通過“平拋運動”看人教版高中物理教材的變化 *

李偉康 何家傳

(安徽省蕪湖市第一中學(xué)，安徽 蕪湖 241000)

1 教材編寫依據(jù)和編寫人員的變化

人教版老教材按照《普通高中課程標準(實驗稿)》的要求編寫，經(jīng)全國中小學(xué)教材審定委員會2004年初審?fù)ㄟ^，編者以物理課標組核心成員為基礎(chǔ)，由高校教師、中學(xué)教師和編輯人員結(jié)合而成。

新教材按照《普通高中課程標準(2017年版)》的要求編寫，經(jīng)國家教材委員會2018年審查通過，集中反映了我國十余年來普通高中課程改革的成果，吸取了老教材的編寫經(jīng)驗，凝聚了參與課改實驗的教育專家、學(xué)科專家、教材編寫專家、教研人員和一線教師等的集體智慧。

2 標題名稱的變化

老教材本節(jié)內(nèi)容的標題是“實驗：研究平拋運動”，新教材本節(jié)內(nèi)容的標題是“實驗：探究平拋運動的特點”。最明顯的是所用動詞的變化，“研究”改成了“探究”。百度百科中顯示兩個詞的意思分別為：研究是主動尋求根本性原因與更高可靠性依據(jù)，從而為提高事業(yè)或功利的可靠性和穩(wěn)健性而做的工作；探究是探索研究，指的是學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中通過觀察、閱讀，發(fā)現(xiàn)問題，搜集數(shù)據(jù)，形成解釋，獲得答案，并進行交流、檢驗、探究性學(xué)習(xí)。顯然“探究”更能反映物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求。

另一處變化是“平拋運動”改成了“平拋運動的特點”，探究的內(nèi)容范圍更小、更具體，也更名副其實。

3 節(jié)序安排的變化

老教材節(jié)序安排為：“拋體運動的規(guī)律”“實驗：研究平拋運動”，新教材節(jié)序安排為：“實驗：探究平拋運動的特點”，“拋體運動的規(guī)律”。前者關(guān)于實驗的安排更側(cè)重于在“拋體運動的規(guī)律”理論分析后的驗證，后者則是在“拋體運動的規(guī)律”理論分析前的探究。這一變化體現(xiàn)了設(shè)計者的編寫思路：由“先學(xué)后研”向“先探后學(xué)”轉(zhuǎn)變，更符合學(xué)生的認知特點。

4 內(nèi)容設(shè)計的變化

4.1 引入的變化

老教材開門見山指出：“在這個實驗中，我們首先設(shè)法描繪某物體做平拋運動的軌跡，然后通過這個軌跡研究平拋運動的特點”。這種安排削減了學(xué)生的探究空間，也是源于前一節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了拋體運動的規(guī)律而采取的一種“高效”式的設(shè)計。

新教材為了使學(xué)生明確探究方向，也采取了一種“高效”式的設(shè)計，開篇就給出了拋體運動和平拋運動的概念，然后單刀直入：“下面我們通過實驗來探究物體做平拋運動的特點”。接著，教材并沒有給出具體建議或安排，而是通過問題啟發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考：“在實驗開始前，請你思考：平拋運動與我們之前研究的直線運動的顯著區(qū)別是什么？如何用實驗來研究平拋運動的特點？”這種設(shè)計給學(xué)生提供了科學(xué)思維能力和創(chuàng)造力生長的機會。

4.2 小標題的變化

老教材編排了兩個小標題：“判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線”“計算平拋物體的初速度”，給出了3種參考案例：(1) 用斜槽水平拋出物體，運用鉛筆描點；(2) 恒壓噴出穩(wěn)定水柱；(3) 用頻閃照相研究平拋運動。泛泛解決了獲取平拋運動軌跡的問題。

新教材編排了三個小標題：實驗思路、進行實驗、數(shù)據(jù)分析，在“參考案例”中給出了2個步驟：探究平拋運動豎直分運動的特點、探究平拋運動水平方向分運動的特點，詳細給出了探究的思路。

4.3 內(nèi)容的變化

老教材的兩個小標題更像是習(xí)題訓(xùn)練，即一個證明題、一個求解題，帶有應(yīng)試教育的色彩。

新教材明確提出：平拋運動的特點就是物體的速度和位移隨時間變化的關(guān)系。在“實驗思路”中滲透科學(xué)思維方法，指出：我們可以按照把復(fù)雜的曲線運動分解為兩個相對簡單的直線運動的思路，分別研究物體在豎直方向和水平方向的運動特點。相對老教材，由于新教材在第2節(jié)已經(jīng)明確了合運動與分運動、運動的合成與分解的概念和方法，不再像老教材那般“遮遮掩掩，欲說還休”，而是明確指出：大家可能會想到，平拋運動可以看作是在豎直方向的分運動和水平方向的分運動的合運動。如果這兩個分運動研究清楚了，平拋運動的規(guī)律自然也就清楚了。在“實驗思路”中主要表達了“運動分解”的思想。

