高中物理教材“拋體運動”內容的比較研究

余嘉懿　張軍朋　廖元錫

摘 要：物理教材作為物理課程標準的具體化形式，是提高學生科學素養的重要工具.基于不同版本教材進行分析比較是完善教學過程的主要途徑.選取人教版和魯科版兩個版本中的“拋體運動”內容，就章節編排、欄目設置、教材實驗、例題和習題等方面進行比較分析，以期能為實際教學提供有價值的參考.

關鍵詞：教材比較;拋體運動;人教版教材;魯科版教材

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）05-0017-05

作者簡介：余嘉懿（1996-），男，湖北荊州人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學;

張軍朋（1963-），男，廣東廣州人，碩士，教授，碩士生導師，研究方向：中學物理課程與教學論、物理學習心理、物理教育測量與評價;

廖元錫（1962-），男，海南海口人，博士，教授，碩士生導師，研究方向：中學物理課程與教學論、物理教師教育.

1 引言

“拋體運動”是高中物理學習中的重要章節，《普通高中物理課程標準（2017年版）》對“拋體運動”的教學要求作出了如下闡述：一是通過實驗，了解曲線運動，明確物體做曲線運動的條件，具有與拋體運動相關的運動觀念，能基于科學探究得出平拋運動的規律;二是能熟練運用拋體運動模型進行分析推理，領略將復雜運動分解為簡單運動的物理思想，具備將物理知識運用在日常生產生活中的意識[1].在新課程標準指導下，不同版本的高中物理新教材相繼出版.然而，系統地比較分析不同版本新教材的研究還較少，因此本文以新版人教版[2]和魯科版教材[3]為例，從不同角度展開比較分析，旨在能為物理教學提供借鑒與參考.

2 教材內容對比分析

2.1 章節編排的對比分析

“拋體運動”這一章內容是曲線運動中的運動學及動力學知識的延伸，與前面所學內容構成了運動與相互作用認識由淺入深的逐漸深化過程[4].兩版本教材“拋體運動”一章章節的編排見表1，內容的邏輯順序分別如圖1和圖2所示.

由此可見，兩版本教材均以曲線運動為知識基礎，以運動的合成與分解為主線，以平拋運動為核心，彰顯出教材編寫的遞進性和內在邏輯性.

人教版教材將曲線運動基礎知識與運動的合成與分解分別設為兩節內容：第一節內容圍繞曲線運動的特點展開描述，第二節內容聚焦于解決曲線運動問題的基本方法，這樣處理既降低了教材的難度，又有利于學生對知識的理解.魯科版教材將曲線運動基礎知識穿插于“運動的合成與分解”這一節內容中，突出知識之間的聯系，為學生掌握平拋運動的特點及其規律奠定基礎.

在“平拋運動”的處理上，兩版本教材的編排也不盡相同.人教版教材先通過實驗探究平拋運動的特點，再運用運動學和動力學知識推導出平拋運動規律，最后嘗試讓學生借鑒處理平拋運動的基本方法分析一般的拋體運動.這種內容編排不僅符合學生的認知發展規律，而且還重視學生遷移創新能力的培養.而魯科版教材則先從生活實例中提煉出平拋運動的概念，得出平拋運動的特點，再運用實驗探究和理論推導得到平拋運動的規律.由此可見，人教版教材重視培養學生的遷移創新能力，魯科版則更注重聯系生活實際，培養學生分析實際問題的能力.

對“拋體運動”最后一節的安排，兩本教材采取的方式有所不同：人教版從理論分析的角度對拋體運動的規律做了進一步的分析，對平拋運動的速度、位移與軌跡、一般的拋體運動（斜拋運動）進行了總結，同時結合例題加深理解與運用.魯科版教材將這部分內容單獨設為一節“生活中的拋體運動”，引入田徑場上投擲的鏈球、鉛球及雜技表演中的空中拋球表演等貼近生活的實例，注重培養學生的分析綜合能力和問題解決能力，從物理的視角去思考生活中的拋體運動，促進學生運動和相互作用觀的形成.因此，從章節編排的角度上看，兩版本教材的設計都有其充分的考量，且各具特色.

