學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中物理新舊教材習(xí)題的比較研究*
——以人教版“萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元為例

何家傳

(蕪湖市第一中學(xué) 安徽 蕪湖 241000)

汪志榮

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院 安徽 蕪湖 241000)

在高中物理課程實(shí)施過(guò)程中，為了更好地落實(shí)物理課程的育人功能，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，高中物理教材作為直接的課程資源應(yīng)發(fā)揮重要作用[1].物理教材的編寫(xiě)應(yīng)該站在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的高度，發(fā)揮教材的育人功能，落實(shí)物理課程在“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等方面的要求，有效促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成[2].

教材習(xí)題作為教科書(shū)內(nèi)容重要組成部分，對(duì)于實(shí)現(xiàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)具有無(wú)可替代的作用.然而，現(xiàn)行教材習(xí)題內(nèi)容在實(shí)際教學(xué)中并沒(méi)有受到應(yīng)有的重視.很多師生認(rèn)為教材習(xí)題太簡(jiǎn)單，為了應(yīng)對(duì)高考，將大量的課外教輔材料當(dāng)做必備的學(xué)習(xí)診斷和評(píng)價(jià)資料.采取這種“題海戰(zhàn)術(shù)”，不僅不利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，甚至導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒.因此，為提高習(xí)題教學(xué)質(zhì)量，有必要深入研究物理教材的習(xí)題內(nèi)容.

目前，中學(xué)物理教材習(xí)題研究并不多見(jiàn).在CNKI中國(guó)基礎(chǔ)教育教與學(xué)資源總庫(kù)中，以篇名為檢索條件，設(shè)定“教材習(xí)題”為檢索內(nèi)容，通過(guò)快速檢索全部期刊發(fā)現(xiàn)，近20年物理學(xué)科有關(guān)文獻(xiàn)共有18篇，物理教材習(xí)題比較研究?jī)H有2篇.以下聚焦人教版物理教材中的習(xí)題部分，以“萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元為例，采用比較研究法，分析新舊教材的變化，著重關(guān)注新教材在落實(shí)育人功能、提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的改變，并提出教材習(xí)題改革的建議，以期為教師的課堂教學(xué)及教材編寫(xiě)提供些許參考建議.

1 “萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元教材內(nèi)容分析

1.1 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下稱“新課標(biāo)”)關(guān)于“萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元的內(nèi)容要求

(1)通過(guò)史實(shí)，了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程.知道萬(wàn)有引力定律.認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的重要意義.認(rèn)識(shí)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用.

(2)會(huì)計(jì)算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度.知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.

(3)知道牛頓力學(xué)的局限性，體會(huì)人類對(duì)自然界的探索是不斷深入的.

(4)初步了解相對(duì)論時(shí)空觀.

(5)關(guān)注宇宙起源和演化的研究進(jìn)展.

1.2 “萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元教材內(nèi)容分析

舊教材是人民教育出版社2010年4月第3版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理·必修2》(以下稱“舊教材”)，分析內(nèi)容為第六章“萬(wàn)有引力與航天”.新教材是2019年7月第1版普通高中教科書(shū)《物理·必修》第二冊(cè)(以下稱“新教材”)，分析內(nèi)容為第七章“萬(wàn)有引力與宇宙航行”.從章編排上看，新教材將舊教材的第五章“曲線運(yùn)動(dòng)”分為第五章“拋體運(yùn)動(dòng)”和第六章“圓周運(yùn)動(dòng)”，這種編排更好地體現(xiàn)了新教材深度難度的漸進(jìn)性，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.從章標(biāo)題上看，新教材更切合教材內(nèi)容和教學(xué)實(shí)際，體現(xiàn)內(nèi)容的準(zhǔn)確性和表述的規(guī)范性.從內(nèi)容設(shè)置上看，新舊教材的節(jié)組成也略有不同(見(jiàn)表1).

