2019年版高中物理教科書習題比較研究

［摘 要］高中物理教科書中的習題在延伸、遷移和應用教科書中的知識方面發揮著重要作用，同時也是高考物理試題命題的重要來源。本研究以2019年人教版和魯科版高中物理必修第二冊中的習題為研究對象，通過對比分析兩個版本教科書的習題在廣度和深度上的特點 ，為高中物理教師深入理解和有效運用教科書習題提供參考。

［關鍵詞］高中物理；教科書習題；比較

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-6058（2024）26-0038-04

一、研究背景

教科書作為教學的核心課程資源，不僅是學生獲取知識的主要途徑，更是教師教學的主要依據，同時還是高考試題命題的重要來源。教科書中的習題由眾多專家精心設計與編制，是一種能夠反饋教師教學成效以及學生學習效率的形成性評價方式，其價值和重要性不容忽視。高中物理教科書中的習題不僅能診斷學生對所學物理知識的掌握程度，還能讓學生在解題過程中有效提升判斷能力、思考能力和計算能力，同時在學生情感態度與價值觀的塑造方面也發揮著重要作用。在日常教學中，如果教師能夠有效利用教科書中的習題，那么不僅能夠顯著提高教學質量和教學效果，還能在一定程度上有效減輕學生的作業負擔。

本研究以2019年人教版和魯科版高中物理必修第二冊中的習題為研究對象，通過對比分析兩個版本教科書的習題在廣度與深度上的特點，為高中物理教師深入理解和有效運用教科書習題提供參考。

二、習題廣度比較

（一）習題欄目比較

兩個版本的高中物理教科書均在節末和章末設計了相應的習題，以此鞏固學生所習得的知識，發展學生的物理思維。但不同的是，魯科版教科書的“節練習”是按照課程標準中學業質量要求的4個水平，從易到難、從單一到綜合進行編制的，且用黑色標號來表示1-2水平的習題、紅色標號表示3-4水平的習題，對于具有挑戰性的選做題，則用“?”號特別標記。對于“章末”練習，人教版教科書分為Ａ組和Ｂ組，其中A組是基礎題，B組是拔高題，以滿足不同學生的學習需求；而魯科版教科書則設計了“科學認知”“科學辨析”“科學探究”“科技交流”“溫故知新”“我的學習總結”等幾大類型的習題，這些習題的水平劃分和“節練習”類似，充分體現了對物理學科核心素養的培養。此外，魯科版教科書在單元末還設置了“單元自我檢測”，緊隨其后的是“單元自我評價”，以引導學生進行自我評價與反思。

（二）習題類型及數量比較

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）將新版高中物理必修第二冊的內容分為“機械能及其守恒定律”“曲線運動與萬有引力定律”“牛頓力學的局限性與相對論初步”三個主題。“機械能及其守恒定律”主題主要包括功、功率、動能定理、重力勢能、機械能守恒定律等內容，“曲線運動與萬有引力定律”主題主要包括曲線運動、運動的合成與分解、勻速圓周運動、萬有引力定律等內容，“牛頓力學的局限性與相對論初步”主題主要包括牛頓力學的局限性、相對論時空觀等內容。

習題數量的統計方法如下：根據習題前面的題號依次進行統計。對于計算題，如果一道題中包含多個問題，則每個問題算作一道題；對于填空題，如果一道題中有多個空格需要填寫，則每個空格算作一道題。

例如，用起重機把質量為2.0×[103] kg的物體勻速地提高了5 m，鋼繩的拉力做了多少功？重力做了多少功？這些力做的總功是多少？此計算題可記為3道題。

又如，已知小方格的邊長L = 2.5 cm，取重力加速度g =10 m/[s2]，則小球平拋的初速度[v0]= （用L、g表示），其值是 。此填空題可記為2道題。

