21世纪以来我国中学物理教材研究综述

何雨泽 杨宣洋 彭绍航 王晶莹 郑永和

（北京师范大学科学教育研究院，北京 100875）

习近平总书记指出：“用心打造培根铸魂、启智增慧的精品教材，为培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人、建设教育强国做出贡献.”21世纪以来，我国基础教育研究者对教材研究一直保持关注，聚焦于教材建设、编写、内容分析、出版和体系设计等，并且以历史、语文、数学、英语等学科教材为主.［1］我国中学物理教材的研究虽不够广泛，但千禧年以来也积累了足够多的研究成果，现有研究多从指标体系、［2］内容插图、［3］国际比较［4］等视角，选择某一主题对物理教材研究进行综述，且以质性分析为主，缺乏量化数据支持，难以对我国中学物理教材研究的整体发展现状进行客观评价与趋势判断.因此，本研究对21世纪以来国内中学物理教材相关的文献进行梳理，结合量化处理的数据作为支持，从更系统与宏观的视野分析我国中学物理教材研究现状，同时结合国际物理教材研究前沿对我国中学物理教材研究提出未来展望.

本研究在中国知网（CNKI）高级检索界面以“物理”搭配“教材+教科书”进行篇名检索，文献类型限定为“期刊”，检索范围为2000年1月1日至2020年12月31日，共获得2501条记录，检索日期为2021年4月9日.研究团队对检索结果进行逐条筛选，剔除高等教育、会讯、其他学科、物理教法类等非中学物理教材研究的文献，最终保留2060篇文章作为本研究的研究对象.使用文献计量法，借助陈超美博士研发的Citespace软件对文章的发表年份、作者、机构、发表期刊等基本信息进行统计分析与知识图谱绘制.［5］同时，采用内容分析法，由3 名物理教育研究者对筛选后的文献逐一进行编码，内容编码包括两方面：（1）客观信息提取，包括研究关注学段和教材国别情况；
（2）结合国内外教材研究的最新成果将研究总结分类.

1.1 研究的发文量整体呈上升趋势，围绕课标更替出现周期性波动

以年为单位统计我国物理教材的发文量，发文量变化趋势如图1所示.

图1 我国中学物理教材研究发文量的变化趋势

可以发现21 世纪以来我国物理教材研究发文量整体呈上升趋势，2020年发文量是2000年发文量的7倍之多.在整体增长的趋势之下，物理教材研究发文量呈现规律性波动，这与同时期我国物理课程标准的发布有着密切关系，如2001年教育部颁布了《义务教育物理课程标准》，次年较前一年增长48 篇文章，其中有大量关于《义务教育课程标准实验教科书·物理》系列教材的编写研究，［6］而在该年之后发文量出现回落.

1.2 研究主要发表在物理教学类期刊，核心期刊发文量少

研究发现我国中学物理教材研究来源的419个刊物主要分为物理教学类期刊、物理类期刊、教育综合类期刊、高校学报四种类型，其中物理教学类期刊是刊发物理教材研究最多的一类刊物，发文数量最多的5 本期刊均为物理教学类期刊（如表1所示）.在2060篇文献中只有401篇发表在核心期刊（其中含CSSCI来源论文59 篇），占比为19.5%.而在发文量最多的5本期刊中，仅《物理教师》期刊为核心期刊，说明目前我国中学物理教学教材研究的质量和影响力仍然需要提升.

表1 我国中学物理教材发文数量最多的5本期刊

鉴于物理教材研究数量多但质量低的现状，笔者对文献作者与合作网络、高被引文献、研究关注对象、研究类型和研究主题等方面作进一步分析，试图勾画物理教材研究的基本样貌，找到研究质量提升的突破点，对物理教材研究提出未来展望.

2.1 文献作者与合作网络

（1）主要贡献者为教材编者，不足两成学者发表2篇以上文章.

研究对作者姓名（不考虑同名同姓情况）进行统计，发现21世纪以来我国共有2298位作者（包含一个课题组署名）发表了物理教材研究论文，其中发表文章篇数最多的5位作者及其代表性作品如表2所示.

