美国初中物理教材“合作问题解决”的呈现特点及启示

黄泽璇 张军朋

（华南师范大学物理与电信工程学院，广东 广州 510006）

1 问题的提出

随着社会的发展，合作问题解决已成为当今信息社会最基本、最急需的公民素质之一.合作问题解决 （Collaboration Problem Solving，简称“CPS”），是指个体能有效参与由两个或以上成员组成的团队，通过合作的方式，达成共识、寻求解决方案、汇集组内知识技能和行动以解决问题的能力.[1]PISA2015首次将CPS作为测试的领域之一.根据 OECD 发布的 PISA2015测试结果，[2，3]中国学生在科学、数学测试上的表现明显优于美国学生（科学：中518分／美496分；数学：中531分／美470分），但在CPS方面的表现却不尽人意：中国学生CPS得分为496分，低于OECD平均分4分，而美国学生的CPS得分为520分，显著高于平均分.可见我国学生虽然在知识方面表现优秀但合作能力却明显低于美国学生.

造成这一现象的原因是多方面的，需要我们从多个角度出发借鉴美国对学生CPS能力培养的经验.教材作为教师组织教学活动的基本依据，对CPS活动的开展具有重要的组织与指引功能，深入分析美国教材中的CPS呈现可为我们提供经验借鉴.

本文以《科学探索者》物理分册为研究对象，分析CPS在美国初中物理教材中的呈现特点，以期为我国初中物理教材的编写与使用提供参考.

2 美国初中物理教材CPS呈现特点分析

美国初中物理教材在编写上非常注重为学生提供合作解决问题的机会.一方面，CPS任务贯穿全章，教材每一章均设置贯穿整章的“本章课题”栏目，内容包括设计制作产品、调查研究与信息收集，要求学生首先与他人讨论交流以帮助自己确定实施方案，最后在整章学习结束后在班级中进行成果展示，在分享中更好地解决问题.另一方面，呈现CPS任务的栏目丰富多样，除了“本章课题”，教材还在“探索活动”、“技能实验室”、“家庭活动”、“消费者实验室”以及每册书最后的“跨学科探索”和“技能手册”栏目中设置了丰富的小组合作任务.经统计，在《科学探索者》物理分册共305个栏目的内容设计中，共有体现CPS内涵的栏目83个，约占总栏目的27.21%.为了进一步分析教材CPS的呈现特点，下文将结合具体示例进行说明.

2.1 合作任务多样，情境丰富

对CPS任务的精心设计是开展高质量合作的关键.PISA指出不同类型的CPS任务可引发学生不同的互动和解决问题的行为，但各类型CPS任务均需具有合作的必要，[4]以避免合作的开展流于形式.依据PISA的分类，CPS任务分为3种类型：[1]团体决策任务（要求成员间进行论证、商讨、建立共识以形成团体决策）、团体协同任务（包括分工合作、拼图任务）和团体生产任务（设计新产品或撰写书面报告）.《科学探索者》中各种任务类型的典型示例及占比见表1.由表1可看出：（1）教材中的团体决策任务有多种不同的解决途径，具有讨论、交流的空间，需要学生分享各自的想法和思路从而更全面地解决问题；（2）团体协同任务要求学生分别承担互补的、有内在关联的角色和分工，需要学生在达成各自角色目标的基础上完成团体任务；（3）团体生产任务通常是需要花费较长时间才能完成的“大任务”，对学生具有一定的挑战性，需要学生各自贡献出自己的聪明才智，合力尝试解决.可见，《科学探索者》中不同类型的CPS任务均需要经由合作才能有效地完成，保障了高质量合作的开展.

表1 《科学探索者》CPS 3种任务类型的典型示例及占比

此外，教材还基于初中生的身心特点，在CPS任务中设置了丰富多样的问题情境.如在《声与光》一册的“跨学科探索”中，教材要求学生与同班同学组织一个座谈会讨论电影与科技发展、政治事件之间的联系；在“力”一章的“消费者实验室”栏目中，教材让学生利用3种以上不同类型的防滑运动鞋探究不同运动鞋鞋底与桌面之间摩擦力的区别，丰富的问题情境使CPS任务生活气息浓厚，容易提高学生参与合作的兴趣，达到培养CPS能力的目的.

2.2 合作要求明确，方式具体

由2.1可知《科学探索者》中的CPS任务需要以小组合作的方式才能够有效地完成.由于教材对CPS任务的开展具有重要的组织功能，因此教材是否清晰、明确地提出合作的要求，会直接影响CPS任务的实施效果.《科学探索者》中的大部分CPS栏目直接呈现“小组、同伴、一起、合作、讨论、分享”等关键词，明确地提出了合作要求.另外，教材还针对不同的CPS任务，为学生提供不同的合作方式，典型示例及占比见表2.不同的合作方式侧重于锻炼学生不同方面的能力，如在“探索活动”、“技能实验室”等栏目，教材一般要求学生与1-2个同伴分工合作，需要学生明晰自己与同伴的角色定位，并遵循合适的行为步骤达成问题解决，侧重于锻炼学生与他人进行深度配合的任务执行能力；在“跨学科探索”“技能手册”等栏目，教材则要求学生与多人组建合作小组，需要学生围绕共同目标承担团队责任，考虑小组成员的反馈以调整、确定解决方案，侧重于提高小组成员的团体意识和社交管理能力；而在“本章课题”栏目，教材一般要求学生与全班同学一起通过思考讨论、展示交流等方式分享各自的信息和想法，侧重于锻炼学生从他人视角看待问题的能力.可见，《科学探索者》在提出合作要求的基础上针对不同CPS任务的特点给出合作方式，为初中生开展CPS活动提供了较为具体的实施建议.

