中美高中物理主流教材例题比较分析

何彬淇 王欢

关键词：中美教材：高中物理;例题：教材比较

1引言

1.1研究问题

本文主要研究中美高中物理教材在例题呈现方式上的异同点，例如：在题干中是倾向于直接给出物理模型还是通过对真实情境的描述让学生主动去建构物理模型？例题是否给出配图以使问题更加形象与直观？例题的难度水平是否一致？另外，例题与习题最大的不同在于教材给出了例题的解答过程，对学生来说，是解题方法的示范，那么中美教材的例题在解答过程中又有什么样的不同呢？例题解答过程的环节设置，解答过程中符号与语言的占比情况等，都值得我们去分析。

1.2研究目的与意义

在实际教学中，相较于教材中的习题而言，教师和学生对教材例题的利用率更高;且例题的解答过程是由教材给出的，对于学生来说，是解题的参考与规范。因此，有必要对例题的呈现形式提出更高的要求。通过对比分析中美教材的例题，可以在一定程度上发现我国现行教材在例题设置上的一些优缺点，并对教材例题的优化提出切实可行的建议。

1.3研究方法

本文主要采用文本分析法，分别选取中美两国高中物理主流教材为研究样本：人民教育出版社于2019年出版的普通高中教科书《物理》和美国麦格劳一希尔公司于2008年出版的高中物理教材《物理：原理与问题》（Physics：Principles andProblems），为简便起见，在下文中分别称这两套教材为人教版教材和美国教材。

在对例题进行对比分析时，选取“机械能”部分的相关内容，主要分为两个方面：第一，从情境设置、插图使用情况和题目难度三个方面对题干进行对比分析;第二，从符号与语言的占比、环节设置两个方面对例题的解答过程进行对比分析。

1.4研究现状

在对我国教材例题的研究中，樊蕾从例题设置的数量、类型、情境来源、信息呈现方式以及解题过程这几个方面分析了人教版高中物理教材的特征，并依据分析结果提出应适当增加题目的开放性与综合性等建议。

在对中美高中物理主流教材例题的研究中，李亚飞对中美教材例题习题进行了对比，得出了入教版教材例题含“科技应用”背景的较多，美国教材例题以“纯知识”背景为主：人教版教材例题重视分析解题思路，整体文字表述较多，美国教材例题的解答模式固定，解答步骤清晰完整：人教版教材例题的综合难度高于美国教材。李蕾从例题标题、物理过程分析、物理解题格式、检验反思、数学手册5个方面对中美高中物理教材例题的呈现方式进行了比较研究，得出美国教材更注重教育心理学成果，更加显化科学方法教育，并对我国教材的优化提出了建议。胡东明比较分析了中美高中物理教材中“动量”部分例题的共同点与不同点，并对我国教材提出了注重例题解答过程中的物理意义、重视解题前对题目的分析和概括、增加解题后对结果的分析步骤等建议。

在上述研究的基础上，笔者选取我国新版高中物理教材，对中美两版教材中“机械能”部分的例题展开分析，以期对我国教材例题的优化设置提供参考。

2理论基础

2.1建构主义

建构主义强调学习的情境性，强调把所学的知识与一定的真实性任务挂钩，提倡在教学中使用真实性任务，让学生通过一定的合作来解决情境性问题，以此建构起能灵活迁移应用的知识经验。因此，例题中如果能以真实的情境作为问题背景，让学生意识到物理知识价值的同时，能够加深他们对知识的理解，提高解决问题的能力。

建构主义认为，在知识建构过程中，学习者以原有知识经验为基础来同化新知识，且同化过程涉及到感知、判断、推理、记忆等一系列复杂的认知活动：随着新知识的同化，原有知识经验会因为新知识的纳入而发生调整或改组，即知识的顺应。在做题过程中，学生的认知在不断地发生同化与顺应，例题的解答过程可以反映出感知、判断、推理等认知过程，若例题的解答过程能将这些复杂的认知过程条理清晰地呈现出来，将非常有利于学生学习新知识。

