高中物理教材一致性偏差的教学困惑及重构策略

摘 要 梳理高中物理教材中常见的一致性偏差导致的矛盾，并在此基础上分析可能导致的教学困惑：教师教学设计依据混乱，教材前后矛盾导致学生认知混乱，教材权威性消减导致教学设计时对教材依赖降低。继而针对教材不一致性偏差导致的教学困惑提出了教学重构策略：挖掘教材矛盾的教学价值培养学生核心素养，因人制宜更换案例，借鉴其他版本选用合理资源，多参考大学物理教材的表述等。

关 键 词 高中物理教材;教材一致性偏差;教学困惑;教学重构

引用格式 晏廷飞.高中物理教材一致性偏差的教学困惑及重构策略[J].教学与管理，2024（25）：46-49.

高中物理教材虽然经过严格审查，经过专家们反复打磨、修改，但也难免有不足之处，出现教材内容呈现一致性偏差的情况，从而导致教师设计教学时产生困惑，同时给学生自主学习带来障碍。梳理教材中一致性偏差，认识到其可能带来的教学困惑，有利于教师更好地把握教学，避免教学过程中因为教材存在瑕疵而产生不必要的“内耗”。

一、教材前后一致性偏差导致的矛盾

1.习题数据前后矛盾

教材习题是教材中重要的教学资源，数据设置需要反复斟酌，一方面要符合实际，不能出现背离生活实际的情况;另一方面数据前后要自洽，不能自相矛盾。数据出现矛盾会导致情境失真，会出现学生利用不同方法得到不同的结果。

例如2019新编粤教版物理共同必修1第二章第4节“自由落体运动”的课后练习第4题：“在苏州园林中，有不少亭台的设计非常巧妙，下雨时可以清晰地听到雨滴下落的滴答声。某同学据此借助高速摄像机设计了一个探究实验：雨滴自檐边由静止滴下，每隔0.2s滴下一滴，第1滴落地时第6滴恰欲滴下，此时测得第1、第2、第3、第4滴之间的距离依次为1.62m，1.26m，0.90m。假定落下的雨滴的运动情况完全相同，则此时第2滴雨滴下落的速度为多少？（不考虑雨滴受到的空气阻力） ”[1]

本题是在2004年粤教版物理教材必修1第二章第2节课后练习第5题的基础上改编而来。改编后习题中增加苏州园林这一凸显中国元素的背景，在习题中渗透了中华传统文化，并将习题创设为学习

探索情境，可以渗透实践意识的培养，且用语更准确、精炼，而遗憾的是本题中不自洽的数据没有改变。学生利用两种解法得到不一样的结果，且差异较大。依据自由落体运动的公式得出第二滴雨滴速度为v=gt=7.84m/s，而由匀变速直线运动规律“匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度”则得出v==7.20m/s。这会让学生莫衷一是。

2.实验装置不一致导致的矛盾

实验是物理教学的重要内容，也是破解疑难问题的重要教学手段。发挥实验教学价值可以给学生理解物理知识提供更形象的情境，化解学生学习的难点。实验要能更好地发挥教学价值，需要精心设计实验，也需要精心选用实验器材，提升学生的体验。优化实验装置的使用有利于实验教学价值最大化，而教材中出现实验器材使用前后矛盾，导致学生认知混乱。

在2019版高中物理教材“探究物体获得的加速度与质量、合外力关系”的实验中，还存在利用在小车中增减砝码来改变小车的质量或改变小车受到的拉力，粤教版“通过在滑块上增加或减少砝码来改变滑块的质量”[2]，鲁科版“保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量，重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来”[3]，教科版“以小车（或滑块）为研究对象，小车通过细绳跨过定滑轮与重物（托盘和砝码）相连，在重物的牵引下做匀加速直线运动”[4]。

这和初中物理教材中砝码的用途不一致。在初中质量称量实验中，砝码有非常严格的使用规范。在高中实验中用来配重，对实验操作技能不算很强的学生而言，会造成砝码损伤，且与初中使用要求明显不符。学生在初中花费了很大精力才掌握的规范使用要领，到了高中被颠覆，学生会不知所措，不知道砝码该如何使用，更不知道学习它的目的是什么。

