物理教科書難度模型：三套高中物理教科書難度對比分析

1、物理課程難度模型：三套高中物理教科書同一內(nèi)容難度的對比分析王較過王較過（1957），男，陜西臨潼人，陜西師范大學(xué)教授。研究方向：物理課程與教學(xué)論。2李志平（1982），女，山西朔州人，陜西師范大學(xué)06級研究生。研究方向：物理課程與教學(xué)論。 李志平 2（陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 教育部陜西師范大學(xué)基礎(chǔ)教育研究中心 西安 ）摘要：在分析影響課程難度的因素及其量化方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了刻畫物理課程難度的模型,并用此模型對人民教育出版社（以下簡稱人教版）、山東科技出版社（以下簡稱魯科版）、廣東教育出版社（以下簡稱廣教版）出版的三套普通高中物理教科書中同一內(nèi)容“運(yùn)動的描述”課程難度進(jìn)行對比分析，分

2、析結(jié)果表明：關(guān)于“運(yùn)動的描述”這一內(nèi)容，魯科版的課程難度最大，廣教版的課程難度居中，人教版的課程難度最小。關(guān)鍵詞：教科書；難度模型；物理課程自2004年秋季入學(xué)開始，我國普通高中新課程進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，目前，已有15個省（市）進(jìn)入高中新課程實(shí)驗(yàn)。新課程的最大特點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“一標(biāo)多本”和教材多樣化。以高中物理課程為例，根據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）1（以下簡稱課標(biāo)）編寫、教育部推薦的物理教材就有5套。面對不同系列、不同層次、不同風(fēng)格的教材，如何根據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，選取適合本地區(qū)實(shí)際情況的教材呢？要解決這個問題，首先必須了解不同版本教材的編排特點(diǎn)、內(nèi)容體系、課程難度等內(nèi)容。由此可見

3、，對不同版本教材進(jìn)行對比研究有十分重要的意義。教材難度是選用教材的重要指標(biāo)之一，客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)的評價教材的難度不僅能為教材選用提供較為重要的依據(jù)，而且對教材編寫具有積極的參考價值。然而，目前人們對物理教科書難度的評價僅僅停留在經(jīng)驗(yàn)和定性的層面，缺乏科學(xué)量化的評價方法。本文將對評價物理教材難度的定量模型進(jìn)行研究，并運(yùn)用所構(gòu)建的模型對人民教育出版社2（以下簡稱人教版）、山東科技出版社3（以下簡稱魯科版）、廣東教育出版社4（以下簡稱廣教版）出版的三套普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)教科書的課程難度進(jìn)行對比分析。一、物理課程難度模型1、影響物理課程難度的因素及其量化方法已有的研究指出，課程廣度、課程深度、課程時

4、間是影響教材難度的重要因素5,6。筆者認(rèn)為，對物理教材而言，除上述因素外，內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度也是影響教材難度的重要方面。課程廣度是指課程內(nèi)容所涉及的范圍和領(lǐng)域的廣泛程度，可以通過對比 “知識點(diǎn)”的多少對其進(jìn)行量化,涉及的知識點(diǎn)越多,內(nèi)容越廣泛；課程深度是指課程內(nèi)容要求的思維深刻程度，它不僅涉及到理解概念、原理所要求的認(rèn)知深刻程度和概念之間的關(guān)聯(lián)程度，而且涉及到課程內(nèi)容的推理與運(yùn)算步驟等, 對此可以用課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于知識技能目標(biāo)和體驗(yàn)性目標(biāo)要求的不同認(rèn)知層次賦值的加權(quán)平均值進(jìn)行量化，課程目標(biāo)要求的認(rèn)知層次越高,表明課程越深。課程時間是指完成課程內(nèi)容所需要的時間，可以對比 “課時”的多少進(jìn)行量化；內(nèi)容呈

5、現(xiàn)抽象度是指知識內(nèi)容呈現(xiàn)的抽象程度，一般而言，在陳述物理概念、規(guī)律及理論時引入的圖表、舉例及學(xué)生活動等都會對內(nèi)容呈現(xiàn)的抽象度產(chǎn)生影響。因此，我們可通過統(tǒng)計、比較不同教科書引入圖表、舉例及學(xué)生活動數(shù)量的多少,對其不同水平賦值的方法量化,對同一內(nèi)容,若引入圖表、舉例及學(xué)生活動越多，內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度越低。這樣，課程難度可以看成是關(guān)于課程廣度、課程深度、內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度和課程時間的一個函數(shù)，其中任何一個量的變化均會引起課程難度的變化。2、物理課程難度模型如果用表示課程難度，表示課程廣度，表示課程深度，表示內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度，表示課程時間，則課程難度的函數(shù)關(guān)系式為：。如果對所研究的課程內(nèi)容，只要有足夠的時間，絕