表1 新舊教材目錄

新教材將舊教材中的第2節(jié)“太陽(yáng)與行星間的引力”和第3節(jié)“萬(wàn)有引力定律”合并成一節(jié)，即第2節(jié)“萬(wàn)用引力定律”.新教材第5節(jié)“相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性”涵蓋了舊教材第6節(jié)“經(jīng)典力學(xué)的局限性”和舊教材選修3-4第十五章第2節(jié)“時(shí)間和空間的相對(duì)性”兩節(jié)的內(nèi)容，并進(jìn)行重新編排，有機(jī)整合.這些變化，使知識(shí)邏輯連貫性更強(qiáng)，有利于學(xué)生系統(tǒng)探究、建構(gòu)知識(shí)，利于教學(xué)，也更符合新課標(biāo)要求.

2 新舊教材“萬(wàn)有引力與宇宙航行”單元習(xí)題編排整體分析

2.1 習(xí)題欄目和習(xí)題類型設(shè)置

舊教材在節(jié)末設(shè)置“問(wèn)題與練習(xí)”，新教材在節(jié)末設(shè)置“練習(xí)與應(yīng)用”.依據(jù)新課標(biāo)，新教材在章末設(shè)置了體現(xiàn)綜合強(qiáng)化功能的章練習(xí)，分A,B兩組，A組對(duì)應(yīng)新課標(biāo)中必修內(nèi)容的要求，B組比新課標(biāo)中必修內(nèi)容略有超出，供學(xué)有余力的學(xué)生選做(見(jiàn)表2).這種設(shè)置能夠滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生有個(gè)性的發(fā)展搭建平臺(tái).

表2 新舊教材習(xí)題欄目設(shè)置

節(jié)末習(xí)題欄目設(shè)置的細(xì)微變化，體現(xiàn)新教材更注重知識(shí)的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用.

新舊教材習(xí)題類型統(tǒng)計(jì)如表3所示.

表3 新舊教材習(xí)題類型統(tǒng)計(jì)

通過(guò)表3對(duì)比可以看出，新舊教材節(jié)末習(xí)題題量和題型分布完全相同.這與新課標(biāo)對(duì)教材編寫(xiě)深度與廣度的要求一致，“注意不能隨意增減物理內(nèi)容，也不能隨意拔高或降低要求”[1].兩套教材都沒(méi)有設(shè)置選擇題和填空題，編者抓住了習(xí)題“建構(gòu)”和“培養(yǎng)”的功能，讓學(xué)生在解答問(wèn)題的過(guò)程中，提升素養(yǎng)，而不是通過(guò)習(xí)題來(lái)甄別學(xué)生水平的高低，將習(xí)題和試題很好的區(qū)分開(kāi)來(lái)，從發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度，教材習(xí)題的功能定位非常準(zhǔn)確.新舊教材不同的是，新教材由于增設(shè)了章末習(xí)題，從而使本章總題量增加了13題，而且在章末習(xí)題中設(shè)置了實(shí)驗(yàn)探究題，利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力.

2.2 習(xí)題內(nèi)容設(shè)置

通過(guò)對(duì)新舊教材相同題、不同題、情境題等內(nèi)容的對(duì)比，對(duì)照新課標(biāo)要求，分析兩版教材的優(yōu)劣.

2.2.1 相同題

由于舊教材未設(shè)置章末習(xí)題，故只統(tǒng)計(jì)兩版教材的節(jié)末習(xí)題.分析發(fā)現(xiàn)，新舊教材中有12道相同題，在節(jié)末習(xí)題中占比約63%.其中完全相同的題目有8道，基本相同的題目有4道.