3.物理情境与实际不一致

教材中经常需要构建情境来帮助学生理解概念、规律等知识点，也需要以情境为依托设置物理问题考查学生学习情况，并通过物理问题的训练促进学生知识内化，认知水平升华，思维品质提升。教材创设的一些情境与实际脱节，对学生的学习不能起到正面促进作用。

例如粤教版“共点力的平衡条件及其应用”课后练习第4题：“如图3-6-15（本文图1）所示，两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上。两绳与竖直方向的夹角都为45°，日光灯保持水平，所受重力为G。试求出左、右两绳的拉力的大小。”[5]本题原本要取材于生活，但和实际背离，生活中不可能像图1这样挂灯管，因为稳定性太差，有安全隐患。

4.预期教学价值与教学实际之间的矛盾

教材上会设置“思考与讨论”这一类的栏目来引导学生思考问题，以巩固本节所学的新知识和新方法。但有时教材中所给的素材、情境学生不需要用新知识、新方法也能够解决，学生实际解决问题的知识与方法与教材预设不一致。这样教材的素材就失去了应有的价值。

例如人教版“力学单位”一节“思考与讨论”所设置的教学情境：“小刚在课余制作中需要计算圆锥的体积，他从一本书中查得圆锥体积的计算公式为v=πRh。小红说，从单位关系上看，这个公式肯定是错误的。她的根据是什么？”[6]学生对圆锥体积的公式比较熟悉，不需要利用物理上的量纲法就可以得出结论。所以，该问题情境期望学生通过分析量纲判断该式子是否正确的教学预期不能实现。

5.各版本教材之间存在矛盾

对同一概念、规律的表述有时会出现不同版本教材表述不一致的矛盾。既有同一出版社不同时期出版教材表述不一致，也有同一时期不同出版社出版教材表述不一致的情况。人教版和粤教版2004和2019年出版的必修1物理教材关于“弹力”概念的表述就互相矛盾，如表1[7-10]所示。关于弹力产生的条件，粤教版2004年出版教材表述为“产生形变”，2019年出版的教材则表述为“发生弹性形变”;人教版2004年表述为“发生弹性形变”，2019年则表述为“发生形变”。

可见，人教版和粤教版关于弹力概念的表述存在不一致。2004年教材粤教版为“产生形变的物体”，人教版为“发生弹性形变的物体”，2019年粤教版和人教版与2004年刚好互换。同一出版社不同年代出版的教材表述不一致，同一年代不同出版社的表述存在明显差异。这会导致教师在设计教学时产生困惑。

二、教材矛盾导致的教学困惑

1.教师教学设计依据混乱

教材是教学设计的重要依托，是教师在设计教学时最重要的参考。教材前后不一致，尤其是不同学段教材的矛盾、同一时间不同出版社之间不一致，会导致教师在设计教学时不知所措，不知究竟以哪一版本教材表述为准，从而使认知和设计思路都陷入混乱。例如，关于弹力概念的表述，同一出版社不同时期、同一时期不同出版社有较大出入，究竟是按照“形变”还是“弹性形变”设计教学会陷入迷茫。

2.教材前后矛盾导致学生认知混乱

教材是学生学习最重要的资源，是学生复习、预习的重要关键性资源。高中阶段倡导培养学生学习的自主性、主动性，学生学习越主动、越积极，越有可能产生有意义的学习，越有可能发生深度学习，取得更好的学习效果。教材的前后一致性偏差，会给学生预习、复习带来障碍。例如，初中、高中教材中对砝码使用的要求不一致，会导致学生在学习实验时对砝码的使用规则陷入迷茫、不知所措。再如，2019年粤教版高中物理教材在匀变速直线运动与行车安全一节中，混淆刹车距离、停车距离、制动距离等物理概念。在教材正文中非常明确停车距离等于反应距离加刹车距离，而在课后习题出现了教材中没有出现的制动距离这一学生没有接触过的概念，按照字面意思学生容易将制动距离理解成刹车距离，而课后习题中制动距离意为停车距离，这会让学生陷入认知矛盾。