2.2修订后的布卢姆认知分类

分类学有助于更好地规定课程目标，使学习经验的安排与评价设计的准备容易些。修订后的布卢姆认知目标分类包括了从低级到高级的六类认知过程，分别是记忆、理解、应用、分析、评价和创造，这六个认知水平的含义如表1所示。其中，记忆与保持是最紧密相关的，其他五类逐渐增加了与迁移的关联性。对例题难度水平进行划分，能够更好地对例题的设置进行评价，并提出有依据的优化建议。

3例题分析

笔者从例题的题干和例题的解答过程两个方面对中美教材进行对比分析，研究发现中美教材在例题编制上有各自的优缺点，并根据分析结果对我国教材例题的优化设置提出改进建议。在分析题干时，从题目涉及的情境、所配的插图和难度水平三个方面展开：在分析解答过程时，从解答环节的设置和解答过程中符号与语言的占比情况展开。

在分析题干与解答过程之前，首先从中美教材“机械能”部分中各选取了一个例题进行展示，以便读者對中美教材例题题干和解答过程的呈现方式有一个直观的印象。

3.1例题展示

在人教版教材和美国教材中各选取了一个例题，这两个例题都考查了学生对功的概念的理解以及功的计算的应用水平，具有一定的对比性。

3.1.1人教版教材例题

一个质量为150 kg的雪橇，受到与水平方向成37。度斜向上方的拉力，大小为500 N，在水平地面上移动的距离为5m。地面对雪橇的阻力为100 N，cos37。=0.8。求各力对雪橇做的总功。

分析雪橇的运动方向及有关受力情况如图1所示。拉力F可以分解为水平方向和竖直方向的两个分力，竖直方向的分力E、支持力Fx和重力G与运动方向垂直，不做功。所以各力对雪橇做的总功为拉力的水平分力Fx和阻力F阻所做的功的代数和。

3.1.2美国教材例题

力与位移成一角度，一船员在岸边拉着绳索，使小船沿着码头前进了30.0 m的距离，已知拉绳与水平面夹角成25.0。。如果船员施加于拉绳上的力为255 N，那么他对小船做了多少功？

（1）分析概括问题

①建立坐标轴。

②作出表示小船初始条件的示意图（图2）。

③画出矢量图，表明力以及力在位移方向上的分量。

已知：F=255 N，d=30.0 m，0=25.0。;未知：w

（2）求解未知量

利用与位移成一角度的力的做功公式

W=Fdcos0=255 Nx30.0mxcos25.00=6.93x103 J

（3）验证答案

①单位是否正确？功是以J来量度的。

②符号是否有意义？船员对小船做了功，所以用正的数值表示功是正确的。

3.2例题题干分析与建议

对中美教材“机械能”部分的例题题干进行分析，并对例题数量、所处章节、涉及的生活情境、插图情况、例题题型和难度水平进行统计，得到人教版教材和美国教材“机械能”部分例题统计表，分别如表2、表3所示。

3.2.1情境分析与建议

根据表2可知，人教版教材的5个例题中，有4个例题以生活情境为背景，涉及到的情境有雪橇滑行、发动机工作、飞机滑跑和打夯：还有1个例题没有涉及到生活情境，而是直接展示了“绳一球”模型，让学生进行相应的计算。根据表3可知，美国教材的6个例题全部都以生活情境为背景，涉及到的情境有冰球滑行、码头拉船、电梯上升、举保龄球、树枝掉落和汽车追尾。

对比中美教材例题可以知道，两版教材都有较强的“通过真实情境创设问题背景”的意识，但是美国教材中体现出来的对情境的重视程度要高于人教版教材。通过对生活中真實问题的解决，可以让学生发现物理学习的价值，提高他们对物理学习的兴趣。真实的情境往往需要学生自主建构物理模型，有利于学生发生知识的迁移。因此，建议在编制教材例题的过程中，有必要进一步加强对真实情境的重视。

3.2.2插图分析与建议

例题中总是有题干情境和解答分析过程出现在同一幅图片中的情况（例如图2），因此难以将题干中出现的插图和解答过程中出现的示意图进行划分，所以文章在分析例题插图时，同时对题干和解答过程中出现的图片进行分析。