人教版和魯科版教科書的習題類型及數量統計如表2所示。

人教版和魯科版教科書的習題類型分布圖如圖1所示。

由表2和圖1可知，與人教版教科書相比，魯科版教科書在習題類型上增加了“選擇題”“實踐題”“科技論文”三種類型的習題。魯科版教科書主要以“計算題”和“選擇題”為主，而人教版教科書則以“計算題”和“說明題”為主。計算題注重考查學生解題的技巧與規范、數據處理能力以及計算能力。選擇題注重考查學生的理解能力與記憶能力。說明題注重考查學生對物理概念和規律的理解以及分析問題和解決問題的能力。由此可以看出，魯科版教科書不僅強調學生對物理知識的理解、記憶，還特別注重學生對知識的應用以及對數據的處理與計算能力。相比之下，人教版教科書更為注重學生對物理知識的理解與應用。

兩版教科書的習題數量都相當豐富，但魯科版教科書比人教版教科書多出了10道題。在“機械能及其守恒定律”主題下，人教版教科書的習題數量相對較少；在“曲線運動與萬有引力定律”主題下，兩版教科書的習題數量保持一致；至于“牛頓力學的局限性與相對論初步”主題，魯科版教科書的習題數量則更為豐富。此外，魯科版教科書習題中的“科技論文”部分，在提升學生的科學思維能力以及增強學生將物理知識學以致用的能力等方面具有重要作用。因此，教師在教學中可以此部分作為一種有效參考，用以培養學生的綜合素質。

三、習題深度比較

本研究采用了布魯姆教育目標分類方法，將知識點的掌握分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造六個層級，并分別用1、2、3、4、5、6來進行賦值。

對高中物理而言，“記憶”層級是指能依據所學的物理概念、規律等直接寫出或計算出相關問題的答案或結果。“理解”層級是指能理解物理概念、規律等的確切含義以及它們的適用條件。“應用”層級是指能應用所學的物理概念、規律等解決實際問題。“分析”層級是指能依據所學物理知識分析問題。“評價”層級是指能對利用物理思維方式解決的實際問題進行評價。“創造”層級是指能基于已得到的信息進行組織與建構。

本文通過布魯姆的教育目標分類法，對人教版與魯科版教科書中的習題進行深度的比較分析，并明確給出深度S的計算公式：

[S=i=1NviN] （1）

（1）式中[vi]為第i個知識點的要求層次的值，N為總的知識點個數。深度值S越大，說明對學習的要求程度越高。

（一）習題深度編碼的數據統計

在研究習題的深度之前，我們先將習題依據布魯姆的教育目標分類體系進行詳細的劃分。具體的劃分示例如下：

［例1］地球質量為6.0×[1024] kg，地球與太陽的距離為1.5×[1011] m。地球繞太陽的運動可以看作勻速圓周運動。太陽對地球的引力是多少？

本題考查的內容是向心力的算法，學生僅憑記憶即可得出答案。因此，本題可劃分為“記憶”層級。

［例2］某質點從A點沿圖中的曲線運動到B點，質點受力的大小為F。經過B點后，若力的方向突然變為與原來相反，它從B點開始沿圖中哪一條虛線運動？為什么？

本題考查的內容是對曲線運動的理解。因此，本題可劃分為“理解”層級。

［例3］質量為2.0×[103] kg的汽車在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為1.4×[104] N。汽車經過半徑為50 m的彎路時，如果車速達到72 km/h，這輛車會不會發生側滑？

本題考查的內容是圓周運動在實際問題中的應用。因此，本題可劃分為“應用”層級。

［例4］設空中的雨滴從靜止開始下落，遇到水平方向吹來的風。請分析風速對雨滴下落時間和著地速度的影響。

本題考查的內容是運動的合成與分解，學生需要依據矢量合成的特點進行分析。因此，本題可劃分為“分析”層級。

［例5］一位同學根據向心力公式[F=mv2r]說，如果人造地球衛星的質量不變，當軌道半徑增大到2倍時，人造地球衛星需要的向心力減小為原來的[12]；另一位同學根據衛星的向心力是地球對它的引力，由公式[F=Gm1m2r2] 推斷，當軌道半徑增大到2倍時，人造地球衛星需要的向心力減小為原來的 [14 ]。哪位同學的看法對？說錯了的同學錯在哪里？請說明理由。