表2 我国中学物理教材研究的关键贡献者

续表

通过检索作者信息，发现5 位作者中有3 位参与了我国中学物理教材的编审工作，其中廖伯琴、彭前程两位学者担任了我国多版中学物理教材的主编，学者彭征担任人民教育出版社物理室编辑，参与多本物理教材的编写工作.由物理教材编者开展的研究一方面可以从编者的角度向其他研究者传递教材编写的理念以及内容编排中蕴含的深层次原因；
另一方面物理教材编者作为研究者在研究过程中也会获得新的想法，以在下一次修订中更好地对教材进行改进.但同时也发现，发表论文数在2 篇以上的作者共374 位，不足作者总数的两成.换言之，这意味着其中大多数作者并未持续、系统地关注物理教材研究.

（2）研究机构主要为高校与出版社，合作网络有待丰富.

现有研究中为独立作者的文章共1473篇，占文章总数的71.5%，初步说明我国物理教材研究的论文作者尚未形成普遍的合作关系，仍以个人开展研究为主.为进一步了解物理教材研究领域的研究主体分布与各主体间的合作情况，本研究使用CiteSpace绘制研究机构知识图谱如图2 所示，以分析作者所属研究机构及其相互关系.

图2 我国中学物理教材研究机构的知识图谱

由图2可以看到，我国物理教材的研究机构主要分为五类：高校物理学院、高校教育学院、出版社集团、地方教研单位和中学.在高校研究机构中，各师范院校的物理学院和教育学院发文量遥遥领先，其中华南师范大学物理与电信工程学院发表了34篇研究论文，南京师范大学的教师教育学院发表了28篇物理教材研究论文.各出版社集团也是我国物理教材研究领域中的重要力量，特别是人民教育出版社集团发文量超过50篇.目前我国物理教材研究的机构间已经形成了良好的合作关系，以高校研究机构和出版社集团为中心，联合地方教研单位与中学开展研究，例如北京师范大学物理系与包括北京市第十中学、北京海淀区教师进修学校等10个研究机构有合作关系，合作发表文章超过30篇.但仍有大量文章由单一研究机构完成，研究机构间的协作仍有拓展空间.

2.2 教材使用的学校类型与国别

（1）教材研究集中于普通中学，对职业中学与特殊教育学校关注不足.

物理教材根据使用的学校类型不同有着不同的特点.对筛选后的文章进行编码分析后，对2060篇文章中涉及的物理教材学段进行统计分析，结果如表3所示.

通过表3我国中学物理教材研究学段分布可以发现，21世纪以来我国物理教材研究主要集中在普通中学，特别是普通高中，超过半数的文章均选择普通高中物理教材作为研究对象.同时对高被引文献进行分析可以发现，物理教材中最高被引的5篇文章均聚焦于高中学段，分别分析高中物理教材的实验、［7］内容难度、［8］插图、［9］发展历程、［10］呈现方式，［11］可见针对普通高中物理教材的研究影响力远超其他学段.

表3 我国中学物理教材研究的学段分布

结果表明我国中学物理教材研究对职业教育的关注不足，仅有28篇文章针对职业中学的物理教材开展研究，占比仅1.4%.对特殊学校的物理教材研究更是严重缺乏，直到2019年才发表了第1篇关于聋校初中物理教材中“连环画”编写路径的论文.［12］

（2）教材的选择覆盖十余个国家，对美国教材的分析热度最高.

现有研究中不乏对国际上使用的物理教材进行分析的文章.有4 篇文章通过研读无法判断其教材的具体国别，故在此仅呈现2056篇研究中物理教材被使用国家的统计情况，共涉及11 个国家，如表4所示.