3.教材权威性消减导致对教材的信任度降低

在教师和学生心中教材是最权威的教学资源。虽然不能苛求教材没有一点瑕疵，不能苛求教材能够适应所有师生的教学，但教材如果出现过多的前后不一致，教材在师生心目中的权威性必然大打折扣。教材权威在师生心目中的消减，会导致教师设计教学和学生自主学习时对教材的信任度下降，导致教材在教学中使用频次减少，不能充分发挥教材在教学中应有的地位，不能体现教材在立德树人中的价值，不能充分发挥教材在学科育人中的价值。

三、针对教材矛盾采取的教学重构策略

1.挖掘教材矛盾点的价值

（1）培养学生批判性思维

对教材习题“吹毛求疵”可以培养学生的批判思维，让学生学会独立思考，敢于质疑，善于表达自己的观点;培养学生敢于质疑批判的勇气，引导学生给教材找茬、挑错，为学生树立挑战权威的榜样，培养学生敢于质疑权威的勇气;教会学生批判质疑的方法，分析习题的科学性，可以联系生活实际分析习题情境的合理性，还可以分析题目的条件，看是否自洽。鼓励学生敢于挑战权威，给教材习题“找茬”，即使学生挑战失败，也要及时包容、鼓励、表扬学生，形成有利于学生质疑、批判精神养成的氛围，用好教材习题错误培养学生批判、创造的科学思维和求真、求实的科学精神。

例如，针对2019新编粤教版物理共同必修1第二章第4节课后练习第4题，可以如下开展教学，以培养学生的批判性思维。首先，利用两种解法引发学生认知冲突，激发学生探究欲望。本题安排在“自由落体”一节后面，可以引导学生依据自由落体运动的公式可得此时第二滴雨滴的速度为vt=gt=7.84m/s 。在此之前学生学习了一般的匀变速直线运动的规律，已经知道“匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度”，据此可得v==7.20m/s。两种方法得出的结果存在较大差异。其次，讨论不同解法为何存在差异，树立批判意识，培养批判质疑的勇气。两种解法运用的物理规律、计算过程都没有问题，分析得出差异产生源于教材习题所给条件不自洽，存在错误。利用△s=gT2带入数据可得到雨滴下落的加速度为9.0m/s2，而题目中“忽略空气阻力”可知加速度为9.8m/s2。苏州和上海相距较近，两地纬度和海拔基本一样，重力加速度值参考教材中所给的上海的重力加速度应为9.798m/s2，与一般计算中所取的9.8m/s2基本相同，但与依据题中数据计算出的加速度差异较大。最后，组织学生讨论本题应该如何修改才正确，才能激活学生的思维，培养学生思维的深刻性，实现对学生批判性思维的培养。试题的修改可以当成课后作业，让学生课后讨论完成，并要求学生提供尽可能多的方案。学生方案主要有：第一，将第1、第2、第3、第4滴雨滴间距修改为1.764m、1.372m、0.980m;第二，将“每隔0.2秒滴下一滴”修改为“每隔相同时间滴下一滴”;第三，删除“第6滴恰欲滴下，此时”;第四，删除“此时测得第1、第2、第3、第4滴之间的距离依次为1.62m，1.26m，0.90m”;第五，删除“（不考虑雨滴受到的空气阻力）”。将学生提供的方案罗列后，可以总结出修改习题条件不自洽的方法：如果条件有多余，删除多余条件;如果条件没有多余，则修改其中的一个条件，使其和其余条件之间不产生矛盾。接着，让学生比较上述方案，选出最优方案。本题是“自由落体”课后习题，作为巩固本节重点知识，第一和第四个方案较好。

（2）培养学生实践意识

有些教材习题情境脱离生活实际，背离学生原有认知，会导致学生认知混乱。教师在教学中遇到这样的习题，应将其视为宝贵资源，其教育教学价值远比一个结构良好、完美无瑕的习题高，它不仅可以实现知识内化的目标，更能起到培养学生实践意识的重要作用。新课程标准要求“增强创新意识和实践能力”“增强科学探究能力和解决实际问题的能力”[11]。具有实践意识，才不会纸上谈兵，才能够实事求是，才能够理论联系实践，在实践中获得灵感，创造性地解决问题。

