高中物理教材“静电场”单元习题比较分析及建议

季玉辉　陈云飞　张先燚

摘   要：以高中物理“静电场”单元习题为例，从习题数目、习题类型、习题情境、习题开放性程度以及与课程标准（2017年版）的一致性五个方面对2019年版人教版、沪科教版和鲁科版三版教材的“静电场”单元习题进行比较分析，以期对三版教材“静电场”单元习题设计提供建议。

关键词：静电场；高中物理教材；单元习题；比较分析

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）6-0020-5

习题是教材的重要组成部分，是巩固学生知识、培养学生问题解决能力的重要载体。现行高中物理教材习题可分为节后练习和章节练习两大部分。与节后练习相比，章节练习是对本章知识的凝练，更具有综合性，更能体现编者对本章知识的理解与把握以及该版教材习题设计的风格与特色。此外，2019年版高中物理必修三是一个全新的篇章，是在《普通高中物理课程标准（２０１７年版）》（以下简称“课标”）指导下编订的，具有代表性。“静电场”单元是高中物理必修三的开篇之作，既是对力学、运动学等有关知识的总结和应用，又为后续学习磁场等相关内容作铺垫，其重要程度不言而喻。因此，本文拟从单元习题的角度出发，从习题数目、习题类型、习题情境、习题开放性程度等方面定性了解各版教材习题的设计特点；从习题与课标的一致性方面定量分析习题与课标的匹配程度［１－２］。从定性和定量两个角度对2019年版人教版、沪科教版和鲁科版三版教材的“静电场”单元习题进行比较分析，得出三版教材习题设计情况，为发展学生的物理学科核心素养，增强单元习题与单元教学过程的匹配度提供参考。

１    三版教材“静电场”单元习题数目和类型比较分析

以课标中“静电场”内容主题为依据划分单元，对三版教材“静电场”单元习题数目进行统计。鉴于部分习题存在多个小问，因此按照习题的小问数进行统计，统计结果如表１所示。由表1可知，三版教材均将“静电场”单元拆分为两个章节。在习题数目上，三版教材十分接近，其中人教版２８道、沪科教版２９道、鲁科版２４道；在栏目设计上，人教版、沪科教版采用分组的形式（Ａ组、Ｂ组），使得习题设计具有层次性和弹性，让学生拥有更多的选择；鲁科版则设置“科学认知”“科学辨析”等不同栏目，力求从不同视角提升学生解决问题的能力。

在习题类型上，将习题划分为填空题、选择题、简答题、综合计算题、作图题、实验活动题六大类。按上述分类规则对三版教材习题进行归类统计，可得人教版习题类型最少，且主要以简答题、综合计算题为主；鲁科版习题类型主要以选择题和综合计算题为主；沪科教版习题类型最为丰富，且各类试题数目分配也较为均匀，相关统计结果如图１所示。此外，沪科教版更加重视实践活动，设置了“静电间歇喷泉”“静电发光”等具有操作性和探究性的实验活动题。

２    三版教材“静电场”单元习题情境与开放性程度比较分析

新课标在命题建议中指出了要增强试题的情境性和开放性［３］，而强化教材习题的情境性和开放性，对提高学生解决实际问题的能力、培养创新意识以及发展学生物理学科核心素养都有重要作用。

２．１    习题情境设计比较

以物理学科核心素养为导向的习题设计，强调创设类型多样、具有一定复杂程度的真实情境作为习题的任务情境，教材习题在设计时应当精选素材，使情境素材服务于问题的解决与提出。根据习题有无情境，将习题分为情境性习题和非情境性习题，将包含日常生活情境、物理学史料情境等的习题视为情境性习题。通过对三版教材“静电场”单元习题情境类型的分析统计，结果发现：三版教材在习题情境类型上存在较大差异，人教版主要是从实验探索、物理模型、数据图表等方面设计物理习题，仅有少部分习题为真实生活情境的情境性习题；而沪科教版和鲁科版情境性习题占比远高于人教版，统计结果如表２所示。

沪科教版的习题情境素材更加重视学生活动，主张亲自动手操作并对实验现象加以解释，例如，设置了“水龙头细水流弯曲”“静电间歇喷泉”等一系列易操作的生活小实验；而鲁科版更偏重于应用物理知识解释生活中的现象，例如，以电子束焊接机、静电除尘器、喷墨打印等生活中常见设备为物理情境素材，要求学生应用物理知识解释其工作原理。而在习题情境与考查内容之间的关联程度上，发现三版教材“静电场”单元习题大部分为结合式和融合式［４］。这说明三版教材习题并不是生硬地套用素材，而是真正做到精选素材，使习题情境素材服务于问题的提出与解决，同时也表明三版教材习题主要考查学生的信息提取与利用能力、问题解决能力，而不是侧重答题技巧方面。

