新舊教材中“牛頓第三定律”的比較分析

陳玉潔 黃致新 張?zhí)煊? 張玲

摘? 要：“牛頓第三定律”在力學(xué)體系中有重要的地位，人民教育出版社新編教材有關(guān)“牛頓第三定律”的編寫(xiě)與舊教材存在較大不同。對(duì)人教版新舊兩版教材中的“牛頓第三定律”進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)新版教材的章節(jié)結(jié)構(gòu)、教學(xué)邏輯、具體內(nèi)容都做了調(diào)整和優(yōu)化，更注重知識(shí)的統(tǒng)一性、層次性和科學(xué)性，重視學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和落實(shí)。

關(guān)鍵詞：人教版;牛頓第三定律;比較分析;高中物理教材

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）3-0019-3

隨著新課改的不斷推進(jìn)，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]提出要培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求。為了進(jìn)一步落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，全面提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，滿(mǎn)足2017版課標(biāo)提出的要求，每個(gè)高中物理教材編寫(xiě)組都對(duì)實(shí)驗(yàn)版教材進(jìn)行了修訂[2]。

力學(xué)是高中物理課程的重難點(diǎn)內(nèi)容之一，其中，“牛頓第三定律”作為力學(xué)的重要基石，在牛頓力學(xué)體系中有著重要的地位。對(duì)“牛頓第三定律”進(jìn)行深入的教材分析，分析新版教材的改動(dòng)以及意圖，有利于教師對(duì)教材進(jìn)行整體把握，提高教學(xué)水平。因此，在新版教材投入使用的初期，本文以人教版教材為例，對(duì)2019年出版的高中物理教材[3]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新教材”）和2010年出版的高中物理教材[4]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舊教材”）中的“牛頓第三定律”進(jìn)行對(duì)比分析，希望能夠?yàn)橐痪€(xiàn)教師的教學(xué)提供啟示。

1? ? 新舊教材中“牛頓第三定律”的初步比較

本文從章節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、教學(xué)邏輯、教材具體內(nèi)容三方面對(duì)人教版新舊兩版教材中的“牛頓第三定律”進(jìn)行比較。首先，從“牛頓第三定律”在新舊兩版教材中所處的章節(jié)位置，對(duì)其章節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行梳理和比較（見(jiàn)表1）。其次，從內(nèi)容概要對(duì)兩者的教學(xué)邏輯進(jìn)行梳理和比較（見(jiàn)表2）。最后，精讀新舊教材，從列舉實(shí)例、插圖、文字表述等角度對(duì)教材具體內(nèi)容進(jìn)行梳理和比較。

2? ? 新教材與舊教材中“牛頓第三定律”的變化分析

2.1? ? 重構(gòu)章節(jié)結(jié)構(gòu)

從表1可以看出，新教材將“牛頓第三定律”在必修1中的位置進(jìn)行了調(diào)整。舊教材的“牛頓第三定律”是在第四章《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》的第5節(jié)，處于牛頓第一、第二定律以及力學(xué)單位制之后，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題之前，屬于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容。“牛頓第三定律”一方面與牛頓第一、第二定律形成完整的牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容體系，另一方面為運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決實(shí)際問(wèn)題奠定知識(shí)基礎(chǔ)。可見(jiàn)，舊教材中“牛頓第三定律”的章節(jié)結(jié)構(gòu)安排更注重章內(nèi)知識(shí)的模塊化。而新教材將其提前放入第三章《相互作用——力》中，位于重力與彈力、摩擦力之后，共點(diǎn)力平衡之前。“牛頓第三定律”研究的正是相互作用之間的規(guī)律，將其放入第三章，是從章內(nèi)知識(shí)的統(tǒng)一性的角度出發(fā)，從整個(gè)必修1甚至是高中物理課程的視角來(lái)設(shè)計(jì)章節(jié)結(jié)構(gòu)，打破了舊教材的章內(nèi)模塊化設(shè)置。新教材對(duì)“牛頓第三定律”的章節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更注重知識(shí)的統(tǒng)一性，不僅有利于深化對(duì)重力與彈力、摩擦力的理解，還能為共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的受力分析埋下伏筆。

2.2? ? 增加“問(wèn)題”欄目

新教材在每一節(jié)的開(kāi)始都設(shè)置一個(gè)“問(wèn)題”

欄目，以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。從表2可以看出，新教材與舊教材相比增加了一個(gè)“問(wèn)題”欄目，用大人和小孩掰手腕互相施加的力的大小關(guān)系引發(fā)學(xué)生思考，暴露學(xué)生“大人對(duì)小孩的作用力一定大于小孩對(duì)大人的作用力”錯(cuò)誤的前概念，并引發(fā)強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。學(xué)生受到問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)，迫切地動(dòng)腦思考，進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)和規(guī)律的探究，進(jìn)而對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋?zhuān)欣谂囵B(yǎng)科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