本題考查的是學生對實際問題的評價能力。因此，本題可劃分為“評價”層級。

［例6］可視為質點的兩物塊A、B的質量分別為M、m。A放在光滑水平桌面，一不可伸長的輕繩跨過光滑輕質定滑輪，兩端分別與A、B相連接，A和滑輪間的輕繩與桌面平行。現將A由靜止釋放，不計空氣阻力，重力加速度為[g]。請你設計兩個問題，使其可應用下面的物理規律解決：

（1）牛頓第二定律；

（2）動能定理或機械能守恒定律。

本題主要考查的是學生基于已得到的信息進行創造的能力。因此，本題可劃分為“創造”層級。

鑒于魯科版教科書中的習題包含“單元自我檢測”以及標有“*”的選做題，且相關題目具有一定的難度，而人教版教科書中并未設置此類相對應的習題，本文在進行習題深度比較時不對魯科版教科書中特有的這部分習題進行統計。兩版教科書習題深度的統計數據如表3所示。

（二）習題深度比較分析

根據表3的習題深度統計數據，從主題角度來看，在三個主題下魯科版教科書的習題深度均大于人教版教科書的習題深度；從整體來看，魯科版教科書的習題深度也大于人教版教科書的習題深度。這說明魯科版教科書所編排的習題相較于人教版教科書，深度是較大的。這也同時說明了魯科版教科書對學生的學習要求比人教版教科書更高。

四、結論與啟示

（一）結論

通過以上對人教版和魯科版教科書習題廣度與深度的比較，我們可以得知，在習題欄目分布、習題類型以及習題數量這幾個維度上，兩版教科書均展現出各自的特點和差異。相較于人教版教科書，魯科版教科書不僅習題數量較多，而且在習題欄目的分布上更為清晰，習題類型也更加豐富。雖然魯科版教科書在習題廣度上比人教版教科書大，但兩版教科書在習題設置上都有著各自的優勢，充分體現了習題對于學生能力的培養。在三個主題下以及整體上，魯科版教科書的習題深度均超過人教版教科書的習題深度，這顯示出魯科版教科書對學生的學習要求更高。魯科版教科書更加注重學生對知識的深入理解與創造性應用，對學生思維發散水平提出較高的要求。在實際教學中，教師可根據實際教學需要，將不同版本教科書中同一章節的習題進行橫向分析，并綜合利用相關題型，進而發揮習題對教學的優化促進作用。

（二）啟示

教師和學生是教科書的直接使用者，教師在其中扮演著引導者的角色。因此，對于教師來說，只有深入理解并廣泛把握教科書的內容，才能有效地促進師生之間的教與學活動。

第一，結合高考的題型與難度，適當改編教科書中的習題，以滿足不同學生的需求。教科書中的習題是高考試題的一個重要來源，對其進行改編，能夠幫助學生更好地適應高考。

第二，合理利用相關資源，優化習題設計。不同版本教科書的習題在難易度上存在差異，部分習題可能過于容易，而對一些學生來說則比較難。教師應合理利用相關資源，對習題進行設計與有效整合，以充分發揮習題的價值。

第三，注重習題對物理學史的考查。物理學史可以讓學生了解物理學在不同歷史時期的演進，了解科學家的努力和突破，使學生對科學的本質有更清晰的認知，同時能培養學生的科學態度與責任素養。教師在編制習題時應特別關注這一點。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書 物理 必修 第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2] 山東科學技術出版社.普通高中教科書 物理 必修 第二冊[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[3] 廖伯琴，霍靜.課程標準與教材修訂（四）：如何發揮教材中習題的育人功能[J].物理教學探討，2020（4）：1-5.

[4] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

[5] 張磊.兩版高中物理教材習題的對比分析及教學啟示：以人教版和粵教版必修一教材課后習題為例[J].數理天地（高中版），2023（14）：30-32.

[6] 田穎異.2019年版五套高中物理教科書的比較研究：以必修一為例[D].延吉：延邊大學，2022.

[7] 唐娟娟.基于布盧姆認知目標新分類的人教版高中物理教材課后習題研究[D].銀川：寧夏大學，2020.

[8] 張格.2019年版高中物理教材課后習題的比較研究[D].開封：河南大學，2021.

（責任編輯 黃春香）