中英高中物理课程难度比较——以“机械波”课程为例

周颖琦 王晶莹

(首都师范大学物理系，北京 100048)

自20世纪90年代起，我国开始了本土学校国际化的积极探索。2005年到2013年，本土学校举办的国际教育项目快速发展，引进了多种国际课程和海外大学预科班。英国课程有基于《1998年教育改革法》等一系列可参照文件和统一的公开考试制度，具有规范性、统一性、多样性的特点，因此英国A-level课程体系被广泛采用。

本文希望通过对英国AQA Physics A和中国人民教育出版社出版的普通高中标准实验教科书《物理》中“机械波”相关章节教材难度进行对比，并对考试难度进行综合分析，结合教师和学生在运用与学习教材时的体会，从定性到定量进行分析，以期相互借鉴，取长补短，使我国教育走上国际化舞台。

一、研究设计

1.研究对象

英国AQA考试分为Edxcel A-level (爱德思 A-Level)和CIE(剑桥 A-Level)[1]。前者为英国本土学生所参加的考试，后者只针对海外市场开发。爱德思 A-Level相比剑桥 A-Level要容易，选取的教材也不一样。为了保证研究的一致性，我们选择爱德思 A-Level教材(简称AQA教材)，即Jim Breithaupt编写的教材。该教材在英格兰、威尔士和北爱尔兰被广泛使用。

2003年4月《普通高中物理课程标准(实验)》的颁布，标志着我国高中物理教材真正实现一纲多本的开端。其中由人民教育出版社、课程教材研究所、物理课程教材研究开发中心编写的《普通高中课程标准实验教科书物理》(简称人教版)在全国十多个省份被广泛采用，可信度较高。

由于英国大学为申请制，考试的目的仅是检测学生的知识水平，考试难度低但涉及知识范围全面。而中国的高考以选拔性为主要目的，注重对知识的纵深挖掘。因此，教科书编排的侧重点也略有不同。本文选取知识体系较独立、知识学习周期相似、课程特点明显的“机械波”一章进行比较，以期明确我国课程制定、教材在编写方面的优势和劣势，帮助教师更深层地了解教科书的编写思路，借鉴讲授方法，使教育走向国际化，切合当今培养适应21世纪创新型人才的要求。

2.研究工具

刻画课程难度是一件非常困难的事情，黄甫全在《课程难度刍议》中从认识论的角度分析了难度，“难度本质上是客观的。但难度又是认识主体的一种主观体验”[2]。教材是根据课程标准对学科内容进行系统阐述而形成的文本，是根据教学大纲(或课程标准)编制的系统反映学科内容的教学用书，是课程的物化形态[3-4]。因此，黄甫全将课程难度最终具体化和详细化为教材难度[2]。2013年郭民、史宁中在已有课程广度、深度基础上，增加了试题综合难度指标，利用这三者的加权比较研究了中国和英国高中数学教材函数部分的课程难度。至此，关于课程难度量化的指标体系逐步得以改进。

关于G、S、E的具体计算方法如下：

G是课程内容所涉及的范围和领域的广泛程度，利用“知识点”数量总和进行量化。

S是课程内容所需要的思维深度，常利用目标动词赋值法或抽象度法进行量化。由于AQA教材的课程标准与人教版有很大不同，因此本文采用知识链抽象度总和进行刻画。

E分别从知识含量、水平、背景三个方面综合评定(见表1)。

表1 试题综合难度层级划分

二、定量研究数据结果

1.“机械波”课程广度的量化比较

通过比较两章教材中讲解的知识点，总结如表2。

表2 人教版和英国AQA教材机械波一章知识点比较

综上，人教版共21个知识点，课程广度GR=21；AQA共23个知识点，课程广度GA=23。

2.“机械波”课程深度的量化比较

列出教材的知识链图，并将各知识链条的抽象度相加，得到人教版“机械波”课程深度为2+2+1+2+2+2+1=12，即SR=12；AQA“机械波”课程深度为3+2+1+1+2+6=15，即SA=15。

表3人教版和英国AQA试题综合难度(E)

维度人教版AQAd1(知识含量)2.8332.400d2(水平)2.8332.033d3(背景)1.2672.167E2.2072.160

3.“机械波”内容试题综合难度的量化比较

根据上述试题难度的计算方法，分别对AQA物理近6年的11套A-level物理测试卷及近5年全国各省份高考“机械波”内容的试题各30道进行了量化分析。得到人教版和AQA试题难度分别为ER=2.207，EA=2.160(见表3)。