2.3? ? 替換“做一做”欄目

由表2可見(jiàn)，在舊教材中，“用傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系”屬于“做一做”欄目，是擴(kuò)展性的實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有硬性要求，可由學(xué)校、學(xué)生根據(jù)具體情況在課下選做。而在新教材中，“用力傳感器探究作用力和反作用力的關(guān)系”被歸屬為“拓展學(xué)習(xí)”欄目，這是在教育資源發(fā)展不均衡和學(xué)生興趣與潛能不相同的背景下對(duì)課程設(shè)計(jì)的彈性處理，也是對(duì)信息技術(shù)與物理學(xué)科融合的推動(dòng)。雖然沒(méi)有對(duì)全體學(xué)生提出要求，但是仍鼓勵(lì)教師、學(xué)有余力的學(xué)生利用傳感器等信息技術(shù)改進(jìn)探究作用力和反作用力的大小關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)的精確程度和初步掌握利用傳感器等信息技術(shù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究的操作技能?！巴卣箤W(xué)習(xí)”替換“做一做”，響應(yīng)了課程標(biāo)準(zhǔn)中“重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)……”[1]的要求，體現(xiàn)了STSE的教學(xué)理念。

2.4? ? 調(diào)整教學(xué)層次

分析表2可知，新舊教材的邏輯主線(xiàn)大體相同，首先舉例說(shuō)明物體間的作用力是相互的;再通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究作用力與反作用力的定量關(guān)系，進(jìn)而得出牛頓第三定律的內(nèi)容;最后對(duì)物體進(jìn)行受力分析，體會(huì)牛頓第三定律的價(jià)值與意義。但對(duì)于受力分析的教學(xué)層次要求，新舊教材存在較大不同。舊教材中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第一、第二定律，具備從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化和受力特點(diǎn)兩個(gè)角度深入地對(duì)物體進(jìn)行受力分析的知識(shí)基礎(chǔ)。而新教材中“牛頓第三定律”在第三章，學(xué)生只學(xué)習(xí)了重力與彈力、摩擦力的特點(diǎn)和產(chǎn)生條件，受限于學(xué)生的知識(shí)水平，教師只能引導(dǎo)學(xué)生從相互作用的角度對(duì)物體進(jìn)行初步受力分析，教學(xué)層次較為淺顯。所以，新教材首先說(shuō)明對(duì)物體進(jìn)行受力分析的兩條思路：一是根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化分析和判斷物體的受力情況，將在下章進(jìn)行學(xué)習(xí);二是根據(jù)力的特點(diǎn)和存在條件，從相互作用的角度分析物體的受力情況，著重從后一思路進(jìn)行分析。這有利于進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)各種力的認(rèn)識(shí)，也為后一節(jié)“共點(diǎn)力的平衡”內(nèi)容的學(xué)習(xí)甚至下一章《運(yùn)動(dòng)和力的分析》的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，更體現(xiàn)知識(shí)的進(jìn)階性和層次性。

2.5? ? 優(yōu)化教學(xué)實(shí)例

與舊教材相比，新教材對(duì)列舉的實(shí)例和呈現(xiàn)方式進(jìn)行優(yōu)化，包括刪除“坐在船上的人推另一只船”的實(shí)例，以及將模型化實(shí)例“吊在空中的靜止鐵塊”替換成實(shí)例“吊在樹(shù)枝的靜止猴子”。

舊教材通過(guò)“人拉彈簧、坐在椅子上的人推桌子、坐在船上的人推另一只船、地球吸引地球附近的物體”等物理情境實(shí)例說(shuō)明兩個(gè)物體間的作用總是相互的，進(jìn)而抽象概括出作用力與反作用力的概念。列舉的大部分實(shí)例都是生活中熟悉的情境，并且可以在課堂上操作和即時(shí)體驗(yàn)。而實(shí)例“坐在船上的人推另一只船”存在以下不足：第一，該實(shí)例難以在課堂上操作和體驗(yàn)，學(xué)生不能即時(shí)地體會(huì)到該實(shí)例中的作用力與反作用力，停留在理論分析的層面;第二，其對(duì)應(yīng)的插圖以漫畫(huà)的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，反映的場(chǎng)景與生活聯(lián)系不緊密;第三，該實(shí)例與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的聯(lián)系不大，不能體現(xiàn)STSE的教育理念。新教材對(duì)該教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)例進(jìn)行優(yōu)化，保留其他與生活聯(lián)系緊密且課堂上易操作和體會(huì)的實(shí)例，刪除“坐在船上的人推另一只船”的實(shí)例，并且將插圖換為“地球和人造衛(wèi)星的受力示意圖”，與“地球吸引地球附近的物體”的描述相對(duì)應(yīng)，是對(duì)重力的鞏固和延伸;同時(shí)，展現(xiàn)與STSE聯(lián)系緊密的人造衛(wèi)星具有新穎性，不僅能引起學(xué)生的注意，還能促進(jìn)學(xué)生了解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)相互促進(jìn)和發(fā)展，培養(yǎng)出用發(fā)展的眼光看待世界的人。