相比舊教材，新教材更加注重運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，例如在“萬(wàn)有引力理論的成就”節(jié)末習(xí)題中，兩版教材的第1題，已知條件和前兩個(gè)小問(wèn)完全相同，“已知月球的質(zhì)量是7.3×1022kg，半徑是1.7×103km，月球表面的自由落體加速度多大？這對(duì)宇航員在月球表面的行動(dòng)會(huì)產(chǎn)生什么影響？”.但新教材在第2問(wèn)的基礎(chǔ)上增加了第3問(wèn)，“若宇航員在地面上最多能舉起質(zhì)量為m的物體，他在月球表面最多能舉起質(zhì)量是多少的物體？”.使學(xué)生體驗(yàn)了“由定性分析到定量計(jì)算”的過(guò)程，符合認(rèn)知規(guī)律，鞏固學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的能力.再如，新教材第3節(jié)習(xí)題第4題與舊教材第1節(jié)第4題，都以哈雷彗星運(yùn)動(dòng)為背景材料，舊教材的問(wèn)題是已知哈雷彗星軌道的半長(zhǎng)軸與地球公轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，估算哈雷彗星下次飛近地球大約是哪年？新教材提出了兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)題是通過(guò)預(yù)測(cè)哈雷彗星下次飛近地球的時(shí)間點(diǎn)，估算其軌道的半長(zhǎng)軸與地球公轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，另一個(gè)問(wèn)題是比較哈雷彗星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)速度大小并求加速度大小之比.同樣的背景材料，兩版教材編排在不同節(jié)末，提出不同問(wèn)題.不難看出，新教材提出問(wèn)題的方式更符合客觀歷史事實(shí)，遵從科學(xué)性原則；本題安排在教材第3節(jié)后更合理，體現(xiàn)知識(shí)的循序漸進(jìn).

2.2.2 不同題

新舊教材節(jié)末習(xí)題有7題不同，其中最大的不同是，舊教材第6節(jié)“經(jīng)典力學(xué)的局限性”課后設(shè)置了2道習(xí)題，而新教材第5節(jié)“相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性”課后設(shè)置了3道習(xí)題，題目?jī)?nèi)容也完全不同，新教材3道題考查的知識(shí)都是相對(duì)論時(shí)空觀.另外，“萬(wàn)有引力定律”節(jié)后習(xí)題第3題，舊教材設(shè)置的是計(jì)算兩個(gè)微觀粒子夸克之間的萬(wàn)有引力，而新教材設(shè)置的是計(jì)算宏觀天體太陽(yáng)和月球之間的引力.這些變化，更切合本章的研究?jī)?nèi)容和新課標(biāo)的要求.

2.2.3 情境題

情境題是指以現(xiàn)實(shí)存在的事物(如自然現(xiàn)象、日常生活等)為背景引出物理知識(shí)和問(wèn)題.物理概念的建立，需要在經(jīng)驗(yàn)情境的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷“概念共同屬性、抽象本質(zhì)特征”的思想加工過(guò)程；物理規(guī)律的探究則需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境；而運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識(shí)相聯(lián)系的水平，即能否把問(wèn)題中的實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的物理知識(shí)[2].因此，無(wú)論是教材編寫(xiě)、習(xí)題設(shè)置還是教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，都要重視情境的創(chuàng)設(shè).

兩版教材均設(shè)置了較多的情境題(見(jiàn)表4).在節(jié)末練習(xí)中，舊教材情境題占比36.8%，新教材情境題占比52.6%，新教材節(jié)末習(xí)題更加重視創(chuàng)設(shè)情境.在章末習(xí)題中，情境題占比減少，題目更加注重對(duì)物理知識(shí)的綜合運(yùn)用，發(fā)揮其“學(xué)業(yè)整合”的功能.

表4 新舊教材情境題統(tǒng)計(jì)

3 學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)視域下新舊教材習(xí)題編制特點(diǎn)分析

3.1 創(chuàng)設(shè)情境促進(jìn)學(xué)生形成物理觀念和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

在教學(xué)中，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究和思維加工，保證物理概念和規(guī)律的內(nèi)化，形成學(xué)科思想[2].對(duì)比分析知，新教材設(shè)置了較多的情境題，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境引發(fā)學(xué)生積極思考、促成學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的深度理解，最終形成物理觀念.例如哈雷彗星周期性運(yùn)動(dòng)、潮汐現(xiàn)象、“行星沖日”等問(wèn)題，很好地體現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念和能量守恒觀念及其應(yīng)用.研究這些問(wèn)題的過(guò)程中，使學(xué)生逐步理解這些物理現(xiàn)象的科學(xué)本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、立志成才，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任.