２．２    习题开放性程度比较

开放式习题在体现和考查学生核心素养方面有着独特的优势［５］，命制习题时适当增加习题的开放度，对培养学生思维的灵活性和创造性有着重要作用。而开放式习题是指那些条件可以不完备，答案可以不唯一，并允许解答者多角度、多层次进行探索的习题；与开放式习题相对应的则是传统的封闭式习题，侧重考查学生学科知识的积累和解题技巧［６］。从这个角度出发，我们把习题划分为封闭式习题和开放式习题两大类。满足条件开放、答案开放或者方法开放，我们认为其是开放式习题，其余则为封闭式习题。按上述分类方式，对三版教材“静电场”单元习题进行分析，统计整理后可得到图2所示的结果。从图2可以看出，三版教材均存在着少量的开放式习题，人教版开放式习题数目最少。此外，三版教材主要从方法开放、答案开放的角度去设置开放式习题，仅有沪科教版存在着条件开放式习题。

３    “静电场”单元习题与课标的一致性研究

目前，主流的一致性分析工具有Ｗｅｂｂ模式、ＳＥＣ模式和Ａｃｈｉｅｖｅ模式三种，其中Ａｃｈｉｅｖｅ模式主要用于测验的一致性分析；ＳＥＣ模式只能显示整体的一致性系数，缺乏细节的一致性结果；而Ｗｅｂｂ模式既能提供细节的一致性信息，又拥有着明确的临界指标［７］。基于以上考虑，选择Ｗｅｂｂ模式作为本研究的一致性分析工具更为合适。

３．１    Ｗｅｂｂ一致性分析工具

Ｗｅｂｂ模式又称韦伯模式，主要从知识的类别、深度、广度以及分布平衡性四个维度来分析试题与课标的一致性程度，同时每个维度都具有相应的评价标准，Ｗｅｂｂ模式评价维度及标准如表３所示［８］。表3中平衡指数的计算公式为P=，式中O表示击中某条目的目标总数，表示击中某条目下某一具体目标的习题数，H表示击中该条目的习题总数［８］。平衡指数P的取值范围为０～１，且P值越大说明两者的一致性程度越高。

３．２    认知水平划分

以新修订的布鲁姆教育目标分类学为基础［９］，参考我国其他学者的研究成果［１０］，考虑到认知水平划分过细会导致习题与课标的一致性情况较差等因素［１１］，结合Ｗｅｂｂ一致性研究框架的需要，将认知水平划分为了解、理解、解释、应用四个层次，有关内涵及解释如表４所示。

３．３    课标中“静电场”单元要求的确定

新修订的课标在学习要求和评价上有很大的变化，由原来单一的“内容要求”变为由“内容要求”“学业要求”“学业质量水平”组成的综合评价体系［１２］，形成了“学业质量（课程）—学业要求（单元）—内容要求（课时）”的层级架构［１３］。其中，学业要求是从核心素养的角度对学生学习完该主题模块后提出的学习要求，但是由于学业要求并没有给出相应的水平等级，因此学业要求仅可作为评价的依据，不能作为评价的标准［１２］；而内容要求则对学习目标作出要求，可作为评价的标准。同时，又因为教材单元习题指向单元的重点、核心内容，是对课标“内容要求”“学业要求”的整合统一［１３］。因此，在进行一致性研究时，应以学业要求为依据，提取单元核心概念；以内容要求为标准，确定单元核心概念的具体要求。综合考虑上述问题，应用内容分析法，从课标必修三学业要求中提取“静电场”单元核心概念，再从课标内容要求中找到相应核心概念的具体要求，结合课标解读对相关要求进行拆分细化，确定课标对“静电场”单元的具体要求，最后结合上述认知水平划分表确定课标对该部分内容的认知水平要求，如表５所示。

３．４    “静电场”单元习题与课标一致性情况分析

由两名研究者按照Ｗｅｂｂ一致性分析模式，对三版教材“静电场”单元习题进行独立操作分析，按照各维度指标精准匹配，并对二者之间存在差异部分进行分析讨论、达成一致，最终确定各版教材在不同维度的一致性情况（表６）。

