基于物理核心素養(yǎng)的新舊人教版高中物理教材對比研究

莊瑾 吳先球

摘? ?要：以《動量守恒定律》一節(jié)為例，基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)對新舊人教版高中物理教材進(jìn)行對比研究。基于兩版教材的編寫思路對比分析，結(jié)果表明新教材在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個維度上都進(jìn)行了深化和拓展，整體編寫思路邏輯性強，更符合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。最后，基于新教材的優(yōu)勢，提出核心素養(yǎng)視角下使用新教材備課的四點建議。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);動量守恒定律;教材對比;人教版;備課建議

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0024-4

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出，高中物理課程以“立德樹人”為根本任務(wù)，要提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。隨著新課標(biāo)的頒布，物理教材也開始更新，以適應(yīng)新課標(biāo)的要求。教材是教育實踐的重要媒介，基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)對物理教材進(jìn)行分析，研究教材中是否滲入核心素養(yǎng)理念，有利于教師充分利用教材進(jìn)行教學(xué)。筆者以《動量守恒定律》一節(jié)為例，對新舊人教版高中物理教材進(jìn)行對比研究。

1? ? 兩版教材的編寫思路

舊人教版教材中，《動量守恒定律》一節(jié)首先提出系統(tǒng)、內(nèi)外力的概念，緊接著通過牛頓運動定律對兩球碰撞模型進(jìn)行分析，引出動量守恒定律的表述，同時提出正確認(rèn)識動量守恒定律的兩個注意點，隨后通過兩道例題的解析加深對定律的理解和應(yīng)用，最后明確動量守恒定律的普適性，以一道“求動量變化大小和方向”的思考題結(jié)束本節(jié)內(nèi)容。

新人教版教材中，首先基于前兩節(jié)內(nèi)容，利用動量定理和牛頓第三定律推導(dǎo)出動量守恒定律的表達(dá)式，隨后引出系統(tǒng)、內(nèi)外力概念和動量守恒定律的表述。利用思考欄目和兩道例題加深對定律的理解和應(yīng)用，最后介紹動量守恒定律的普適性。另外，新版教材還增添了一節(jié)內(nèi)容——實驗驗證動量守恒定律，證實動量守恒定律的科學(xué)性和普適性，也強調(diào)了近似滿足動量守恒定律條件的幾種情況。

2? ? 基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的對比分析

2.1? ? 物理觀念維度的對比分析

物理觀念是從物理學(xué)科視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動、能量和相互作用等的基本認(rèn)識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華，是運用物理知識和方法解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的能力[2]。新舊人教版教材在物理觀念維度上的主要區(qū)別在于系統(tǒng)、內(nèi)外力、動量守恒定律這幾個知識點的引出，使得學(xué)生自主形成相應(yīng)物理觀念的過程有所不同。

舊人教版教材沒有基于任何過程，直接提出系統(tǒng)、內(nèi)外力的概念，而動量守恒定律雖然是由推導(dǎo)引出，但推導(dǎo)過程是在“動量守恒定律”這個小標(biāo)題下進(jìn)行的，相當(dāng)于學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時，容易先看到這個知識點，而后續(xù)的推導(dǎo)更像是一個驗證環(huán)節(jié)，不利于學(xué)生自主在頭腦中逐步形成這一物理規(guī)律。

新人教版教材則是先運用牛頓運動定律和動量定理對碰撞模型進(jìn)行分析，推導(dǎo)得出動量守恒定律的表達(dá)式，由其非一般性分析系統(tǒng)受力情況，再引出系統(tǒng)、內(nèi)外力的概念和動量守恒定律的具體表述，這種循序漸進(jìn)的過程有利于引導(dǎo)學(xué)生在獲取物理知識的基礎(chǔ)上，將所形成的對于物理知識的觀念性認(rèn)識在頭腦中提煉與升華，建構(gòu)出屬于自己的物理體系[3]。另外，在推導(dǎo)過程中用到動量定理也是區(qū)別于舊人教版教材的一點，動量定理是上一節(jié)剛學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，用它來推導(dǎo)出新知識更符合學(xué)生的認(rèn)知特點，同時有利于學(xué)生在該節(jié)的學(xué)習(xí)過程中溫故知新，并深刻理解動量守恒定律與動量定理之間的聯(lián)系。

2.2? ? 科學(xué)思維維度的對比分析

科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方法。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[4]。

在科學(xué)思維維度上，兩個版本的教材都運用了“碰撞模型”，通過已有規(guī)律的公式推導(dǎo)出新規(guī)律的表達(dá)式，這屬于相關(guān)性推理[5]，體現(xiàn)了科學(xué)推理這一要素，可以幫助學(xué)生理解動量守恒定律的本質(zhì)及其與牛頓運動定律的聯(lián)系。而不同之處在于“思考與討論”這一欄目的設(shè)置。

舊人教版教材在本節(jié)內(nèi)容的末尾設(shè)置了“思考與討論”欄目，通過矢量圖模型考查學(xué)生對于動量矢量性的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的科學(xué)思維能力。該欄目放在本節(jié)內(nèi)容的末尾可為下節(jié)課學(xué)習(xí)非對心碰撞動量守恒時對“總動量”的理解做鋪墊，但對本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容——“動量守恒定律”來說，該思考題的設(shè)置稍顯突兀，放在第二節(jié)動量的概念及其矢量性之后會更合適些。

新人教版教材在提出“動量守恒定律”的表述后設(shè)置了“思考與討論”欄目，考查的是學(xué)生對總動量的理解以及對動量守恒定律的認(rèn)識，一開始學(xué)生可能會覺得總動量從無到有不符合前面所學(xué)的動量守恒定律，這時教師就可以引導(dǎo)學(xué)生思考討論，讓學(xué)生提出自己的觀點并搜集證據(jù)去證明觀點，從而體現(xiàn)出科學(xué)論證的要素。新人教版教材中這一思考題的設(shè)置，有利于加深學(xué)生對動量守恒定律的理解與應(yīng)用，比起舊人教版教材其更符合教學(xué)邏輯。

2.3? ? 科學(xué)探究維度的對比分析

科學(xué)探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力，包括問題、證據(jù)、解釋、交流四個要素[6]。

在舊人教版教材《動量守恒定律》一節(jié)中，科學(xué)探究的要素幾乎沒有呈現(xiàn)出來，對于動量守恒定律的引出和驗證都僅僅是用公式推導(dǎo)、例題鞏固的方式進(jìn)行。而新人教版教材的探究性則極強，首先針對前述內(nèi)容提出問題——“動量之和不變是否普遍”，引起學(xué)生思考并導(dǎo)入新課，然后通過牛頓第三定律結(jié)合動量定理科學(xué)推理引出規(guī)律的表述，在新增章節(jié)中通過實驗驗證動量守恒定律并設(shè)置思考問題的環(huán)節(jié)引導(dǎo)師生交流，呈現(xiàn)出科學(xué)探究維度中問題、證據(jù)、解釋、交流四大要素。