新加坡中学物理教材习题设置特征分析
许月仙 唐安琪 袁海泉
摘? ?要：教材是教与学的主要资源，课后习题是教材的重要组成部分，习题的功能是“建构”和“培养”，因此对教材习题的研究具有重要意义。文章以新加坡中学物理教材章末习题为研究对象，研究习题的基本结构和主要设置特征，分析各种类型习题的功能，为一线教师合理利用教材习题提供一些思路。
关键词：Physics Matters;物理教材;习题特征;类比法
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）11-0022-6
《Physics Matters》[1]（第四版，2013—2017）是新加坡最新版本的中学物理教材（以下简称为新加坡中学物理教材），该教材依据新加坡教育部授权的2013年普通水准（O-Level）物理大纲编写，分为4个专题（基础物理，热物理，光、波动和声音，电与磁），共有22个章节，覆盖了物理学中的力、热、声、光、电、磁六部分的知识点，教材习题分为A、B、C三部分，共设置章末习题241道。习题的功能是“建构”和“培养”，学生解答问题的过程就是提升素养的过程[2]，因此分析这些习题的基本结构和主要特点，有利于一线教师更科学地使用教材，合理利用教材习题。
1? ? 习题的类型多样，数量充足
新加坡中学物理教材共设置有241道章末习题，除第15章“声音”章末习题没有C部分外，其余21个章节均分为A选择题、B结构化习题、C自由回答习题三部分，各部分习题的个数和占比如图1。
新加坡中学物理教材习题在习题类型上具有一定的层次性。A部分共设置122道选择题，占比50.62%，可见新加坡中学物理重视选择题的作用。B部分结构化习题、C部分自由回答习题均是由定义物理概念、解释实际现象、绘制物理图像、计算等组成的习题，一般情况下有多个小问题，分别设置73道、46道，占比分别为30.29%、19.09%。习题的具体呈现类型和侧重点有所差异。A、B、C部分分别设置了2、4、11道挑战性习题（题号前带*标志，*标记在小问前也计作一道）。C部分设置的挑战性习题数量较多，为11道，占C部分习题总数的23.91%，占全部挑战性习题数的64.71%，对学生的综合能力要求较高，难度相对较大，可供学生自主选择练习。
2? ? 习题设置具有层次性
A部分选择题具有巩固即时获得知识、辨析模糊基本概念、快速检测学习效果的功能，但由于选择题对提升学生解决问题的实际能力、图表绘制能力、文字表述能力等方面作用有限，新加坡中学物理教材设置了B部分的结构化习题和C部分的自由回答习题，C部分中的一些挑战性习题还能培养学生的模型建构能力、创新思维能力。
习题设置的层次性体现在充分利用各部分题型的功能，针对某一知识点设置不同层次的习题，加深对这一知识点的理解。例如，第3章“力”中对于“牛顿第二定律”这一知识点，A、B、C三部分的题目设置举例见表1。
A部分设置选择题，提高学生对牛顿第二定律的理解和公式的计算能力，假设所有的接触面都无摩擦，问题情境简单，题目难度低。B部分结构化习题设置了真实的问题情境，要解决实际的拖车问题，学生需要结合所要求的物理量，考虑整体法与隔离法的选取，再基于研究对象运用牛顿第二定律列式子解决实际问题，题目还要求学生画出卡车和汽车各自的受力示意图，提高了学生的图像绘制能力。C部分习题训练学生运用牛顿第二定律分析抽象的、与滑轮相关的连接体模型，不涉及具体的数字，各物理量均以字母代替，具有较强的综合性，对学生的能力有一定的要求，一般的连接体模型的问题解决了，基本的研究方法才能迁移运用到新的具体的实际问题中，从而进一步提高解决实际问题的能力。