从整体来看，三版教材“静电场”单元习题与课标一致性程度最高的是鲁科版。鲁科版在知识种类、知识深度、知识广度三个维度上的所有条目均达到可接受水平；人教版、沪科教版则存在着部分指标未达到可接受水平。在知识分布平衡性这一指标上，三版教材与课标要求均存在着偏差，都未达到可接受水平。其中，鲁科版在三个条目上的平衡指数Ｐ分别为０．６６６７，０．６６６７，０．６６２３，略小于可接受水平０．７。这说明三版教材单元习题在知识分布上，过分侧重于部分知识内容，而忽视了其他知识条目。例如，在研究中发现，人教版在“条目一”中的习题完全集中于“点电荷的相互作用规律”，而忽略了其他知识内容，从而导致其平衡指数远低于要求。此外，影响知识分布平衡性的因素很多，其中一个重要因素是知识目标所占权重不同，这是由于物理试题和知识目标要求的综合性所导致，使得单一的知识目标会被综合性的知识目标所覆盖。例如，“条目三”下的“３．７能用带电粒子在电场中的运动解释相关物理现象”在匹配习题时会覆盖“条目三”下的“３．２了解电势能的含义、３．３了解电势的含义……”等单一的知识目标，从而导致平衡指数偏小。另外，从细分维度来看，部分教材也存在着改进的空间。例如，在知识种类上，人教版在条目一、沪科教版在条目二均未达到可接受水平；在知识深度上，人教版、沪科教版在条目二均不符合要求；在知识广度上，人教版在条目一、沪科教版在条目三也不符合要求。

４    总结及建议

通过对人教版、沪科教版和鲁科版三版教材“静电场”单元习题的比较，我们可以发现三版教材各有特点。在习题类型上，沪科教版的习题类型更加丰富全面，更加强调学生活动，强调学生动手操作、亲身体验，而其他两版教材更加重视对学生计算能力的培养；在习题开放性程度上，三版教材仅存在少量的开放式习题，并且仅有沪科教版设置了条件开放式习题；在习题情境设计上，人教版习题情境设计过分重视对学生思维创造能力的培养，忽视习题情境与生活实践的结合，其他两版教材在习题情境的处理上则较为妥当；在与课标的一致性方面，三版教材在大部分维度上基本符合要求，但在“知识分布平衡性”上均与课标存在偏差，总体来说鲁科版与课标的一致性程度最高。

通过上述比较分析可以发现，三版教材存在的共性问题是与课标的一致性程度有待加强，尤其是在知识平衡性方面。由于核心素养总是与具体的活动、相关的情境紧密交织在一起，因此在习题情境上，应重视从生产活动中精选习题素材，提高情境素材与问题的关联程度。另外，在习题类型上，应当减少传统的书面式、计算式习题，可适当增加新颖的、具有操作性和体验性的实验活动或者调查报告类习题，最后还可以适当提高开放式习题的比例，来培养学生思维的灵活性和创新性。

参考文献：

［１］吴立宝，王建波，曹一鸣．初中数学教科书习题国际比较研究［Ｊ］．课程·教材·教法，２０１４，３４（２）：１１２－１１７．

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［３］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８．

［４］张红洋，张婧婧．高考物理试题的情境化特征研究［Ｊ］．物理教师，２０２２，４３（３）：７５－７９．

［５］任子朝，赵轩，翟嘉祺，等．高考开放题命制的理论和技术研究［Ｊ］．数学通报，２０２１，６０（７）：３７－４１．

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［９］安德森．学习、教学和评估的分类学［Ｍ］．皮连生，译．上海：华东师范大学出版社，２００８．

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［１１］刘学文．高中化学学业成就评价与内容标准的一致性研究［Ｄ］．曲阜：曲阜师范大学，２０１４．

［１２］彭前程．《普通高中物理课程标准（２０１７年版）》的变化［Ｊ］．课程·教材·教法，２０１８，３８（９）：９９－１０６．

［１３］骆波．义务教育物理课程标准“学习评价”的修订要点及教学启示——基于三版物理课程标准的分析［Ｊ］．物理教师，２０２２，４３（９）：４０－４２，５５．

（栏目编辑    刘   荣）

收稿日期：2024-01-03

基金项目：2023年度安徽省高等学校省级质量工程立项课题“基于OBE理念物理学实践创新能力立体化培养模式的探索与实践”（2023jyxm0152）；安徽省教育厅2023年度新时代育人质量工程项目（研究生教育）立项课题“学科交叉和融合视域下光学专业研究生课程教学改革与实践”（2023jyjxggyjY057）。

作者简介：季玉辉（1997-），男，硕士研究生，研究方向为中学物理教学。

*通信作者：张先燚（1970－），男，教授，研究方向为物理学科教学、环境光谱学及超快动力学。