6、大多數(shù)學(xué)生能夠理解。那么根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)就可以假設(shè)課程難度與課程廣度、課程深度和內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度成正相關(guān)，與課程時間成負(fù)相關(guān)。如果把單位時間內(nèi)的課程深度(稱課程可比深度)、單位時間內(nèi)的課程廣度稱課程可比廣度）以及單位時間內(nèi)的內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度(稱可比呈現(xiàn)抽象度)綜合考慮，取三者的加權(quán)平均值刻畫課程難度，則課程難度模型可具體表示為：H=1G/T+2D/T+3F/T (011，021，031，且1+2+3=1)其中1，2，3是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，反映了“課程可比廣度”、“課程可比深度”、“可比呈現(xiàn)抽象度”對課程難度的權(quán)重。由物理課程難度模型，可以得出以下結(jié)論：（1）、對兩個不同版本（版本1和版本2）的物理教材中同一

7、課程內(nèi)容，如果分別用和表示其課程難度，則當(dāng)時，說明版本1比版本2難，且二者的難度差值越大,相應(yīng)課程難度的差別越大。（2）、對同一內(nèi)容的物理課程，在課程時間不變的情況下，無論是單獨(dú)增加課程深度、課程廣度，還是內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度，都將會增加課程難度。(3)、對同一內(nèi)容的物理課程，在課程深度、課程廣度和內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度不變的情況下，減少課程時間，將會增加課程難度。（4）、對同一內(nèi)容的物理課程，在課程時間不變的情況下，如果增加內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度,降低課程廣度或者課程深度，課程難度有可能增加，也有可能減小。這說明影響課程難度的三個因素都在變化時，課程難度的變化要視具體情況而定。 由以上分析可見，“廣而深且呈現(xiàn)抽象

8、度高”的課程設(shè)計模式必然會加大課程難度，相反，“淺而窄且呈現(xiàn)抽象度低”的課程設(shè)計模式則會降低課程難度。由于課程難度是由多因素決定的，故要控制課程難度，只顧及單方面因素的調(diào)整是不夠的，需要統(tǒng)籌和優(yōu)化課程可比難度、課程可比深度和可比呈現(xiàn)抽象度。二、 三套普通高中物理教科書同一內(nèi)容的難度比較基于上述建立的課程難度模型，本文選取三套普通高中物理1教科書中 “運(yùn)動的描述”作為研究對象，對其難度進(jìn)行對比分析。1、課程廣度分析人教版中關(guān)于“運(yùn)動的描述” 內(nèi)容中相應(yīng)知識點(diǎn)有：質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系；時間和位移；運(yùn)動快慢的描述速度；實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計時器測速度；速度變化快慢的描述加速度；實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的

9、規(guī)律；勻變速直線運(yùn)動速度和時間的關(guān)系；勻變速直線運(yùn)動位移和時間的關(guān)系；自由落體運(yùn)動；伽利略對自由落體運(yùn)動的研究；共計10個知識點(diǎn)2，則。 魯科版中相應(yīng)的知識點(diǎn)有：運(yùn)動、空間和時間；質(zhì)點(diǎn)和位移；速度和加速度；勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律；勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究；勻變速直線運(yùn)動實(shí)例自由落體運(yùn)動；共計6個知識點(diǎn)3，。 廣教版中相應(yīng)知識點(diǎn)有：認(rèn)識運(yùn)動；時間、位移；記錄物體的運(yùn)動信息；物體運(yùn)動的速度；速度變化的快慢加速度；用圖像描述直線運(yùn)動；探究自由落體運(yùn)動；自由落體運(yùn)動的規(guī)律；從自由落體運(yùn)動到勻變速直線運(yùn)動；勻變速直線運(yùn)動與汽車行駛安全；共計10個知識點(diǎn)4，。2、課程深度分析我們通過對課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于知識技能

10、目標(biāo)和體驗(yàn)性目標(biāo)要求的不同認(rèn)知層次賦值并取其加權(quán)平均值量化。由于刻畫課程目標(biāo)要求高低的標(biāo)志是目標(biāo)動詞1，如果對課程目標(biāo)中不同的目標(biāo)動詞給以不同的賦值，則更能明確區(qū)分課程深度，具體賦值如表1所示。表1 課程目標(biāo)動詞值目標(biāo)動詞賦值知識技能目標(biāo)動詞體驗(yàn)性目標(biāo)動詞知識目標(biāo)動詞技能目標(biāo)動詞1了解，識別描述，比較測量，測定經(jīng)歷，體驗(yàn)觀察，學(xué)習(xí)2認(rèn)識會，能體會，關(guān)注勇于，發(fā)展3解釋，理解計算，分析制作，設(shè)計養(yǎng)成，具備思考，領(lǐng)略4使用，應(yīng)用掌握，評估根據(jù)表1的賦值，各套教科書關(guān)于“運(yùn)動的描述”內(nèi)容中各知識點(diǎn)的課程深度可做如下計算：人教版中“運(yùn)動的描述” 相應(yīng)知識點(diǎn)的課程深度值分別為：質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系1.5

