中美主流高中物理教材應(yīng)用性習(xí)題的比較與啟示

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

高中物理學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是以學(xué)生發(fā)展為本、基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)，其目的主要在于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和改進(jìn)教師的教學(xué)[1]。教材習(xí)題作為教學(xué)評(píng)價(jià)的測(cè)量形式之一，是落實(shí)評(píng)價(jià)育人的重要載體。從2019年秋季學(xué)期起，全國(guó)各?。▍^(qū)、市）開(kāi)始分步啟用新教材。人教版新教材在習(xí)題方面作出了較大的優(yōu)化，習(xí)題欄目由原先的“問(wèn)題與練習(xí)”改為“練習(xí)與應(yīng)用”，體現(xiàn)“應(yīng)用性\"的習(xí)題（以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)用性習(xí)題”）數(shù)量大幅提升。加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用性習(xí)題的研究與開(kāi)發(fā)，能夠有效引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的物理問(wèn)題，關(guān)注科學(xué)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，體會(huì)物理學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、知行合一的意識(shí)和躬身實(shí)踐的能力[2]。本文旨在通過(guò)對(duì)中美主流高中物理教材應(yīng)用性習(xí)題的比較分析，揭示新教材中的習(xí)題在體現(xiàn)“應(yīng)用性”上的優(yōu)勢(shì)和不足，進(jìn)而對(duì)教材習(xí)題的編制與教學(xué)提出建議。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 “應(yīng)用性習(xí)題”的意蘊(yùn)

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中提出，應(yīng)用性要求以貼近時(shí)代、貼近社會(huì)、貼近生活的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問(wèn)題情境為載體，將陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)的有機(jī)整合和運(yùn)用作為考查目標(biāo)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)文章編號(hào)：1003-6148（2025）4-0027-5生活中的實(shí)際問(wèn)題，體現(xiàn)對(duì)即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者遷移課堂所學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際水平的測(cè)量與評(píng)價(jià)[3]。由此可見(jiàn)，應(yīng)用性習(xí)題應(yīng)該具備問(wèn)題情境真實(shí)、知識(shí)運(yùn)用靈活和任務(wù)指向?qū)嵺`的特征。

下面展示一個(gè)應(yīng)用性習(xí)題案例：

案例1新人教版物理教材第三章《相互作用——力》章末習(xí)題B組第7題：

國(guó)際拔河比賽規(guī)定，每個(gè)隊(duì)由8名運(yùn)動(dòng)員組成，按8名運(yùn)動(dòng)員體重的總和，分成若干重量級(jí)別，同等級(jí)別的兩個(gè)隊(duì)進(jìn)行比賽。還規(guī)定，運(yùn)動(dòng)員必須穿“拔河鞋”或沒(méi)有鞋跟等突出物的平底鞋，不能戴手套。

（1）競(jìng)賽為什么要作出上述規(guī)定？試從物理學(xué)角度進(jìn)行說(shuō)明。（2）專業(yè)的拔河運(yùn)動(dòng)員在拔河時(shí)身體向后傾倒，跟地面的夾角很小，為什么要這樣做？請(qǐng)從物理原理上分析說(shuō)明。

案例解讀：該習(xí)題以貼近學(xué)生生活的拔河比賽為問(wèn)題情境，需要學(xué)生靈活運(yùn)用摩擦力、牛頓第三定律和杠桿原理等物理知識(shí)來(lái)解釋物理現(xiàn)象。該問(wèn)題的解決不僅能夠強(qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)論證能力，也對(duì)學(xué)生從事相關(guān)活動(dòng)具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1.2 研究樣本