3.2 合理設(shè)問(wèn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[1].

相比于舊教材，新教材習(xí)題的設(shè)問(wèn)更注重模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新，多次出現(xiàn)“請(qǐng)你根據(jù)實(shí)際情況……”“請(qǐng)你幫助她完成……”“應(yīng)該怎么理解……”等設(shè)問(wèn)方式.

具體分析如表5所示.

表5 新教材問(wèn)題設(shè)置

3.3 章末增設(shè)實(shí)驗(yàn)題提升學(xué)生科學(xué)探究能力

新教材在章末復(fù)習(xí)與提高題中，特別設(shè)置了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題.A組第6題，“在月球上的宇航員，需要選用哪些實(shí)驗(yàn)器材，怎樣才能測(cè)出月球的質(zhì)量？”.B組第1題，“如果你站在月球上，能否用一把刻度尺和一塊秒表估測(cè)月球的質(zhì)量？如果能，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)……”.雖然這些實(shí)驗(yàn)的前提是在月球上，看上去無(wú)法直接完成實(shí)驗(yàn)，但仍可以運(yùn)用已有的知識(shí)，經(jīng)歷提出科學(xué)問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案,基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的過(guò)程，增強(qiáng)了科學(xué)探究意識(shí)，提升了科學(xué)探究能力.

4 結(jié)論與建議

通過(guò)比較可以看出，人教版物理新教材習(xí)題編寫(xiě)以新課標(biāo)為依據(jù)，從發(fā)揮育人功能和提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度看，價(jià)值很高，教師應(yīng)該充分發(fā)掘這些優(yōu)點(diǎn)并好好利用.但從另一個(gè)角度來(lái)看，教材習(xí)題的診斷和評(píng)價(jià)功能略顯不足.要使教師普遍重視物理教材習(xí)題，真正用好教材習(xí)題，還應(yīng)從以下兩方面作些調(diào)整.

4.1 適當(dāng)增加題量和難度

新教材雖然增加了章末習(xí)題，但節(jié)后習(xí)題偏少，5節(jié)內(nèi)容共設(shè)置了19道習(xí)題，平均每節(jié)不足4題，而且難度偏低，基本是學(xué)業(yè)水平測(cè)試要求.雖然這些習(xí)題力求從不同角度提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，但其數(shù)量和難度難以達(dá)到高考的要求，致使很多教師干脆放棄教材習(xí)題，自編習(xí)題或挑選其他資料.筆者認(rèn)為，節(jié)后習(xí)題設(shè)置5～6題為宜，難度設(shè)置兼顧學(xué)業(yè)水平測(cè)試和高考.

4.2 題目設(shè)計(jì)應(yīng)該多樣化

在題型上，章末習(xí)題可以適當(dāng)設(shè)置一些選擇、填空題，與考試接軌，更好地發(fā)揮其診斷和評(píng)價(jià)功能.

在內(nèi)容上,進(jìn)一步增加情境題比例，關(guān)注前沿科技，引入與物理相關(guān)的生活現(xiàn)象和自然現(xiàn)象.例如，以北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、“天眼”等前沿科技為素材設(shè)置題目，使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中形成崇尚科學(xué)、追求真理的價(jià)值觀.以太陽(yáng)東升西落、四季更替等自然現(xiàn)象為題，從學(xué)生的角度出發(fā),從熟悉和常見(jiàn)的現(xiàn)象中來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生情感、態(tài)度的引導(dǎo).

在結(jié)構(gòu)上，注意層次化和多樣化, 可以滿足不同層次的學(xué)生, 體現(xiàn)因材施教.按照習(xí)題類型、難易程度給出不同的層次.既要有簡(jiǎn)單的物理概念定律的回顧, 也要有更深一步的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)習(xí)慣，為高校輸送合格人才做準(zhǔn)備.如提出概念題、探究性思考題、批判性思考題等.其實(shí)國(guó)內(nèi)很多輔導(dǎo)教材中習(xí)題的結(jié)構(gòu)值得借鑒, 如“想一想”“練一練”“做一做”等.