3? ? 习题图像的呈现类型多样化
A、B、C部分习题的呈现类型共有5种，分别为以图像方式呈现信息、运用简单数学知识分析以图像方式呈现的结果、运用物理规律分析以图像方式呈现的结果、绘制相应的物理图像、使用图像作为解题的工具。
某些习题中图像呈现类型包含两种或多种，在统计各部分图像型习题总数时我们均认定为一道图像习题，但若该题涉及到多个图像呈现类型时，对各部分的各类型图像习题数量统计时采取重复统计，即该题均计入这几个类型的图像习题数量中。
A、B、C三部分的图像型习题总数为134道，占习题总数的55.60%，整体上来看新加坡中学物理教材设置了大量图像型习题。A、B、C三个部分分别设置了54、46、34道图像习题，分别占各部分习题总数的44.26%、63.01%、73.91%。明显可以看出，从A部分到C部分，对图像的要求逐渐提高，B、C部分的图像习题占比相对较多，说明B、C部分习题更重视培养学生从图像中获取信息、分析图像、绘制图像、运用图像的能力。各部分具体的图像呈现类型和各部分各类型图像习题的数量统计见表2。
各部分各类型图像习题的数量统计
A、B、C三部分中以呈现信息为目的的图像习题数均最多，分别占各部分图像习题总数的77.78%、80.43%、70.59% ，说明新加坡中学物理教材习题重视图像的信息呈现功能。图像大致分为生活图、模型及示意图、实验装置图等。图像可表明物体所处的状态，或提供解题所需的一些物理量的值，如图4（3-A-1表示第3章A部分第1题），该图属于模型及示意图，在图像中提供了四个力的大小和方向。
A部分图像型选择题还设置了运用简单数学知识分析以图像呈现的结果的习题（如图5），让学生选出物体做非匀减速运动的速度-时间图像;设置了运用物理规律分析以图像方式呈现的结果的习题（如图6），已知空气-玻璃界面的臨界角度为42°，让学生利用光的折射定律、全反射相关知识分析光线通过玻璃棱镜的路径，四幅图中光的入射方向不同，需要学生一一进行判断，选出错误的一幅，提高了习题的难度。
B部分和C部分设置了部分习题提升学生的绘图能力，让学生根据题意或物理规律作出相应的图，有描点作图、画出实验装置图、利用……定律作图、设计电路图等。例如，7-B-2，画出题干描述的装置的简图;12-B-1，利用反射定律，定位并画出F的位置;17-B-3，利用表格中的数据绘制电位差对电流的曲线图;2-C-1，用坐标纸绘制出钢球轴承的位移-时间图像;12-C-3，在图中T处完成折射后的光线路径;18-C-2，使用四个相同的电阻，设计一个电路，其中每个电阻两端的电势差为电动势的四分之一。C部分突出体现了使用图像作为解题工具的习题设置特点，共设置了7题，题目举例见表3。
由表3可知，C部分借助物理图像作为解题工具，从而进行计算、解释物理现象、辅助说明等，充分挖掘图像的功能和作用，从最初的认识图像和分析图像拓展到深层次的利用图像，一步步引导，提高学生分析问题的能力。
4? ? 充分关注习题的功能多样性
4.1? ? 重视选择题的特殊功能
新加坡中学物理教材章末习题中共设置了122道选择题，占习题总量的50.62%，可见该教材的习题中选择题占有十分重要的地位。
选择题能够有效提升学生对物理基本概念、规律的再认、再现的能力[3]。学生在课堂上学完新的物理知识后，可即时通过课后的练习题巩固获得的知识。 还可以设置部分选择题要求学生在物理知识记忆的基础上分析、比较、判断，从而帮助学生辨析基本概念，加深对物理基本概念和规律的理解。
选择题思辨性强，可在设置选项时从不同角度有针对性地设置一些似是而非的干扰性选项，从而加深学生对概念、规律等的理解，且评判快捷、客观，能够给教师和学生提供有效的反馈，快速地检测学习效果。