1.2.1 主樣本選擇

為了研究的代表性，國(guó)內(nèi)教材選取的是人教版2019年第1版的普通高中教科書《物理》（以下簡(jiǎn)稱\"人教版教材\"），共6冊(cè)。美國(guó)教材選取的是2017年版《豪爾特物理》（以下簡(jiǎn)稱“HP教材\"），共1冊(cè)。HP教材在美國(guó)的選用率高，廣受美國(guó)物理教師青睞，是美國(guó)高中常規(guī)課程最受歡迎的物理教材[4]。本文習(xí)題樣本選擇包括人教版教材“練習(xí)與應(yīng)用\"和“復(fù)習(xí)與提高\(yùn)"欄目中的習(xí)題（共計(jì)1216道），以及HP教材“SECTIONRE-VIEW”\"Review”和“StandardizedTestPrep”欄目中的習(xí)題（共計(jì)1597道）。兩版教材習(xí)題欄目對(duì)照如表1所示。

1.2.2 應(yīng)用性習(xí)題樣本選擇

為探究中美教材應(yīng)用性習(xí)題的結(jié)構(gòu)特征與要素特征，需從主樣本中遴選出應(yīng)用性習(xí)題樣本

進(jìn)行分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，人教版教材應(yīng)用性習(xí)題共計(jì)306道，HP教材應(yīng)用性習(xí)題共計(jì)217道。

1.3 習(xí)題編碼分析框架

本文首先從應(yīng)用性習(xí)題的數(shù)量占比、內(nèi)容板塊分布兩個(gè)方面對(duì)教材習(xí)題進(jìn)行整體和結(jié)構(gòu)化分析。其次，依據(jù)前文對(duì)應(yīng)用性習(xí)題的解讀，從情境主題、思維層級(jí)、應(yīng)用類型和實(shí)踐范式4個(gè)維度，對(duì)應(yīng)用性習(xí)題的要素特征進(jìn)行編碼分析，分析框架如表2所示。

下面給出一個(gè)編碼案例：

案例2 HP教材第十四章《反射》第三節(jié)“光學(xué)現(xiàn)象”小結(jié)復(fù)習(xí)第4題：

一場(chǎng)暴風(fēng)雨過(guò)后，一個(gè)男人走到他的門廊上。向東看，他看到了在鄰居的房子上方形成的彩虹。該時(shí)刻處于一天中的什么時(shí)候，早上還是晚上？

編碼分析：在情境主題上，該習(xí)題關(guān)聯(lián)了自然界中常見(jiàn)的彩虹現(xiàn)象，故屬于自然現(xiàn)象情境；在思維層級(jí)上，該習(xí)題需要學(xué)生運(yùn)用光的折射、反射原理以及地理常識(shí)來(lái)解決，知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，故屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)；在應(yīng)用類型上，該習(xí)題讓學(xué)生預(yù)測(cè)所述現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間，故屬于預(yù)測(cè)類應(yīng)用；在實(shí)踐范式上，該習(xí)題僅依靠學(xué)生閱讀書本內(nèi)容即可解決，但題干所述現(xiàn)象易于教師做演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生自主觀察，故屬于可操作實(shí)踐，

為降低編碼主觀性對(duì)研究結(jié)果的影響，本文由兩位編碼者對(duì)兩套教材中的習(xí)題進(jìn)行獨(dú)立編碼。編碼時(shí)，計(jì)算題、多項(xiàng)目的判斷題按小題序號(hào)拆分成單獨(dú)的題目進(jìn)行分析。對(duì)兩位編碼者的編碼結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，4項(xiàng)編碼內(nèi)容的Kappa系數(shù)均大于0.8，編碼結(jié)果信度較高。

