普通高中物理教科书难度的定量比较
杨科 张智勇 张静
摘 要：基于高中物理教科书难度研究模型，从知识、习题、拓展三个维度对2019年出版的三个版本普通高中物理教科书中相对论部分进行难度的定量比较，结果表明：鲁科版、沪科版教科书的难度远高于人教版，但三版教科书的平均深度基本一致.建议教师在教学中可合理选取三版教科书中的教学资源，注意必修课程与选修课程间的递进关系，适当调节内容的广度来控制其难度;在设计习题时，可采用形式多样的开放性习题，以强化学生的关键能力.
关键词：难度;物理教科书;相对论
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）15-0016-03
基金项目：西澳大学委托项目“International collaboration in teaching and learning of Einsteinian physics”，长江大学社科基金项目“学科核心素养视角下高中理科教科书的变迁与影响因素研究”，长江大学2020年课程思政示范建设项目“物理学科教学论”.
作者简介：杨科（1998-），男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向：物理課程与教学论;
张智勇（1996-），男，河南信阳人，硕士研究生，研究方向：物理课程与教学论.
通讯作者：张静（1982-），女，湖北荆州人，博士，教授，硕士生导师，研究方向：物理课程与教学论.
随着我国新一轮基础教育课程改革的启动，以“物理学科核心素养”为目标的《普通高中物理课程标准（2017年版）》于2018年正式颁布，2019年高中新版教科书陆续出版.在此背景下，科学、客观地对教科书进行评价，从而帮助教师合理运用教科书以及编写者修订教科书就显得十分重要.
由于不同教科书的编者对课程标准的理解不尽相同，教科书的难度会出现差异，具有可比性.本文分别对人民教育出版社、山东科学技术出版社、上海科技教育出版社（以下分别简称人教版、鲁科版、沪科版）出版的《普通高中教科书物理》[1-3]必修第二册模块中的“相对论”的内容进行难度定量比较.
1 高中物理教科书难度研究模型
1.1 模型构建
影响教科书难度的基本要素有三个：广度、深度和进度[4].本研究借鉴李晓梅[5]、廖伯琴[6]等人建构的模型，忽略教学进度和课时多少的影响，只从教科书本身的广度和深度方面进行研究.由于“相对论”内容不涉及实验，故研究范围包括教科书中的知识、习题和拓展三个部分.
教科书的总广度表示为G=G1+G2+G3，教科书的总深度为S总=S1+S2+S3，其中G1、G2、G3与S1、S2、S3分别为知识广度、习题广度、拓展广度与知识深度、习题深度、拓展深度.教科书的难度表示为N=S总/S总max，其中S总max表示所比较的教科书中总深度的最大值.教科书的平均深度表示为S-=S总/G.
1.2 赋值标准
1.2.1 广度的赋值标准
知识的广度研究是按照教科书的章节结构，整理出教科书中最小的知识点[5].本文选择教科书的三级标题作为最小知识点，教科书中的节首也算作最小知识点，但是个别情况下，三级标题下仍需要进行细分，对此内容参考教师用书的教学目标进行选择.求出最小知识点的总个数就可以得到知识的广度.
习题的广度研究是教科书中每一节的课后习题与每一章的章末习题，习题的总个数即为习题的广度.
拓展的广度研究为教科书中的栏目.拓展栏目主要为诸如STSE、科学漫步、科学书屋、拓展一步、信息浏览、多学一点等以专门版块呈现在教科书中的栏目，栏目的总个数即为拓展的广度.
1.2.2 深度的赋值标准
深度研究是在广度研究的基础上进行，根据廖伯琴[7]创建的内容深度的赋值标准进行深度赋值.高中物理教科书中内容的不同层次划分标准及深度赋值见表1.
例如，人教版教科书中对“牛顿力学时空观”知识进行简单文字描述，深度赋值为1;人教版教科书中第一个习题应用“同时的相对性”知识进行简述即可，深度赋值为1;人教版教科书中对科学漫步栏目“宇宙的起源与演化”进行简单的分析描述，深度赋值为1.其余内容的深度赋值依照同样方式进行.
2 教科书难度的比较研究
基于以上建构的高中物理教科书难度研究模型，对人教版、鲁科版、沪科版高中物理教科书中“相对论”内容进行比较研究.
2.1 广度与深度的比较
人教版、鲁科版、沪科版的知识广度G1分别为5、11、12，知识深度S1分别为7、13、15（见表2）.故鲁科版、沪科版的知识广度、深度均高于人教版.三版教科书均包含了课程标准所要求的“相对论”部分的基本知识，如狭义相对论的基本假设、长度收缩效应、时间延缓效应等;人教版与课程标准所要求的内容基本一致，鲁科版则介绍了诸如“质能关系”等略难的知识供学生拓展，沪科版则全面介绍了“经典力学”的成就和局限性等内容.在内容安排上，鲁科版和沪科版均先介绍牛顿力学的局限性再讲述相对论内容，而人教版则先安排相对论内容.
人教版、鲁科版、沪科版习题的广度G2分别为3、12、11，习题的深度S2分别为3、15、12（见表3）.故鲁科版、沪科版的习题广度与深度均高于人教版，由于人教版教科书的“相对论”内容只有一节，其习题数量较少，导致其广度与深度较低.