表4 我国中学物理教材研究所选教材的国别分布

仅涉及单一国家物理教材的研究共有1894篇，其中分析中国教材的文章共1807篇，占比超九成.对多国物理教材进行国际比较的研究共186篇，物理教材国际比较研究通常选取2～3个国家的物理教材作为研究对象，其中涉及国别最多的一篇研究选取了包括中国在内的10个国家教材，分析不同国别高中物理教材中的实验内容难度.［13］在中国物理教材的研究中，以人民教育出版社在各个时期出版的物理教材为研究对象的居多，这与人教社出版的物理教材在国内的普适性和权威性有关；
在国际物理教材的研究中，对美国物理教材的研究最为重视，研究中出现最多的是美国MCGran—Hill公司出版的高中物理教材《PHYSICS：PrinciplesandProblems》.这一现象主要因为美国的科学教育发展位于国际前列，研究美国物理教材能更好地反映国际科学教育的发展情况.

3.1 研究类型

（1）教材的文本研究主题覆盖面广、方法类型多，但研究流程规范性不足.

物理教材的文本研究主要针对教材中的文本内容进行分析与探讨，在我国中学物理教材的文本研究中最常使用的研究方法是案例分析法和量化内容分析法.使用案例分析法的研究通常以教材中的某一些内容作为案例进行详细地分析以论证其观点，目前我国使用案例分析法研究物理教材的文章通常缺乏客观性，通过案例分析推广的研究结论普遍存在以偏概全的情况.使用内容分析法的研究通常基于编码框架对教材中的内容进行编码统计，例如有研究使用量化内容分析法对我国5个版本初中物理教材中的问题水平进行编码统计.［14］目前我国使用量化内容分析法分析物理教材的文章普遍存在分析框架无理论依据、编码过程不严谨等情况.除了内容分析法外，对教材文本的量化研究还有一些针对特定研究问题的研究方法，比如研究物理教材文本内容与课程标准之间的关系时通常会使用SEC一致性模型进行分析.［15］我国物理教材的文本研究主题覆盖面广，研究方法运用丰富，且主要偏好针对某一主题对多本教材中的内容进行分析、比较，并从中得出研究结论.但目前我国的物理教材文本研究在研究方法上仍存在不规范的问题，且极少借助计算机技术辅助分析.

（2）教材的使用研究与一线教学紧密相连，但缺乏实证证据支持.

教材的使用研究主要从教材如何更好地服务教学实践展开研究，通过对教材内容如何使用进行分析，并给出具体的教学建议.关注教学的物理教材使用研究除了极少数如使用问卷了解物理教材的使用情况的调查研究［16］以外，大多为通过教学设计进行二次开发的案例或对教材内容使用的思辨性讨论，缺乏实证数据，特别是对于物理教材使用的准实验研究相当匮乏.我国物理教材的使用研究重视教材分析与教学实践的联系，文章内容紧贴一线教师需求，挖掘物理教材核心内容转化为一线教师最需要的教学设计与试题解析.但研究缺乏理论支持，教学设计或试题解析均出自作者的个人经验，另一方面是因为教材的使用仅停留在设计层面，没有在课堂中检验实施效果，研究结论的可靠性无法保证.

（3）教材的编写研究强调宏观思辨，但缺乏对教材特色的深入讨论.

教材的编写研究主要是研究教材整体的编写思路与原则，以及教材整体的内容选择与结构排布，够帮助读者从更宏观的角度把握物理教材.比如有研究对比了中外多本物理教材的编排结构，发现我国内地的物理教材更倾向于系统地展示物理学.［17］物理教材编写研究能够帮助读者从更宏观的角度把握物理教材，这类文章通常会在文字的基础上辅以各类框图来呈现.我国物理教材的编写研究思辨性较强，关注教材的宏观布局，特别是很多编写研究的作者为我国各版本物理教材的编者，其研究内容能准确地把握教材整体布局，具有较强的指导意义.但目前我国物理教材的编写研究对教材的编写特色探讨仍不够深入，针对不同的物理教材分析异质性不足.

（4）教材的历史研究重视史实的深度挖掘，但讨论的主题单一.