2 研究結(jié)果

2.1 整體與結(jié)構(gòu)化分析

整體上看，人教版教材應(yīng)用性習(xí)題占習(xí)題總數(shù)的 2 5 . 1 6 % ，HP教材的占比為 1 3 . 5 9 % ，人教版教材中的習(xí)題在“應(yīng)用性\"的體現(xiàn)上顯著優(yōu)于HP教材。這種差異源于兩國(guó)物理課程結(jié)構(gòu)的不同。美國(guó)物理課程根據(jù)難度級(jí)別可劃分為常規(guī)物理、概念物理、榮譽(yù)物理和先修物理，不同課程會(huì)選用不同類型的教科書。例如，先修物理課程中使用率最高的教材是《物理：原理與應(yīng)用》，該教材中的習(xí)題以物理學(xué)的實(shí)際應(yīng)用為主，而HP教材主要運(yùn)用于常規(guī)物理課程和榮譽(yù)物理課程，這兩種課程相較于先修課程更注重學(xué)生物理學(xué)科基礎(chǔ)的培養(yǎng)，因而習(xí)題更注重基礎(chǔ)性，而非應(yīng)用性；中國(guó)高中物理課程結(jié)構(gòu)缺乏大學(xué)預(yù)科課程，教材肩負(fù)著夯實(shí)基礎(chǔ)與遷移應(yīng)用的雙重職能，因此其中的應(yīng)用性習(xí)題占比較高。

兩套教材應(yīng)用性習(xí)題內(nèi)容板塊分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。人教版教材的應(yīng)用性習(xí)題主要分布在電磁學(xué)和力學(xué)兩個(gè)板塊，分別占比 3 8 % 和 3 2 % ；運(yùn)動(dòng)學(xué)和熱學(xué)次之，分別占比 1 3 % 和 10 % ·光學(xué)和近代物理占比最少，僅有 4 % 和 3 % 。HP教材的應(yīng)用性習(xí)題主要分布在力學(xué)、電磁學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)三個(gè)板塊，分別占比 4 0 % ） 1 8 % 和 1 7 % ；熱學(xué)、光學(xué)和近代物理占比則非常接近，分別是 9 % 9 % 和 8 % 。

對(duì)比兩套教材應(yīng)用性習(xí)題內(nèi)容板塊分布情況，不難發(fā)現(xiàn)，二者對(duì)熱學(xué)、光學(xué)和近代物理板塊的應(yīng)用性習(xí)題開(kāi)發(fā)相對(duì)匱乏，主要是因?yàn)檫@三個(gè)板塊在教材中所占篇幅較短，知識(shí)內(nèi)容較少。不同的是，HP教材應(yīng)用性習(xí)題在光學(xué)和近代物理板塊占比顯著高于人教版教材。主要原因有：首先，人教版教材將大量的實(shí)際應(yīng)用案例設(shè)置在“STSE”和“科學(xué)漫步\"等欄目中作為學(xué)生的拓展閱讀內(nèi)容，而非以習(xí)題的形式呈現(xiàn)。其次，HP教材部分章節(jié)的習(xí)題具有“同質(zhì)化\"現(xiàn)象，如運(yùn)用“碳定年法”估測(cè)古物年份的試題就有6道。最后，HP教材對(duì)光學(xué)和近代物理板塊實(shí)際應(yīng)用案例的挖掘更為廣泛。

2.2 情境主題分析

兩套教材應(yīng)用性習(xí)題情境主題占比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。在所統(tǒng)計(jì)的5種情境主題中，人教版教材占比最高的是“生產(chǎn)生活”，占比 5 9 . 5 4 % ，其次是“前沿科技\"和“大國(guó)工程”，占比較少的是“自然現(xiàn)象\"和“歷史文化”；HP教材占比最高的是“生產(chǎn)生活”，高達(dá) 6 4 . 9 8 % ，其次是“自然現(xiàn)象”，而“大國(guó)工程”“前沿科技\"和“歷史文化\"的占比較少。

由此可見(jiàn)，兩套教材都十分注重物理知識(shí)與生產(chǎn)生活實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。不同的是，HP教材應(yīng)用性習(xí)題情境主題高度集中于“生產(chǎn)生活\"和“自然現(xiàn)象”，而人教版教材更注重情境的豐富度，“大國(guó)工程”“前沿科技\"和“歷史文化\"3種情境主題占比均高于HP教材，這表明兩套教材對(duì)應(yīng)用性習(xí)題育人價(jià)值的理解存在差異。HP教材受美國(guó)實(shí)用主義教育理念的影響，習(xí)題的情境主題與學(xué)生所處的自然生活空間高度融合，選擇的應(yīng)用案例是學(xué)生最熟悉、最容易直接接觸的；而人教版教材對(duì)應(yīng)用性習(xí)題育人價(jià)值的理解不再局限于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，還注重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，增強(qiáng)文化自信，深刻感知物理學(xué)在現(xiàn)代生活中的廣泛應(yīng)用。