11、；時間和位移2；運(yùn)動快慢的描述速度2；實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計時器測速度2；速度變化快慢的描述加速度2；實(shí)驗(yàn)：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律3；勻變速直線運(yùn)動速度和時間的關(guān)系3；勻變速直線運(yùn)動位移和時間的關(guān)系3；自由落體運(yùn)動3；伽利略對自由落體運(yùn)動的研究37;課程深度系數(shù)D1=（1.52435）/10=2.35。魯科版中相應(yīng)的知識點(diǎn)的課程深度值分別為：運(yùn)動、空間和時間1.5；質(zhì)點(diǎn)和位移2；速度和加速度1.5；勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律2.5；勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究2；勻變速直線運(yùn)動實(shí)例自由落體運(yùn)動28；課程深度系數(shù)D2=(1.52232.5) /6=1.917。廣教版中相應(yīng)知識點(diǎn)的課程深度值分別為：認(rèn)識運(yùn)動1

12、.5；時間、位移1.5；記錄物體的運(yùn)動信息2；物體運(yùn)動的速度2.25；速度變化的快慢加速度2；用圖像描述直線運(yùn)動2；探究自由落體運(yùn)動2；自由落體運(yùn)動的規(guī)律2；從自由落體運(yùn)動到勻變速直線運(yùn)動2；勻變速直線運(yùn)動與汽車行駛安全39；課程深度系數(shù)D3=(1.52262.253)/10=2.025。、課程時間分析人教版中運(yùn)動的描述內(nèi)容被編排在物理中的第一、二章，其中“質(zhì)點(diǎn)、參考系和坐標(biāo)系”及“伽利略對自由落體運(yùn)動的研究”兩個知識點(diǎn)各設(shè)置個課時，而其它部分分別設(shè)置個課時7，則課程時間228=18。魯科版相應(yīng)知識內(nèi)容分別編排在物理1的第一、二章中,其中“速度和加速度”這一知識點(diǎn)設(shè)置2個課時，其余部分分別設(shè)置

13、1個課時，而且各章分別安排1個機(jī)動課時8，則其課程時間2 21529。廣教版中相應(yīng)內(nèi)容也是編排在物理1的第一、二章中，其中“認(rèn)識運(yùn)動”和“時間、位移”兩個知識點(diǎn)共設(shè)置1個課時，其它部分分別設(shè)置1個課時，對各章總結(jié)復(fù)習(xí)分別設(shè)置2個課時9，則課程時間T3=1922=13。4、內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度分析我們可通過統(tǒng)計、比較不同教科書對同一課程內(nèi)容引入圖表、舉例及學(xué)生活動數(shù)量的多少給以不同水平賦值的方法量化。課程內(nèi)容在敘述物理概念、規(guī)律及理論知識的同時還適當(dāng)添加相應(yīng)的圖表、舉例及學(xué)生活動等，這不僅可以降低知識內(nèi)容難度，而且能夠促進(jìn)學(xué)生更好的理解和掌握知識1,10。所以，在同一課程內(nèi)容中，如果引入的圖表、舉例或

14、是學(xué)生活動越多，內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度越低，相應(yīng)給其賦較小的值；反之,則給其賦較大的值?，F(xiàn)將三套教科書中關(guān)于“運(yùn)動的描述”內(nèi)容所設(shè)置的圖表、舉例及學(xué)生活動總數(shù)統(tǒng)計 2,3,4 如表2所示：圖表舉例學(xué)生活動人教版542622魯科版702911廣教版332120表2 圖表、舉例及學(xué)生活動次數(shù)統(tǒng)計表從表2可看出，在圖表的設(shè)置數(shù)量方面：魯科版人教版廣教版；在引入例子數(shù)量方面：魯科版人教版廣教版；在注重學(xué)生活動方面：人教版廣教版魯科版；則關(guān)于“運(yùn)動的描述”內(nèi)容，各教科書內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度賦值如表3所示：表3 內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度賦值圖表舉例學(xué)生活動內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度人教版2215魯科版1135廣教版33285、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及其分