舊教材中以“吊在空中的靜止鐵塊”為例，對(duì)“一對(duì)相互作用力”和“一對(duì)平衡力”進(jìn)行區(qū)分。“吊在空中的靜止鐵塊”是一個(gè)模型化的實(shí)例，學(xué)生不需要建構(gòu)模型就可以直接對(duì)其進(jìn)行受力分析，較為簡(jiǎn)單。并且其與前面物體靜止在粗糙斜面的模型化實(shí)例相比較為接近，沒(méi)有體現(xiàn)出知識(shí)的層次性。而新教材中將此實(shí)例替換成“吊在樹(shù)枝的靜止猴子”，本質(zhì)上與“吊在空中的靜止鐵塊”相同，但學(xué)生需先對(duì)猴子和樹(shù)枝進(jìn)行模型建構(gòu)，再進(jìn)行受力分析，既有利于培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，落實(shí)核心素養(yǎng)，也體現(xiàn)了內(nèi)容的層次性和進(jìn)階性。同時(shí)，相比于簡(jiǎn)單的鐵塊，吊在樹(shù)枝的猴子更能引起學(xué)生的注意和興趣，具有新意。

2.6? ? 完善文字表述

新教材與舊教材相比，若干處表述被修改，使得表達(dá)更加嚴(yán)謹(jǐn)和完善。新教材將舊教材中實(shí)驗(yàn)的目的“探究作用力與反作用力的關(guān)系”修改為“用彈簧測(cè)力計(jì)探究作用力和反作用力的關(guān)系”;并將“用傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系”修改為“用力傳感器探究作用力和反作用力的關(guān)系”。在實(shí)驗(yàn)的題目中補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)器材彈簧測(cè)力計(jì)，將“傳感器”限定為“力傳感器”，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)所選擇的器材，使得實(shí)驗(yàn)的指向性更為明確。另外，舊教材中“陷在泥濘中的汽車(chē)，即使車(chē)輪飛轉(zhuǎn)，車(chē)也不能前進(jìn)，就是這個(gè)道理”是對(duì)陷在泥濘中的車(chē)不能前進(jìn)的闡述和解釋。但其表述過(guò)于絕對(duì)，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)槿绻?chē)輪得到足夠的摩擦力，汽車(chē)還是能夠前進(jìn)的，可見(jiàn)其表述科學(xué)性不足。新教材限定汽車(chē)處于“如果泥和車(chē)輪之間太滑，車(chē)輪得不到足夠的摩擦力”的前提條件下，對(duì)原表述進(jìn)行了補(bǔ)充和說(shuō)明，更具有科學(xué)性。同時(shí)，詳細(xì)、完整的補(bǔ)充也使得學(xué)生更易理解該物理問(wèn)題，有利于學(xué)生的自學(xué)。

3? ? 結(jié)論與討論

本文從章節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、教學(xué)邏輯、教材具體內(nèi)容三方面對(duì)人教版新舊兩版教材中的“牛頓第三定律”進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)新教材對(duì)“牛頓第三定律”做了較多調(diào)整和改進(jìn)，包括章節(jié)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、“問(wèn)題”欄目的增加、“做一做”欄目的替換、教學(xué)層次的調(diào)整、教學(xué)實(shí)例的優(yōu)化以及文字表述的完善。新教材注重知識(shí)的統(tǒng)一性和層次性，從“牛頓第三定律”是研究相互作用的本質(zhì)出發(fā)，從整個(gè)必修1的角度來(lái)設(shè)計(jì)章節(jié)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容層次，更符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。同時(shí)，新教材注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的核心素養(yǎng)，“問(wèn)題”欄目引發(fā)認(rèn)知沖突，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和思維意識(shí)，“拓展學(xué)習(xí)”欄目鼓勵(lì)學(xué)生利用信息技術(shù)改善實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究技能。新教材也注重知識(shí)的科學(xué)性，對(duì)不嚴(yán)謹(jǐn)、不科學(xué)的表述進(jìn)行改善和補(bǔ)充，有利于學(xué)生的自學(xué)。在新教材投入使用的初期，教師應(yīng)該仔細(xì)研讀課程標(biāo)準(zhǔn)與教材，理解新教材改動(dòng)及改動(dòng)背后的意圖，更好地提升教學(xué)水平。

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）