物理教材的历史研究主要基于历史发展进程，例如有研究对物理教材在历史发展过程中的变迁进行分析，梳理了物理教材的建设历程，［18］其分析的时间跨度最多超过100 年，如有研究选取了清末至今我国使用的10 套权威中学物理教材作为研究对象，发现随着时代发展我国物理教材中包含的科学方法日益丰富.［19］我国物理教材的历史研究多选择某一研究主题对不同时期的物理教材进行分析，从教材变化的特点映射出整个物理教育的发展趋势.我国物理教材的历史研究不局限于宏观叙事，而是重视对相关史实的深度挖掘，由物理教材的内容变迁反映近代以来我国的科学启蒙与科学教育发展，特别是反映社会经济背景对自然科学的影响，深析科学的本质.由于研究门槛高，目前我国对于物理教材的历史研究数量较少，研究的主题广度不够.

3.2 研究主题

（1）融合的科学概念，探明科学教育理念的融入.

融合的科学概念（integrationofconcepts）是在科学教育中普遍关注的内容，这些融合的科学概念包括科学素养、科学探究、科学本质等可以适用于科学各学科的内容主题，这一系列主题的文章中通常以某一融合的科学概念为分析元素，分析其在物理教材中的融入.例如有研究使用科学本质的共识观点作为分析框架，［20］这种研究范式受到广泛认可，近年来国际科学教育杂志中也刊发了以这种范式对我国初中物理教材、［21］高中物理教材［22］开展研究的文章.以融合的科学概念作为研究主题的文章能够帮助探明科学教育理念在物理教材中融入的情况，需要研究者对这些概念本身有深刻的理解，并能结合物理教育的特点开展研究.这些融合的科学概念大多在国际上被广泛研究，因此这一主题组的文章更常引用外文文献作为理论支持.

（2）非文字性信息，挖掘教材中的隐性信息.

非文字性信息（non-textualexplanations）是指教材中除了正文以外学生可以获取的信息，包括插图、表格、数字技术等.物理教材中的插图特别是原理图是帮助学生学习的重要材料，有研究对八版教材中的光学插图进行分析，通过精确测量原理图中的光线折射角度，发现部分教材中绘制的光线折射角度与理论值偏差超过100%，［23］与国际上对光学原理图进行分析的研究结论一致，物理教材中的原理图如果绘制不规范的话，会导致学生对于物理概念本身产生误解.［24］以非文字性信息作为研究主题可以从一个新颖的视角对物理教材进行分析，挖掘出教材中更多非显性信息.因为研究者多为物理教育研究者，对物理教材中非文字性信息的分析更多是研究其与物理概念之间的关系，非文字性信息中其实蕴涵着许多潜在的值得剖析的社会意识形态问题，这些深层次的问题在我国的物理教材研究中还未被关注.

（3）物理学科内容，指导物理教学实践.

物理学科内容（learningcontent）是指物理学科中学生需要学习并掌握的内容.物理教育中重点关注的内容，这些物理学科内容包括物理学科概念、物理方法等具有物理学科特色的内容主题.物理学科概念是整个物理教育研究领域都重点关注的主题，有研究对中美两国物理教材中“摩擦力”这一知识点的编写进行比较，发现我国物理教材中呈现的内容更抽象，对学生的要求更高.［25］我国物理教材中研究的物理学科概念覆盖力学、光学、电磁学、热学等，覆盖面广且研究深度高.以物理学科内容为研究主题的文章能体现物理学科特性，其研究内容对促进物理教育的整体发展有着重要影响.同时这一主题下的内容最符合一线教师的需求，其研究内容对物理教学实践起着重要的指导作用.

（4）教材中的错误，辅助教材的后续修订.

教材中的错误（errorsandproblems）是在教材中某些有争议的内容，在物理教材中这些内容包括原理性错误、教学逻辑不通、编排顺序不当等问题，这类文章通常以“商榷”“质疑”作为标题，而非给出对错误的绝对判断.其中原理性错误问题是最被关注的，有研究对2006年人教版《义务教育课程标准实验教科书物理八年级上册》中融雪的天气比下雪的天气更冷的说法产生质疑，通过实地考察得出下雪天气比融雪天气更冷的实验结论.［26］以教材中的错误作为研究主题的文章能够一定程度地打破教材的权威地位，展现研究者的批判性思维.尽管我国物理教材研究中这一主题组的文章中会借助公式推导或文献印证，但对错误问题仍多为研究者的主观判断，同时争议内容抛出后，也鲜有其他研究者参与讨论，所以这类文章提出的质疑通常石沉大海，既不能判断其正误又不能对推进物理教材的修订起到实质性帮助.