15、析基于以上論述，各版本關(guān)于“運(yùn)動的描述”內(nèi)容中影響課程難度的各相關(guān)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表4所示。表4 三套教科書中“運(yùn)動的描述”內(nèi)容課程難度相關(guān)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表課程廣度G課程深度D課程時間T內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度F課程可比廣度G/T課程可比深度D/T可比呈現(xiàn)抽象度F/T人教版102.351850.5560.1390.278魯科版61.917950.6670.2130.556廣教版102.0251380.7690.1560.615在課程難度模型中, 是個經(jīng)驗(yàn)性常數(shù)。究竟取何值時，求出的課程難度才是符合實(shí)際情況呢？筆者認(rèn)為課程廣度和課程深度往往比內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度對課程難度影響更大，因此取1=2=0.4，3=0.2，并將

16、表4中的相關(guān)數(shù)據(jù)帶到課程難度模型中做具體計算，結(jié)果如表5所示。表5 課程難度計算結(jié)果代入 0.4,0.2人教版0.556 +0.139 +0.278 H10.6116魯科版0.667 +0.213+0.556H20.8152廣教版0.769 +0.156 +0.615 H30.7830綜合表4、表5可做如下結(jié)論：在課程可比廣度方面，廣教版魯科版人教版。究其原因，雖然人教版和廣教版的課程廣度相同（G10），比魯科版多4個知識點(diǎn)，但由于人教版設(shè)置18個課時，遠(yuǎn)大于魯科版(T9)和廣教版(T13)的課時，導(dǎo)致人教版的課程可比廣度最小,廣教版的課程可比廣度最大。在課程可比深度方面，魯科版的課程可比深度

17、最大，人教版的課程可比深度最小，廣教版的課程可比深度居中。雖然人教版對學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)要求水平最高（D2.35）,廣教版對學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)要求水平居中（D2.025）,魯科版對學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)要求最低（D1.917）,但由于三者的課時設(shè)置的差異,使得課程可比深度呈現(xiàn)上述結(jié)果。在可比呈現(xiàn)抽象度方面由高到低依次如下:廣教版、魯科版、人教版，盡管人教版和魯科版的內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度相同（F5），都小于廣教版的內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度（F8），同樣由于其課時設(shè)置的不同，使得三套教材的可比呈現(xiàn)抽象度大小不同于內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度大小。就課程難度總體而言，人教版的課程難度低于廣教版的課程難度，魯科版的課程難度最高。人教版雖然在課程廣度和課

18、程深度兩方面都高于魯科版和廣教版，但由于其課時設(shè)置最多，相應(yīng)課程難度也最低。三、 結(jié)論1、基于以上對比分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：就“運(yùn)動的描述”這一內(nèi)容而言，在課程難度方面，魯科版廣教版人教版，但人教版的課程深度和課程廣度最高,內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度最低，而魯科版雖然在課程深度和課程廣度最低，內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度居中，但由于課時設(shè)置不同，使得人教版的課程難度最小，而魯科版的課程難度最大,這反映了人教版和魯科版設(shè)計方式差異較大。2、由于課程難度（H）的大小受課程廣度（G）、課程深度（D）、課程時間（T）、內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度（F）四方面的影響，故只要改變其中一個量的大小,其課程難度都可能會增加或是降低。因而，在

19、設(shè)計教科書時，要控制好課程難度，只顧及單方面因素的調(diào)整是不夠的，需要統(tǒng)籌和優(yōu)化課程可比廣度、課程可比深度和可比呈現(xiàn)抽象度這三個方面。3、本文的結(jié)論只針對“運(yùn)動的描述”這一內(nèi)容而言，由于課程難度模型H=1G/T+2D/T+3F/T中課程廣度(G)、課程深度（D）、內(nèi)容呈現(xiàn)抽象度（F）和課程時間(T)這四個量在不同版本的同一內(nèi)容或是同一版本的不同內(nèi)容取值不同，課程難度也會有所不同,因此不能根據(jù)某一知識點(diǎn)的課程難度值判斷某冊教科書或是某版本教科書的課程難度的大小。教育研究者在對物理教科書進(jìn)行難度對比時，應(yīng)運(yùn)用此難度模型針對具體問題具體分析。參考文獻(xiàn)1中華人民共和國教育部普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）M

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22、of Three Sets of High Shools Physics TextbooksWANG jiao-guo LI zhi-ping(Physics and Information Technology Institute ,Shaanxi Normal University Research Center for Basic Education Curriculum, Shaanxi Normal University of the Ministry of Education Xian )Abstract：Based on analyzing the factors that influence the difficulty of the course,a physics model,which portray