位置是運動學(xué)中基本的概念，機械運動描述的就是物體位置的變化。它比軌跡更為直接，新教材在“進行實驗”中提出：為了研究平拋運動的特點，我們應(yīng)該想辦法把運動物體的位置隨時間變化的信息記錄下來。并就此給出了“頻閃照相”的建議，同時鼓勵學(xué)生也可以用別的方法記錄。這比老教材要求學(xué)生直接記錄平拋軌跡更自然合理，在“進行實驗”中主要提出了“記錄位置”的首要任務(wù)。

圖1

新教材在用頻閃照相法準確記錄位置的基礎(chǔ)上(圖1)，在“數(shù)據(jù)分析”中指出：根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，以及相鄰小球時間間隔相等的特點，分析小球在水平方向分運動的特點。然后再按照這個辦法，分析小球在豎直方向分運動的特點。凸顯了“相鄰小球時間間隔相等”這一先決條件，給后續(xù)分析帶來了很大便利。但具體怎么分析兩個方向上的分運動，教材只字未提，再次給學(xué)生留下了科學(xué)思維提升和學(xué)以致用的廣闊空間和成長機會。

4.4 研究工具的變化

雖然老教材中也曾提到用頻閃照相法記錄位置、得到軌跡的方法，但并沒有將其作為重點推出，實驗手段比較傳統(tǒng)。新教材通過“拓展學(xué)習(xí)”欄目，介紹了“用傳感器和計算機描繪物體做平拋運動的軌跡”(圖2)，讓師生們大開眼界，教材中介紹的傳感器是超聲—紅外定位傳感器，體現(xiàn)了教學(xué)現(xiàn)代化的要求。

圖2

4.5 探究分運動順序的變化

當(dāng)一個較為復(fù)雜的物理過程在某一方面的特征與一個簡單的物理過程特征相同時，我們可以通過研究簡單物理過程了解復(fù)雜的物理過程。新教材在“參考案例”中，研究平拋運動豎直方向的分運動特點是通過對比實驗進行的，用到了平拋豎落儀(圖3)，使一個小球做平拋運動的同時，另一個小球從同一位置做自由落體運動。而對水平方向的分運動則是采用傳統(tǒng)的方案，采用的是小球從斜槽水平拋出，上下調(diào)節(jié)擋板，使小球擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡(圖4)。采用的探究順序換為先探究豎直分運動，為確定“相等時間間隔”打下基礎(chǔ)；再探究水平分運動，在選好的“相等時間間隔”基礎(chǔ)上，研究其水平位移的大小關(guān)系。

圖3

圖4

5 課后習(xí)題的變化

5.1 名稱的變化

老教材課后習(xí)題的名稱是“問題與練習(xí)”，新教材課后習(xí)題的名稱是“練習(xí)與應(yīng)用”，從名稱上來看，新教材課后習(xí)題的目標更側(cè)重于應(yīng)用，強調(diào)物理與生活和生產(chǎn)的聯(lián)系，加強了拓展性、延伸性、實用性和趣味性。

5.2 習(xí)題選擇和編排的變化

老教材課后習(xí)題為兩題，新教材課后習(xí)題為四題。另外，新教材在章末增加了“復(fù)習(xí)與提高”，設(shè)置A、B兩組練習(xí)題。這些都反映新教材加強了課后訓(xùn)練，以期達到更好的鞏固效果。

圖5

新、老教材本節(jié)課后習(xí)題的第1、2題相同，第1題中已知平拋運動在豎直方向上的運動規(guī)律與自由落體運動相同，在此前提下探究水平分運動的特點(圖5)。第2題在第1題的基礎(chǔ)上省去了水平木板，借助豎直墻壁完成實驗。只是在問題的提出上新舊教材有所不同，老教材表述為：“如果采用這種方案，應(yīng)該怎樣處理數(shù)據(jù)”？新教材表述為：

“如果采用這種方案，應(yīng)該收集哪些數(shù)據(jù)并如何處理這些數(shù)據(jù)？”

這一變化體現(xiàn)出新教材的啟發(fā)更到位，臺階設(shè)置得更小、更密，表明收集數(shù)據(jù)是處理數(shù)據(jù)的前提，在一定程度上“收集哪些數(shù)據(jù)”這個問題似乎更有價值，更接近“探究”的內(nèi)核。

新教材增添了第3題，已知桌面高度大約為0.8m，通過數(shù)碼攝像(每秒25幀)，問大約可以得到幾幀小球正在空中運動的照片？該小題的設(shè)置有兩個突出意義：一是“練習(xí)與應(yīng)用”之“應(yīng)用”的體現(xiàn)，二是繼續(xù)強化先進實驗工具的使用，與前面內(nèi)容形成呼應(yīng)。

綜上所述，不論在實驗思路、工具和方法的選擇還是課后習(xí)題的設(shè)置上，新教材都始終注重科學(xué)思維方法的滲透，在各個環(huán)節(jié)盡力落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標，值得一線教師深入學(xué)習(xí)和研究。