2.2 欄目設置的對比分析

欄目的設置在教材中發揮握綱提領的作用，欄目的種類、數量、內容不僅影響著教材的質量，而且關系著學生的學習效果.兩版本教材在“拋體運動”這一章設置的欄目類型大體上可以歸納為四大類：思考類、實驗類、解題練習類及延伸類，具體欄目設置情況見表2.

由表2可以看出，兩版本教材都設置了形式多樣的欄目，在思考類、解題練習類及延伸類欄目的呈現上有較大的差異.從思考類欄目來看，人教版教材在“問題”欄目展示大量實例，增強知識與物理情境的聯系，引發學生的思考，其“思考與討論”欄目與魯科版教材的“物理聊吧”欄目類似，目的在于讓學生在互相討論中加強對知識的理解;從解題練習類欄目來看，相較于人教版教材，魯科版教材增設“討論”及“習題遷移”欄目，設置的習題較為靈活，注重讓學生多元化思考問題，開拓學生的思維，同時習題中滲透了“微元”“理想化模型”等物理思想，讓學生在習題訓練中內化物理思想與方法;從延伸類欄目來看，人教版教材側重于拓展學生知識視野，如“拓展學習”欄目中介紹基于傳感器探究平拋運動，“做一做”欄目中展示用飛鏢顯示曲線運動的速度方向的實驗，旨在增強學生的感性認識，并讓學生感受到物理與現代科技的關聯，而魯科版教材則注重于引導學生的學習，“請提問”欄目和章末“我的學習總結”欄目顯示出教材的開放性，引導學生針對本節內容創造性地提出相關問題，培養學生的問題提出能力和創新能力，“策略提煉”欄目內容敘述簡潔明了，通過總結和歸納同類型問題的分析方法，使學生明晰具體解題思路，提煉解題方法，深入地理解本章知識.穿插于正文部分的“素養提升”欄目基于核心素養的視角提煉所學內容的內在價值，指引學生的學習.因此，兩版本教材的欄目設置均注重以問題為導入，激發學生的學習興趣;以實驗為基礎，培養學生的創新能力和動手能力;以習題為依托，注重讓學生在習題訓練中鞏固知識，內化方法;在擴展延伸中發散學生的思維.不同的是，人教版教材在欄目設置中更強調與實際生活的聯系，魯科版教材更注重學生發散性思維能力的培養.

2.3 兩版本教材實驗的對比分析

物理實驗是物理學習的一個重要組成部分，它既是物理學習的重要基礎，又是物理學習的重要方法和手段.兩版本教材正文部分實驗對比見表3.

通過比較發現，兩版本教材在部分實驗設計思路上有共通之處.例如，兩版本教材都給出了如圖3所示的實驗以驗證平拋運動在豎直方向上的規律.為了能說明物體做曲線運動的條件，魯科版及人教版教材分別設置了如圖4和圖5所示的演示實驗.但相比于魯科版教材設置的實驗，人教版教材的實驗設計確保了只有力才影響小球的運動狀態，在斜槽上放置小鋼球避免了因小球初速度不同對其運動軌跡的影響，其實驗更具合理性.

從實驗內容編排上看，曲線運動的速度方向作為研究曲線運動的重要內容，相較于人教版教材安排的斜槽軌道演示實驗，魯科版教材基于觀察筆畫直線和曲線時筆尖的運動方向來探究曲線運動的速度方向，其實驗內容更偏向于學生生活實際，著重于應用簡單生活化的材料培養學生的科學探究能力.在“運動的合成與分解”一節內容中，魯科版教材是通過“竹筏過河運動”過程對運動的合成與分解問題展開討論，而人教版教材則通過將物理情境簡化成“研究蠟塊在玻璃管中的運動”實驗，并詳細介紹了研究蠟塊運動的分析思路，凸顯出模型建構在高中物理學習中的重要作用，進一步深化了實驗是研究物理實際問題的重要手段.

從教材實驗設計上看，魯科版教材整體結構更加清晰，逐一介紹了實驗目的、實驗器材、實驗思路、實驗步驟、數據處理分析等具體內容，這種編排形式符合科學實驗探究的順序，有助于引導學生掌握實驗探究的步驟和方法，從而順利完成實驗.人教版教材沒有詳細敘述實驗主要步驟，而是基于“問題串”的方式呈現，引導學生自行完成實驗方案的設計，以達到培養學生獨立思考和實驗操作能力的目標.此外，魯科版教材實驗部分還附有“安全警示”小貼士，提醒學生要注意實驗安全，強調學生安全防范意識的培養.相比之下，人教版教材在人性化的體現上略遜色.