由表2可知，人教版教材的5个例题中，有2个例题的插图以“模型图”的形式呈现，有1个例题的插图以“情境图”的形式呈现，有1个例题的插图以“情境图+模型图”的形式呈现，还有1个例题没有任何配图。由表3可知，美国教材的6个例题全部都有插图，其中有4个例题的插图以“情境图”的形式呈现，还有2个例题的插图以“情境图+模型图”的形式呈现。

例题题干中的插图可以使问题情境直观化、形象化：解题过程中用于分析的模型图或原理图可以使解题的逻辑更加清晰。通过中美教材对比可知，人教版教材例题在模型化的插图上做得较好，善于利用模型图帮助学生分析题目背后物理量之间的逻辑关系。不过在情境化的插图上略有不足，虽然不是一味地要求每个例题都必须配有情境图，但是应该尽量给题干所描绘的情境配以相应的插图，如果能用写实的图片来配合文字描述，可以更加清晰地刻画出问题情境。

3.2.3难度分析与建议

依据修订后的布卢姆认知目标分类学，对例题的难度进行分析。对比表2和表3可知，无论是人教版教材中的例题还是美国教材中的例题，几乎都处于“应用”水平，只有美国教材的第6个例题对学生的分析能力具有一定的要求，将其划分为“分析”水平。

根据对中美教材难度的分析，无论是人教版教材还是美国教材，例题难度水平都较为单一，基本处于应用水平;且题型较为单一，都是计算题。因此，建议在编制教材例题的时候可以涉及多种题型，除了选择、判断、计算等封闭式的题型，还可以编人探究题、活动题等开放式的题型。与此同时，建议将例题的难度水平阶梯化，以满足不同层次学生的需求。

3.3例题解答分析与建议

3.3.1环节对比与建议

由“例题展示”部分可得知，人教版教材例题的解答过程主要分为“分析”和“解”两大部分;美国教材例题的解答过程分为“分析概括问题”“求解未知量”和“验证答案”三个部分。对比中美教材解答过程中的环节设置情况可知，人教版教材的“分析”环节和美国教材的“分析概括问题”环节功能几乎一致，可一一对应：人教版教材的“解”环节和美国教材的“求解未知量”环节功能几乎一致，可一一对应：最主要的区别在于美国教材多了“验证答案”环节。

检验反思环节是对学生批判性思维的引导，使学生有目的、白我调节地判断，并且这种判断存在于对证据、概念、方法、标准或背景进行解读、分析、评价、推论和解释中。检验环节有助于培养学生的科学思维，可以提高学生思维的证据意识和思维的缜密性，因此建议编制教材例题时，在解答过程增加检验环节。

3.3.2符号与语言占比分析与建议

在求解过程中，中美教材的符号与语言占比情况比较接近，都使用了大量的数学符号和物理符号进行解题。不同的是人教版教材在分析环节通过大量的语言对题目中物理量之间的关系进行描述与分析，符号占比极少;而美国教材在分析环节中语言与符号的占比相当，且语言描述明显少于人教版教材。

笔者认为，在这一部分人教版教材做得较好。语言描述自然有它的缺点，没有符号来得更加直观与简明。较多的语言描述虽然略显哕嗦，但是在分析阶段，为了把物理量之间的复杂关系描述清楚，需要借助较多的语言描述来达到这一效果。

4结论与启示

文章对中美主流物理教材“机械能”部分的例题展开了对比研究。从情境、插图和难度三个方面对例题题干进行了分析，从环节设置和符号与语言的占比两个方面对例题的解题过程进行了分析。

在对例题题干的分析中，发现人教版教材“通过真实情境创设问题背景”的意识不够强，情境化的插图略显不足，例题难度都处于应用水平，题型单一，因此对我国教材例题编制提出要进一步加强对真实情境的重视、增加情境化的插图、避免难度水平过于集中、丰富题目类型等建议。

在对例题解题过程的分析中，发现人教版教材例题的解答过程缺少检验环节，提出了增加检验环节的建议。在符号与语言占比情况的分析中，发现人教版教材编制得较好，能够把物理量之间的复杂关系描述清楚。