表2 《科学探索者》CPS“合作方式”的典型示例及占比

2.3 合作指引丰富，分工详细

考虑到初中生合作解决问题的能力有限，为了降低初中生合作过程中的困难，教材CPS不仅任务多样、情境丰富、要求明确，还为学生提供了多样化的合作指引，如图1.

图1 教材CPS的合作指引分析

从图1可看出，教材为学生开展CPS活动提供了分工指引、过程示范、注意要点、合作顾问等指引，降低了学生由于CPS活动较为复杂不知如何着手开展合作的可能性.值得注意的是，对合作任务的拆解与角色分配是美国教材CPS呈现的突出特点，这能有效缓解某一成员主导合作过程而造成合作中“漂移”现象和“搭便车”现象的发生，增强成员间的相互依赖性，促进高质量合作的有序进行.[5]例如，图2的示例为学生及其两位同伴提供了明确的分工指引，且配有实验过程示意图，方便学生参照教材指引开展合作，并附有“为安全起见，应该握紧钢棍，但不要尽全力”的安全事项提醒.图3的示例同样对合作任务进行较为详细的拆解，并明确指出“制作帆船的计划需经指导老师同意”，将教师作为学生的合作顾问，强调了教师在学生合作中的监督作用.

图2 教材CPS指引示例1

图3 教材CPS指引示例2

2.4 合作组织灵活，实施全面

CPS活动的开展通常需要充足的时间，如何为学生充分、深入地开展CPS活动提供时间保障呢？《科学探索者》的做法是采用灵活多样的组织形式，除了常规的课堂活动，教材还提供了“课外活动”、“家庭活动”和“社会活动”3种组织形式以全面实施CPS活动.课外活动要求学生利用课余时间在校内开展合作，例如在“运动”一章的“技能实验室”栏目中，让学生在学校体育场的空地上测量团队成员跑过25 m所用的时间以及过终点线后到停下来的停稳距离.家庭活动则引导学生寻求家庭支持，在这类合作中，家长不仅仅是家庭活动的旁观者，更承担着重要的角色与分工，如“声音”一章的“家庭活动”栏目让学生“用一只耳朵贴近管子，同时请家人在一定距离之外轻敲管子，判断是贴近管子的那只耳朵先听到声音还是另一只耳朵先听到声音，并向家人解释自己的答案”.社会活动则引导学生充分利用社会资源开展合作，如要求学生“将调查问卷分发给邻居以调查人们日常生活中通讯工具的使用情况”，又如“采访成长于计算机普及前的老年人，了解他们对计算机普及的想法”.教材灵活多样的组织形式，拓展了学生开展CPS活动的时间与空间，也为学生提供了更广泛的合作支持.

3 总结与启示

通过分析《科学探索者》物理分册的CPS呈现，可发现美国初中物理教材精心设计CPS任务并基于不同任务的特点给出明确的合作方式，且考虑到初中生合作能力有限，为学生开展合作提供了多样化的指引，还将CPS延伸到广泛的家庭和社会参与之中.这为我国初中物理教材的编写与使用提供了启示.

3.1 完善CPS任务类型，精心进行任务设计

高质量的合作任务是CPS能力培养的有力支撑.《科学探索者》的CPS任务由团体决策任务（49.40%）、团体协同任务（40.96%）和团体生产任务（9.64%）3种类型构成，以引发学生不同的互动和解决问题的行为.此外，各类CPS任务均需通过合作才能有效解决，并设置丰富的问题情境提高学生参与合作的兴趣.而我国初中物理教材中的合作任务较为单一，主要是对知识问题的口头交流，[6]且一些思考讨论类栏目中的问题学生独立思考也能完成，导致合作流于形式.鉴于此，我国教材一方面应完善CPS任务的类型，另一方面应精心设计各类型CPS任务，体现合作与问题解决的内在联系并创设丰富的问题情境促进学生参与合作的兴趣，从而保障高质量合作的开展.

3.2 明确合作要求，加强对CPS的实施建议

清晰、明确的合作要求对CPS的实施效果具有直接影响.《科学探索者》高频出现“合作、同伴、一起、展示、分享”等CPS关键词，还根据不同CPS任务的特点给出具体的合作方式.而当前我国教材中的合作任务却较少明确提及合作要求和合作方式.今后我国物理教材编写及教师在组织CPS活动时应强化对CPS活动的组织要求，为学生开展CPS活动提供较为明确的实施建议.

3.3 提供多样化指引，保障合作顺利开展

必要的合作指引能保障学生CPS活动的顺利开展.《科学探索者》为学生提供了多样化的合作指引，从合作任务的拆解与角色分配、过程示范、注意要点到合作顾问的提供，都充分考虑了学生的合作需求.我国教材和教师也应注重为初中生开展合作提供必要的指引，以保障合作的顺利开展.

3.4 拓展CPS课堂外延，重视家庭和社会支持

多样化的CPS组织形式可以为学生提供更广泛的合作伙伴和资源支持.《科学探索者》积极拓展课堂外延，将家庭和社会参与深度融入到CPS活动中.当前我国正在健全学校家庭社会协同育人机制，更应该促进家庭及社会参与融入CPS，为学生提供广泛的家庭支持和社会支持，使得CPS真正成为学生的意识与习惯.