选择题具有巩固即时获得知识、辨析模糊基本概念、快速检测学习效果的功能。因此，认识选择题的功能，分析这些选择题设置的特征，有利于教师和学生更科学地使用教材习题。
4.2? ? 促进学生对基本物理概念、规律的理解能力的提升
新加坡中学物理教材突出体现了物理习题对学生基本物理概念、规律的理解能力的提升功能，通过A、B、C三个部分不同程度地设置相应的习题，澄清学生对物理概念、规律的模糊或不正确认识。
A部分的选择题针对基本概念和基本规律设置了25道习题，占选择题总数的20.49%，分别是针对一个知识点的问答、针对某一具体知识点的辨析、针对两个相似知识点的辨析。例如，“冷却总是伴随着蒸发，因为? ? ? ? ? ? ? 。”“静电的单位是? ? ? ? ? ? ? 。”是针对一个知识点的问答;“下列关于质量的说法，哪一个是正确的？”“下列关于布朗运动的叙述哪一个是正确的？”是针对某一具体知识点的辨析;“液体分子的运动与气体分子的运动有何不同？”“导体和绝缘体有什么区别？”是针对两个知识点的辨析。
B部分和C部分针对基本概念、规律的习题设置均以简答题为主，B部分还设置补全表格题，图7是物理实验中长度测量仪器使用的基本规律的表格填空，图8是针对温度计测温特性的表格填空。将同一知识点的相关知识或相似知识点罗列在一张表中，促进物理知识结构的形成，使学生头脑中零散的知识系统化、结构化。
B、C部分习题中分别有16道、10道涉及了基本的物理概念、规律，分别占各部分习题总数的21.92%、21.74%。A、B、C三部分中共有21.16%的章末习题均直接针对的是基本概念、基本规律，可见新加坡中学物理教材习题重视提升对基本物理概念和规律的理解能力。针对基本概念和基本规律设置的简答题的呈现类型主要有三类：定义物理概念和规律、阐述或解释物理原理、区分物理概念，题目举例见表4。
除了直接针对基本物理概念和规律设置简答题， B、C部分还设置了其他类型的简答题，提高学生的文字表达能力，包括运用物理知识分析解释实际的现象、結合具体的题目解释你的答案或推测与假设可能产生的结果、零部件名称和作用、描述实验过程、采取的测量措施、改进的建议、误差产生的原因。例如16-C-1，静电放电对油罐车是一种危害，一些油罐车有一个连接的导电链，它悬在地面附近，解释这条链的用途;1-B-4，简单描述一下为测量铜线的直径你采取的措施;1-B-5，解释为何采用图中方法不会产生准确的测量结果;6-C-1，建议减少耗散能量的方法等。
4.3? ? 关注习题的计算能力发展功能
新加坡中学物理教材关注习题的计算能力发展功能，A、B、C三个部分设置不同呈现类型的计算题，循序渐进地发展学生的计算能力。三部分中的计算题呈现类型见表5。
国外学生的计算能力相对较弱，因此新加坡中学物理教材适当设置了计算型选择题。A部分选择题中共有40道计算题，占选择题总数的32.79%，呈现的类型主要是公式的简单计算。计算型选择题的问题情境简单，没有繁琐的叙述，只针对一个知识点，代入公式、简单计算就可得出正确的答案。例如，2-A-1，“汽车的平均速度是35公里。45分钟能走多远？”;4-A-3，“量筒的质量是60.0 g。倒入30立方厘米的橄榄油，总质量为87.6 g。橄榄油的密度为多少？”;第18章“直流电路”中的计算型选择题中的电路示意图也由原来复杂的实物图变成了简洁的等效电路图，计算过程大大简化，基本是一两步运算就可以得到答案。