人教版教科书中的习题主要是对知识的简单应用;鲁科版、沪科版则形式较为多样，在考查简单应用基础上，设有查阅资料、小论文撰写、调研报告、科幻剧等开放性习题，能够发展学生信息处理、论文写作、口头表达等综合能力.例如，鲁科版“章末练习2”“查阅资料，了解爱因斯坦创立狭义相对论的过程，写一篇相关的科技小论文” 与沪科版“家庭作业与活动3”“撰写一篇题为关于‘伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义的小论文”可培养学生信息搜索、信息整理及论文写作等能力，也可以让学生了解相关物理学史，培养学生的学习兴趣.
人教版、鲁科版、沪科版拓展的广度G3分别为2、5、5，拓展的深度S3分别为2、5、5（见表4）.故鲁科版、沪科版的拓展广度与深度相同且均高于人教版.三版教科书均注重物理与现代技术的联系，设立了拓展栏目开拓学生的眼界.如人教版的“科学漫步”，鲁科版的“科学书屋”和“拓展一步”，沪科版的“信息浏览”和“多学一点”等;人教版对天文学进行了简要介绍，鲁科版注重诸如“爱因斯坦”等物理学史的呈现，沪科版侧重内容广度的丰富.
基于以上分析，人教版、鲁科版、沪科版的总广度G总分别为10、28、28，总深度S总分别为12、33、32.故鲁科版、沪科版教科书的总广度最高，鲁科版教科书的总深度最高，且鲁科版、沪科版教科书的总广度和总深度均高于人教版.鲁科版与沪科版教科书的“相对论”内容作为一章的形式呈现，而人教版作为一节的形式呈现，导致其内容三个维度的广度均高于人教版教科书.由于总深度与广度是正相关的，所以魯科版、沪科版教科书深度均远远高于人教版.
2.2 平均深度比较
依据平均深度公式S=S总/G，可得到人教版、鲁科版、沪科版的平均深度以及三个维度的平均深度（见表5）.
结果表明，三版教科书的平均深度基本一致.人教版教科书的知识的平均深度最高，有“窄而深”的取向;鲁科版教科书习题的平均深度最高，与其习题的开放性和实践性有关;三版教科书拓展的平均深度均为1.
2.3 难度比较
依据内容难度公式N=S总/S总max，三版教科书的难度N分别为0.36、1.00、0.97，三版教科书在知识、习题、拓展三个维度方面的难度见表6.
三版教科书中鲁科版、沪科版教科书的难度较高，主要因为其内容广度较高.在知识方面，沪科版教科书的难度最高，而人教版最低;在习题与拓展方面，鲁科版、沪科版教科书的难度均远高于人教版.
3 结论与建议
在相对论部分，人教版、鲁科版、沪科版教科书的难度呈现如下顺序：鲁科版>沪科版>人教版，鲁科版、沪科版教科书的广度最高，但三版教科书的平均深度基本一致.三版教科书均具有各自的特色：在知识上，人教版注重相对论的基本知识，鲁科版强调相对论的整体性，沪科版则重视经典力学的重要性;在习题上，人教版重视知识的简单应用，鲁科版侧重自学与实践能力，沪科版则介于两者中间;在拓展上，人教版侧重现代科学的介绍，鲁科版重视物理学史的渗透，沪科版强调物理内容的丰富.
教师在教学中可根据学生的不同需求，合理选择三版教科书中的教学资源，并应注意必修课程与选修课程间的递进关系，适当调节相对论知识的广度来控制其难度，可以将一些拓展内容作为选学部分供学生选择性学习.在设计习题时，教师可通过结合三版教科书中形式多样的开放性习题[8]，例如自主查阅资料、科幻剧、调研报告等，以增强学生学习相对论的兴趣，让学生深入理解物理学科的研究方法，从而强化学生关键能力的培养.
参考文献：
[1]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.普通高中教科书物理（必修第二册）[M].北京：人民教育出版社，2019.
[2]司南中学物理教材编写组.普通高中教科书物理（必修第二册）[M].济南：山东科学技术出版社，2019.
[3]束炳如，何润伟.普通高中教科书物理（必修第二册）[M].上海：上海科技教育出版社，2019.
[4]史宁中，孔凡哲，李淑文.课程难度模型：我国义务教育几何课程难度的对比[J].东北师大学报，2005（06）：152-156.
[5]李晓梅，李春密.中美初中物理教材难度的静态比较分析[J].物理教师，2016，37（08）：78-81.
[6]廖伯琴，霍静.高中物理教材难易程度的国际比较研究[J].物理教学探讨，2019，37（09）：1-4+8.
[7]廖伯琴.中小学理科教材难度国际比较研究（高中物理卷）[M].北京：教育科学出版社，2016.
[8]Magdalena Kersting，Ellen Karoline Henriksen，Maria Vetleseter Be，Carl Angell.General relativity in upper secondary school：
Design and evaluation of an online learning environment using the model of educational reconstruction[J].Phys.Rev.Phys.Educ.Res.，2018，14（01）：
010130.
（收稿日期：2021-04-10）
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