求学生查阅资料解释实际问题的题目造成的.

图6 抽象拓展结构中2019版教材与2010版教材课本问题对比

在对每一思维层次中不同内容主题的分析中可以发现，各个思维层次的题目在不同的内容主题中并不是均衡分配的，存在一定的差异.总的说来，表现为：单点结构与多点结构水平的题目，更多的集中于以基础性、工具性知识为主的内容主题中.如：质点的直线运动、曲线运动；关联结构水平的题目更多集中于知识综合性较强的内容主题中.如：万有引力定律、机械波.这一在分配上的差异与课标要求中的注重基础性与选择性相吻合，在提高学生能力的同时夯实基础，根据知识的特点有针对性的设置问题，优化结构.

3.2.2 新旧两版教材问题中结构不良问题分析

（1）结构不良问题总体数量特征比较.

依据结构不良问题的界定方法，分析教材中的问题确定是否为结构不良，并统计数量及其占比，如表9所示.数据显示在两版教材中结构不良问题所占的比重约30%，均小于结构良好问题的比重，结构良好问题（物理现象高度抽象、设置物理量形成的习题）仍占多数.新教材中结构不良问题的数量有大幅的上升，主要增加在课后习题中，由60个增至115个，这是由于新教材在旧教材的基础上增加的章末习题（教材中“复习与提高”），体现了物理核心素养的要求，希望通过这些问题的解决，培养学生分析、建模、表征等能力.

表9 新旧教材结构不良问题数量统计

（2）结构不良问题的结构特征比较.

采用表3的划分依据对课本问题中的结构不良问题进行特征界定，确定该问题是由于哪一种或几种成分的缺失导致的结构不良，结果如表10所示.表明两版教材中结构不良问题大多是由A（初始条件或状态的缺失或冗余）、E（真实的生活情景）、G（开放性答案）导致的.D（没有公认的解决方案）、F（涉及跨学科）类特征的次之.B、C特征的结构不良较少，即目标界定模糊、不清晰的题目和解题概念、规则、原理不清的题目较少.这表明，课本问题在结构不良的设置上多为评价上的开放性设置、目标状态上的缺失或冗余以及生活知识的借用，较少在目标状态上设置结构不良问题.符合课程标准和高中生的思维、认知特点，培养学生学会对现象进行描述，对条件判断、取舍以及进行定向表征的能力.

表10 2019版教材与2010版教材结构不良问题特征统计

虽然两版教材结构不良问题的特征上呈现相同的特点，但在微观上，也存在着一些变化.为了直观的体现这一变化，绘制了如图7所示的统计图.表明新教材的结构不良特征在A、B（目标界定模糊）和F 3类上有一定幅度的上升，其中F类上升幅度最大，为4.19%，在其余的均有不同程度的下降，其中C类（涉及的概念原理不确定等）下降的比重最大，为4.7%.说明新教材在结构不良问题中，更加注重考查学生对解题线索的获取与辨别能力，即能从众多的信息中抽取去有利于问题解决的关键信息；同时体现了STEM教育理念，引导学生跨学科综合知识进行解题，促进学生综合能力的提升.

图7 2019版教材与2010版教材结构不良问题结构特征对比

（3）思维层次的总体数量特点比较.

采用表2的界定标准对结构不良问题进行思维层次的界定，具体结果如表11所示.发现两版教材结构不良问题的思维层次主要集中在多点结构和关联结构中.这表明课本中的结构不良问题对学生的思维要求是比较高的，即对学生而言这些题目的难度是相对较大的.

表11 结构不良问题思维层次统计

同时显示在关联结构思维层次上，新教材的结构不良问题较旧教材有大幅的上升，上升比重达到17.95%，在其他层次均有不同程度的下降，其中单点结构下降的比重最大，达9.07%.这一增一减，说明在新教材中结构不良问题的难度和思维要求较旧教材更高，这也和新教材整体题目的变化趋势相吻合，更加注重学生综合分析问题的能力.

4 结论与建议

4.1 新旧两版教材力学部分课本问题分析结果

从总体上，新版教材在旧教材的基础上去粗取精，增加了大量富有时代特色的内容，优化提问方式，关注学生解题过程中的思维活动，侧重对学生能力的培养.除节末习题外增加了章末习题，体现习题难度和思维的进阶；在增加题目数量的同时优化题目的质量，使课本问题在教学中的价值得到进一步体现.

在问题思维层次上，新版教材中关联结构的问题比重显著上升，对学生的思维水平提出了更高的要求.但在具体的教学单元中，根据知识点的特定进行适当的调整，在基础概念规律较多的部分，为关键概念保留较大的问题比重，让学生熟练相关概念；在综合性较强的章节，设置更多综合运用的题目.在对能力提出更高要求的同时，兼顾知识点与教学任务的特性，合理设置题目，让题目更具针对性与实用价值.

就结构不良问题而言，从在各自教材中所占的比重来看二者变化不大；但从数量上新教材中结构不良问题数量增加了约42%，新教材不良问题结构特征上较旧教材有所调整，更加注重对信息的获取能力和跨学科解决问题的能力.这一变化反映了当下对复合型人才的需要以及大数据背景下所需要的具备的能力.

4.2 对教材编写的建议

进一步开发章末习题这一新增的栏目，合理设置章末习题的难度，提高其综合性.在“例题”、“节末习题”、“章末习题”中体现问题的进阶，以此促进学生思维的螺旋上升更好的掌握知识点.其次丰富问题的来源，适当增加以文化历史为背景的问题，进一步体现新课标对人文的关怀，同时弘扬中华的传统文化，增加民族信心和凝聚力.

在思维层次上，适当增加抽象拓展类问题的占比，抽象拓展类问题要求学生自己抽象物理情景，通过灵活运用知识，构建模型来解决或者解释问题.适当提高这类问题的比重，有助于学生科学思维的养成，促进核心素养的发展.

在结构不良问题方面，可适当增加其比重，同时引入一些原始问题.原始问题相较结构不良问题，更贴近实际的生活，对学生获取信息、分析推理、建构模型的能力要求更高，但也更能促进其思维发展，同时好的原始问题可以激发学生的兴趣.