B部分设置实际情境中的计算习题，逐步提升学生的计算能力。物理规律是物理学的精华，如果把它看作一个“公式”死记硬背一定学不好物理，只有真正弄懂物理规律的来龙去脉，并能灵活应用，才能掌握物理规律[4]。为了进一步提高学生对物理规律的灵活应用能力，设置了某一物理公式及变式的计算和某一物理公式不同过程的反复计算题型。针对某一物理公式及变式的计算，例如4-B-2，给定包含某些物质和相应密度的表格，（1）计算10 g金所占的体积;（2）计算长宽高为2.5 cm×1 cm×0.2 cm的铂薄片的质量;（3）与（2）同一尺寸的另一薄片的质量为4.45 g，这个薄片可以用什么材料制作。三个小问中学生需要分别运用公式V= 、m= ρV、 ρ= 进行计算，密度公式的变式运算，强化了对密度公式的理解。针对某一物理公式不同过程的反复计算，例如2-B-1，图中显示了骑自行车的人的路线，他早上6点从A点出发，经过B点、C点和D点，下午6点返回A点，计算骑自行车的人在下列过程的平均速度：（1）从A点到B点;（2）从B点到C点;（3）整个行程。第2问中共设置了三个不同过程中平均速度的计算习题，帮助学生深化理解位移、平均速度的概念，提高运用平均速度公式的能力。
B部分计算题针对一个知识点的较多，多为某一具体的公式及变式计算题。而C部分侧重不同知识点的计算，计算题的情境更加复杂，包含一些新颖的、创新的情境。例如5-C-2，围绕图9的玩具天平设计计算题，提高学生将一般的物理知识运用到新情境的能力。图像作为计算工具也在计算题中被要求使用，不仅提高了学生的图像运用和图像分析能力，还进一步提高了学生的计算能力。例如12-C-1，通过绘制光路图，确定：（1）镜子的最小长度，使女士可以看到她自己的一个完整的形象;（2）这面镜子底部离地面的高度。
由于物理情境的丰富复杂，总离不开基本概念、规律的应用，因此在完成了一定量的实际情境中的数字计算之后，还设置了物理量的字母推导计算（已知的物理量均用字母表示）。物理习题中的一些物理量用字母表示，使知识运用更具普遍性， 同时提高学生将基本的物理知识运用到新的真实情境的能力。C部分设置了4道字母计算题，例如5-C-4，一个不均匀的杆子ABCD停在C处粗糙的钉子上，如图10，R1、R2分别为钉子和墙壁对杆子的作用力，F是钉子产生在杆上的摩擦力，W是杆子的重力。该题第二小问，如果AB的长度为x，BC的长度为y，杆与光滑的墙壁之间的锐角为θ，用字母x，y，θ和W将R1和R2表示出来。
A、B、C三个部分设置不同呈现类型的计算题，循序渐进地发展学生的计算能力。教师需要引导学生对解题方法和解题技巧进行总结，将一些典型问题规范化、条理化，起到举一反三的作用。
新加坡中学物理教材习题类型多样、数量充足，习题设置具有层次性且习题图像的呈现类型多样化，并充分关注习题的功能多样性，重视选择题的特殊功能;促进学生对基本物理概念和规律的理解能力的提升;关注习题的计算能力发展功能。对我国的教材习题设置和使用具有一定的借鉴价值。
参考文献：
[1]Dr Charles， Chow Siew Foong， Dr Ho Boon Tiong. Physics Matters[M]. Singapore： Marshall Cavendish Education，2013： IV-VI.
[2]彭前程.聚焦核心素養，体现时代要求——高中物理教科书修订说明[J].中学物理，2018，36（19）：2-8.
[3]张晓涛，马秀谊.选择题的测试功能及其适用性分析[J].中国考试（研究版），2008（2）：38-43.
[4]张贤祺.浅议物理习题的功能与价值[J].中学物理教学参考，2015，44（14）：40-41.
[5]齐海燕，史俊杰.新加坡中学物理教材评介[J].中学物理教学参考，2016，45（8）：84-85.
（栏目编辑? ? 刘? ?荣）