三、结论与分析

1.定量研究结论

(1) 在“机械波”内容上课程广度和深度的差异。在“机械波”内容上，人教版在课程广度和课程深度两个方面均略低于AQA教材。在课程广度方面两版教材的基本知识部分内容大致相同，但在对于知识的拓展方面有所不同，此部分将在下文定性分析中详细阐述。在课程深度方面人教版趋于平均，而AQA对于驻波的形成及应用要求尤其深入，在此处的知识深度得分达到了6，而对其余知识的要求均与人教版类似。

(2) 在“机械波”内容上试题难度的差异。在试题难度的量化分析中，笔者发现人教版的试题难度明显高于AQA。说明我国的高考注重选拔性，对知识的综合应用要求较高。AQA注重过程，虽然教材中的知识点和知识深度均较高，但试题所考察的难度较低。其中我国高考试题中包含的知识含量和知识水平均明显高于A-level测试18.0%和39.4%。但在试题背景方面人教版的难度仅为1.267，低于A-level测试41.3%。在A-level的试题中几乎每题都会设置一个情景，如吉他弦振动、探测器探测声波等。在我国高考中大多以抽象的质点、简谐波来描述，少了让学生自主将生活中的问题或所要探究的实际问题转化为物理思维的过程，因此在试题背景方面难度差距大。

(3) 在“机械波”内容上课程难度的差异。根据量化结果，人教版的课程难度为NR=1.333，AQA的课程难度为NA=1.394，表明人教版在“机械波”内容上课程难度略低。但总体来看差异不大，且各有侧重。

2.定性研究结论

(1) 人教版教材注重知识纵深，AQA教材知识面广。人教版教材十分注重知识体系的架构，在课程编写上层层深入，从现象至原理再到科技应用，注重对知识纵深的挖掘和逻辑的严谨。例如，在介绍波的图像时人教版一并给出了简谐波的概念，并要求区分质点振动图像与波动图像。AQA教材则介绍的知识面较广，如偏振、驻波等知识的介绍。

(2) 人教版教材注重讲解的科学性，AQA注重实验证明。通过阅读教材可以明显感觉到人教版教材编写的科学性，任何概念都有严格的定义，经得起仔细推敲。例如，在介绍机械波时，人教版给出了明确的定义“机械振动在介质中传播，形成了机械波”。而AQA教材则通过举例声波、地震波和在绳子上需要通过介质传播的波叫做机械波。在介绍波的反射、折射、衍射、干涉等时，AQA教材都是通过对实验装置ripple tank(涟漪水池)的观测现象进行引入的。在进一步讲解波为什么会发生反射、折射时运用的是波速的改变，一带而过，并未详细证明。

(3) 人教版教材注重前沿知识，AQA教材注重对知识的解释。在介绍完机械波的基本概念、描述及特点后，人教版进一步结合知识在生活中的应用，如多普勒效应、超声波等。AQA教材则十分注重从多角度对知识进行阐述。如在讲解波的叠加时，先介绍了叠加的基本原则，然后对涟漪水池中观察到的波的叠加的干涉条纹、用探测器对叠加波的振幅进行观测等方面进一步讲解波的叠加。在下一节内容中进一步介绍了驻波是如何通过波的叠加形成的，叠加的波要满足什么条件才能形成驻波，驻波与行进波的区别等知识。还将驻波的知识拓展至弦乐器的泛音、指法与音调的联系等应用，十分接近儿童的生活。

(4) AQA试题样式丰富，人教版考察知识全面。AQA试题的题型变化灵活，主要有计算题、描述题、作图题和实验探究题。我国高考试题则大部分为选择题，但每个选项涉及的知识点都不同；或题目十分综合，需要运用几乎在机械波中学到的所有知识点才能解答。AQA试题的题目难度差异较大，有些试题仅涉及简单的计算，且多为模仿和理解水平，要求学生选择题目中的数据带入公式即可。而且在AQA测试中学生可以参照公示表，可以使用计算器，这些都在一定程度上降低了对数学运算能力的要求。对于描述题的考察却十分多样，从单纯考察定义描述到给定探究环境要求学生自行设计实验，组织语言说明实验操作步骤，实验中所需测量的物理量及测量工具，对于物理量的测量规范、精度要求和必要计算。此题在试卷中为6分，占整张试卷分数的8.6%，是全卷最为综合的题目。在对我国某中学国际班教师和学生的访谈中，教师和学生普遍反映试卷中的计算题较易拿分，难点在于描述题，特别是6分说明题，虽然考察的知识点较为固定，但由于考察方式灵活，常让学生摸不着头绪。考察定义的题目学生失分较多，由于学生之前没有接触过默写或区分定义的考察方式，这方面的题目难度较低，主要是模仿水平，考察的知识点一般不会超过两个，且学生对概念记忆的重视程度不够很容易失分。