2.3 思維層級(jí)分析

兩套教材應(yīng)用性習(xí)題思維層級(jí)占比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。人教版教材中“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)”占比最高，“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)\"次之，“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)\"和“抽象拓展”占比略低，四者占比分布相對(duì)均衡；HP教材以“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)”為主，“多點(diǎn)結(jié)構(gòu)\"次之，“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)\"和“抽象拓展”占比最少。

整體看來(lái)，人教版教材應(yīng)用性習(xí)題對(duì)學(xué)生思維水平的要求高于HP教材，這種差異源于前文所述的教材職能和情境主題的不同。雙重職能決定了人教版教材應(yīng)用性習(xí)題必須突出對(duì)學(xué)生高階科學(xué)思維能力的考查，它是即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者在面對(duì)與物理相關(guān)的問(wèn)題時(shí)所必須具備的綜合能力[5。此外，“大國(guó)工程”“前沿科技”和“歷史文化\"情境主題包含的物理知識(shí)往往更為廣泛、綜合，且與學(xué)生的日常生活有一定的距離感，學(xué)生無(wú)法依靠直接經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題，必須在新穎的情境中調(diào)動(dòng)高階思維，對(duì)知識(shí)進(jìn)行理解、分析與整合。

2.4 應(yīng)用類型分析

兩套教材應(yīng)用性習(xí)題應(yīng)用類型占比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。兩套教材中“計(jì)算類應(yīng)用\"均占比最高，分別為 4 7 . 3 9 % 和 4 4 . 7 0 % ，“解釋類應(yīng)用”占比HP教材比人教版教材高約 10 % ，“預(yù)測(cè)類應(yīng)用\"差別較小，“設(shè)計(jì)類應(yīng)用”占比人教版教材比HP教材高約 9 % 。

解釋與預(yù)測(cè)是學(xué)生在實(shí)際生活中最常見(jiàn)的知識(shí)輸出方式，相較于數(shù)值計(jì)算，二者能夠讓學(xué)生更直接地體會(huì)物理學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。HP教材中的習(xí)題選取了大量來(lái)源于生產(chǎn)生活和自然界的現(xiàn)象，利用更真實(shí)開(kāi)放的應(yīng)用類型幫助學(xué)生建立連接理論與實(shí)踐的橋梁，這是值得借鑒的地方。但在“設(shè)計(jì)類應(yīng)用”上，人教版教材明顯占優(yōu)。以人教版教材必修一為例，該冊(cè)教材設(shè)置了頻閃攝影測(cè)量重力加速度、觀察微小形變、自動(dòng)沖水裝置、測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)、測(cè)量電梯加速度、設(shè)計(jì)加速度計(jì)等豐富的設(shè)計(jì)類習(xí)題任務(wù)，這些任務(wù)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)和創(chuàng)新能力大有裨益。

2.5 實(shí)踐范式分析

兩套教材應(yīng)用性習(xí)題實(shí)踐范式占比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。兩套教材均以“基礎(chǔ)理論實(shí)踐”為主，“可操作實(shí)踐\"次之，“拓展理論實(shí)踐\"和“操作實(shí)踐\"較少，這說(shuō)明兩套教材的應(yīng)用性習(xí)題均注重紙筆應(yīng)用，對(duì)理論拓展和實(shí)際操作要求較低，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的綜合能力是不利的；此外，HP教材在“可操作實(shí)踐”上的表現(xiàn)略優(yōu)于人教版教材，這是因?yàn)槠淝榫持黝}的選擇更貼近師生生活，為教師演示和學(xué)生自主實(shí)踐提供了便利。