例如本文前述的粤教版“共点力的平衡条件及其应用”课后练习第4题，挂日光灯管的情境与实际生活不符，脱离实际。在教学中引导学生发现这类脱离实际的情境，让学生分析其不合理之处，并改进这类习题的情境，使其与生活情境密切联系，且符合实际。

2.因人制宜选择教学案例

教学中案例的使用要符合学生的基础知识，符合学生的认知水平和思维能力，让学生能够基于已有基础经过努力认知得到发展。即教师所选的案例不仅要满足科学性，还应该要符合学生的认知规律，紧扣所学核心知识，才能发挥最佳的育人效果。

例如，在“力学单位制”一节中，为了检验学生学习的效果，让学生能够利用量纲法分析物理问题，检验物理公式不仅要关注物理量之间的数量关系还应关注物理量之间单位关系，教材选用了圆锥体积计算公式v=πRh让学生判断公式的正误，这一公式过于简单、学生过于熟悉，不能达到预期教学目标，为此可以将其更换为物理上的其他公式，比如单摆周期公式T=2π，学生从未见过，且公式中物理量的单位学生都知道，可以让学生判断该公式是否正确，也可以将该公式故意写错为T=2π让学生判断，从而检验学生是否掌握量纲法。

3.借鉴其他版本教材

高中物理教材是“一标多本”，主要有人教版、粤教版、教科版、鲁科版、沪科版等5个版本的物理教材。教师除了要透彻研究使用版本教材，还应该熟悉其余4个版本教材。在教学中如果出现不一致性矛盾时，应该要认真研究各版本教材，并在此基础上借鉴其他版本教材的表述、素材，从而设计更好的教学。

例如，粤教版在共同必修一实验中利用砝码来配重，充当悬挂重物提供拉力，这与初中物理砝码使用要求不一致。教师可以借鉴2019新编人教版教材实验的做法。人教版2004年出版的高中物理教材在力学实验中也是利用砝码配重、提供拉力，但2019新编物理教材将砝码换成了槽码。槽码也有精确的质量标注，使用要求不像砝码“苛刻”。借鉴人教版教材将砝码换成槽码问题便迎刃而解。

4.参考大学物理教材内容

高中物理教师要能更好把握高中物理教学，不仅需要研究课标，透彻研究高中物理各版本教材，还应该研究大学物理教材。通过研究大学物理教材，教师更能高屋建瓴地把握教学，对高中物理教材中出现的不一致问题能够更好地处理。避免出现科学性错误，同时避免学生产生认知困惑，造成学生学习过程中的内耗。

例如，本文前面所说的弹力的概念人教版和粤教版的2004版本和2019版本表述刚好互换，出现了不一致。参考大学物理教材的表述教师会更加胸有成竹。大学普通物理学中关于弹力的表示如下：“发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力。”[12]物体发生的形变，除了有能够完全恢复原状的弹性形变和完全不能恢复原状的塑性形变，还有能够恢复部分原状的形变，这一形变也能产生弹力，故而表述为“发生形变的物体”更准确，也更笼统从而避免过多纠缠。

参考文献

[1][2][5][7] 熊建文.普通高中教科书物理必修第一册[M].广州：广东教育出版社，2019：51，105，91，68.

[3] 廖伯琴.普通高中教科书物理必修第一册[M].济南：山东科学技术出版社，2019：113.

[4] 陈熙谋，吴祖仁.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：教育科学出版社，2019：102.

[6][8] 彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：99，61.

[9] 保宗悌.普通高中教科书物理必修第一册[M].广州：广东教育出版社，2004：49.

[10] 张大昌.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].北京：人民教育出版社，2004： 55.

[11] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：1-6.

[12] 程守洙，江之水.高等学校教材普通物理学第一册[M].5版.北京：高等教育出版社，2002：52.

【责任编辑 孙晓雯】

*该文为广东省教育科学规划2022年度中小学教师教育科研能力提升项目“基于提升物理学科育人价值的学生说题活动研究”（2022YQJK558）的研究成果