四、启示

1.课程难度的量化结果为我们了解中国的教学水平提供了参考

对课程难度的认识可以整体上了解课程的难度水平，课程难度评价从定性走向定量，从经验走向理性，便于宏观把握课程的总体难度和课程改革的走向[5]。因此，了解不同国家的课程难度十分有益。在课程难度中考试难度和教材难度的对比为我国课程改革提供了参考。随着教育国际化，中国的教育制度受到了国际的关注，中国学生的知识水平令国际学者赞叹。看到中国学生在PISA测试中的良好成绩后，英国开始重视与中国的教育交流，希望从中学习中国的教学经验。从A-level试题的变化即可看出对中国教育的认可。近年来A-level试题难度逐渐加深，在计算题方面体现得尤为明显。在最新的2017年6月A-level考试中，试题结构出现了较大变化，加入了30分选择题且以计算考察为主。而中国的课程改革也积极向外国学习。我国的基础教育课程改革已经全面进入实施阶段，课程改革中明确指出，要改变课程内容中“难、繁、偏、旧”的现状，进一步加强课程内容与学生生活之间的联系，进一步重视课程内容与现代社会、科技发展的联系[6]。

2.课程应从学生生活切入，注重解决实际问题

AQA教材对生活中的物理现象的讲解尤为详细，且语言生动易懂，便于学生理解。有近50%的试题中考查学生对定义的理解、现象的描述和原理的解释。杨振宁认为，“绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源。一个人不与现象接触不一定不能做重要的工作，但是容易误入形式主义的歧途，对物理学的了解不会是切中要害的”[7]。因此，加强对现象的解释和描述是我们应该积极学习的。斯坦福大学舒尔曼教授(Lee Shulman)强调“教师必须不仅能让学生接受某一领域的原理，还必须能阐释某一特殊命题是有理论根据的、令人信服的原因、它与其他命题的关系，在本领域和其他领域及在理论和实践方面的表现等”[8]。教师在讲授知识时加强对现象的阐释不仅可以帮助学生更好地掌握知识，还有助于学生将知识运用到生活中，培养解决实际问题的能力。这也是21世纪人才所需的重要能力。

3.教学过程中强调概念的背诵

物理学概念是物理学知识结构的基本要素，也是各章节教材的基本骨架。苏州大学母小勇教授的研究结果表明：中学生与物理学家共同体的四个概念形成过程有着惊人的类似，达到84%以上的相似度。说明中学生认识物理概念的过程恰恰是沿着物理学家认识物理概念的过程展开的。中学生物理概念学习过程曲线可以分为三个部分：振荡渐进期—高原期—突变期，且对于物理概念的学习最终需要依靠自组织学习活动。因此，对概念定义的背诵和理解对于促进知识由被组织向自组织转变有很好的刺激作用。在物理学习中有很多物理概念和规律需要学生在生活常识的基础上进行充实和重建。若在此过程中学生没有懂得新概念的真正含义，不理解新概念的背景，就很难看到新概念的有效性并认同此概念。AQA课程无论从教材到试题都十分注重对概念的考察，且方式多样，从概念默写到画图、说明现象。我国则倾向于通过计算题、选择题间接考查学生对概念的理解，导致学生忽略了最根本的定义背诵。

[1] 李春花，贺小光.Edexcel A-Level Physics与人教版教材中电场知识的比较研究[J].科技经济导刊，2016(30)：168-169.

[2] 黄甫全，王晶.课程难度刍论[J].东北师大学报(哲学社会科学版)，1994(4)：91-96.

[3] 裴娣娜.教学论[M].北京：教育科学出版社，2007.

[4] 中国大百科全书编辑部.中国大百科全书·教育[M].北京：中国大百科全书出版社，1976.

[5] 郭玉峰.中澳高中数学课程难度的量化研究[J].中国教育学刊，2014(4)：73-78.

[6] 陈玉彬.中美普通高中物理教材难度比较[D].西安：陕西师范大学，2014.

[7] 杨振宁.杨振宁文集[M].上海：华东师范大学出版社，1998.

[8] SHULMAN L S.Those who understand knowledge grow thin teaching [J].Educational Researcher，1986，15(2)：4-14.