3教材習(xí)題編制與教學(xué)建議

3.1 強(qiáng)化評(píng)價(jià)育人意識(shí)，開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)習(xí)題資源

《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》提出后，經(jīng)過(guò)四年的探索發(fā)展，我國(guó)高中物理學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)逐漸從“育分”向“育人\"轉(zhuǎn)變。相較于高考試題，教材中的習(xí)題更少受到“選拔性”的束縛，學(xué)生解決問(wèn)題的時(shí)間和空間尺度更為自由，與日常教學(xué)的聯(lián)系更為密切，因此它在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用能力方面更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)于教材編寫者，應(yīng)綜合考量應(yīng)用性習(xí)題的特征要素，在凸顯我國(guó)物理教育特色的基礎(chǔ)上，廣泛吸收各版教材習(xí)題的精華，編制出高質(zhì)量的應(yīng)用性習(xí)題。對(duì)于一線教師，應(yīng)樹(shù)立評(píng)價(jià)育人的理念，充分利用教材中的應(yīng)用性習(xí)題，并對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)課堂演示或指導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)踐的方式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.2 優(yōu)化習(xí)題情境主題，拓寬價(jià)值引領(lǐng)路徑

新課改背景下，新教材中習(xí)題的情境化有了很大變化，物理習(xí)題的題干內(nèi)容會(huì)涉及很多真實(shí)情境，但部分情境主題占比還具備進(jìn)一步優(yōu)化的空間。例如，“自然現(xiàn)象\"情境主題占比僅有 5 . 9 2 % ，但自然界中的各種現(xiàn)象是學(xué)生最為熟悉、最能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望的。以“光的折射”和“全反射”小節(jié)為例，人教版教材中的習(xí)題部分僅選用了筷子彎折這一自然現(xiàn)象，而HP教材中選取了彩虹、海市蜃樓、鉆石閃爍等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對(duì)學(xué)生極具吸引力，能夠讓學(xué)生在自然之美的熏陶中體會(huì)物理學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，這是優(yōu)化新教材習(xí)題的重要方向。而“大國(guó)工程”“前沿科技\"和“歷史文化\"情境占比則較為合理，展現(xiàn)了我國(guó)教育研究者對(duì)應(yīng)用性習(xí)題育人價(jià)值的獨(dú)到理解，應(yīng)一以貫之。

3.3 活化習(xí)題任務(wù)樣態(tài)，完善學(xué)用結(jié)合機(jī)制

目前，人教版教材中的“計(jì)算類應(yīng)用”占比過(guò)大，“預(yù)測(cè)類應(yīng)用\"和“解釋類應(yīng)用\"較為欠缺，這會(huì)讓部分學(xué)生養(yǎng)成“不會(huì)講只會(huì)算”和“重權(quán)威輕批判”的陋習(xí)。教材習(xí)題作為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要工具，應(yīng)該具有豐富的題目類型和較高的開(kāi)放度，打破學(xué)生的思維定式，促進(jìn)學(xué)生多向思考[；荀子有云，見(jiàn)之不若知之，知之不若行之。由“知\"到“行”是操作實(shí)踐的過(guò)程，動(dòng)手操作不僅能夠驗(yàn)證理論的科學(xué)性，更能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐直接聯(lián)系起來(lái)，促使學(xué)生從書本走向真實(shí)的物理世界。在習(xí)題編制過(guò)程中，可以通過(guò)優(yōu)化題干信息呈現(xiàn)方式、加強(qiáng)自主探究策略引導(dǎo)、選擇易于師生復(fù)現(xiàn)的應(yīng)用案例等途徑，為學(xué)生的理論拓展和操作實(shí)踐創(chuàng)造空間，激發(fā)學(xué)生“躬身實(shí)踐”的積極性。

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（欄目編輯 劉榮）