4.1 理论与实践结合的物理教材研究：促进研究主体的协同发展

物理教材研究是物理研究的重要领域，教材内容是教学内容的主要来源，物理教材研究的最终目的是以教材内容为抓手，探究物理教育发展的趋势与规律.当前我国物理教材研究现状可以概括为科研机构研究者重视理论探索而轻视教学实践，一线学校研究者追求教学实践却缺乏正确指导方向.在教育改革发展的新时期，物理教材研究应重视教育理论和教学实践的结合，破除理论研究者脱离实践，实践研究者盲目尝试的局面，物理教材研究应从一个物理教育理论出发，分析教材内容如何更好地服务教学实践.而以理论为指导、实践为导向的物理教材研究迫切需要的是多主体的共同参与，形成教材出版社、科研机构、学校协同发展的研究生态，针对物理教材中某一问题的剖析有多角度的观点，使研究内容充实且富含意义.

4.2 核心素养导向下的物理教材研究：凸显研究内容的物理学科特色

以物理学科核心素养为基础，学生发展核心素养体系为统领，物理教育已从三维目标转向核心素养导向的时代.在核心素养导向的背景下，物理教育研究应重点探讨教材内容中对物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的呈现.物理学从自然哲学演变而来，蕴含大量科学的哲学思想，物理学的发展也直接反映了人们对世界的认识，当前物理教材的研究内容与其他学科教材研究的区分度不足，未能凸显物理学科特色.未来的物理教材研究一方面要对学科内容有更深入的分析，特别是讨论教材内容如何促进学生的物理概念转变和物理模型建构，并结合多学段教材知识呈现，增强物理教材体系的连贯性，帮助学生在脑海中建立系统的物理知识体系；
另一方面要重视科学本质的教育，结合物理学科发展的进程与物理发展的前沿成果开展教材研究，挖掘物理教材中蕴含的物理思想，探索使用物理教材引发学生的探究意识、形成正确科学观念的培养路径.

4.3 智能时代背景下的物理教材研究：增强研究方法的规范性与创新性

物理教材研究方法的发展直接影响着文章质量的变化，当前我国中学物理教材研究在方法层面仍然与国际教育界存在差距，存在研究问题的千篇一律、研究手段的使用单一、研究流程的生搬硬套等问题.在教育研究快速发展的当下，物理教材研究应重视研究方法的规范性，更细致地阐明研究的流程，提高物理教材研究的信度和效度，以促进物理教材整体质量提升.同时物理教材研究可以更多地采用实证研究的范式，了解学生和教师在物理教材使用时存在的真实问题.在智能时代背景下，文本分析技术的发展也给物理教材研究提供了更多的可能性，使用自然语言处理等计算机技术辅助研究教材的问题已成为国际教材研究中一种重要的趋势.物理教材研究应与时俱进，结合计算机技术与具体的研究问题，使用创新性的研究方法，以更高效的方式探索物理教材内容中潜在的规律.

4.4 全球化视野下的物理教材研究：促使研究主题与国际科学教育前沿接轨

百年变局和世纪疫情交织叠加的当下，众多科学谣言在民间盛行给国际科学教育界敲响了警钟，我国物理教育研究者也应具有全球化视野，拓宽教材研究的主题范围.当前我国中学物理教材研究选择的研究主题已覆盖国际物理教材研究中的HPS、STSE等众多主题，但仍有一些遗漏的内容值得我国研究者们开展更广泛和深入的分析，包括数学方法、科学文本、科学实践、启发式思维等国际科学教材研究中重点关注的主题，同时确定研究问题时要结合我国国情，比如性别、种族等国际热议的话题在我国讨论的意义就相较不高.未来我国中学物理教材研究在研究主题的选择上可以更多地参考国际科学教育界关注的话题，并结合中华传统文化等我国本土特色开展研究，丰富我国物理教材研究体系.

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