2.4 教材例題、習題的對比分析

例題和習題既是教材中的重要構成部分，又是實施教學評價的主要方式.教材中呈現的例題能引導學生規范解題格式，明晰解題思路.習題的設置對于學生學習情況的反饋、物理問題解決能力的培養起著關鍵性作用.兩版本教材例題、習題的對比分析分別見表4和表5.

從表4中可以看出，由于教材篇幅的限制，兩個版本教材中例題的數量都偏少，但是針對教材內的重點知識，兩版本教材都安排了相應的例題，并且例題均為計算題，這與“教材例題的設置是以幫助學生掌握基礎知識并熟練運用物理公式”為目的的編制意圖相符.就例題的解答模式而言，兩版本教材都展示了規范化的求解過程，這有利于學生養成良好的解題習慣.此外，魯科版教材還在例題中加入討論的環節，旨在通過對例題的討論，幫助學生內化知識.

由表5可知，兩版本教材習題設置多樣，在習題數量上略有差別.人教版教材習題主要為計算題、簡答題，輔以少量的實驗題和作圖題.章末習題按照習題的難度劃分為A、B兩組，以滿足不同水平學生的需要.A組習題相對簡單，側重于基礎知識的考查.B組習題屬于拔高性題目，主要考查學生對拋體運動知識的綜合運用.相較于人教版教材，魯科版教材習題層次更為鮮明，題型也更為豐富.教材編制了1-2 水平、3-4 水平的習題，分別對應學生學業質量水平的不同層級.除了有唯一標準答案的良性結構問題外，還編制了基于生活情境的探究性問題.比如要求學生從拋體運動的視角分析思考煙花形狀形成的原因，以此激發學生對科學探究的興趣.其章末習題由“科學認知”“科學辨析”“溫故知新”三部分組成，體現出物理內容的基礎性和全面性.其中“溫故知新”版塊的習題意在引導學生復習回顧上一章所學內容，起到鞏固和提升的作用，有助于學科知識結構的整合，構建更為完整的知識框架.

3 教材編寫的多樣性對教學的啟示

基于兩版本教材的比較分析，可以發現教材在章節編排、欄目設置、教材實驗、例題和習題等方面存在比較顯著的差異.結合前文的對比分析和教材中滲透的指導思想和教育理念，提出以下幾點教學建議.

3.1 注重方法滲透，建構物理觀念

物理觀念是物理概念和規律在頭腦中的提煉與升華，是對物理思想和方法的概括性、縱觀性的認知與體驗.基于物理觀念的概念教學既要包括對物理概念的深入認識與理解，還要包括科學思想方法的體驗與應用.因此，在概念教學中應以物理思想方法作為生長點向外延展，引導學生對物理過程深入分析，發展學生運用物理思想方法處理實際問題的能力，實現對物理思想方法的內化，讓學生在物理方法的體驗和反思中建構物理觀念.

在處理曲線運動時，要引導學生運用“等效替代”的思想進行“化曲為直”從而將復雜問題簡單化，突出“等效替代”思想在物理學中的重要地位，并且讓學生回顧進行力的合成與分解時，也會用到這種思想在鞏固中提升，從而實現物理思想的融會貫通.

3.2 重視實驗探究，培養創新精神

課程標準重視培養學生通過實驗探究理解物理規律的能力，對教學活動的過程性提出要求，要讓學生經歷科學探究的過程、建構物理學科知識.其價值在于：培養學生的探究能力、問題解決能力、物理思想方法、實事求是的科學態度.但是讓學生經歷探究的過程，不應該是教師直接告訴學生每個實驗步驟應該做什么，而是應該以教材為參考，教師給予充分的引導，讓學生自主建構探究方案，學習科學探究的思維和方法.

比如在平拋運動特點的探究實驗中，應重視讓學生經歷完整的科學探究過程，在探究過程中滲透物理思想與方法，注重培養學生的科學思維.并通過創設物理情境讓學生自主發現問題，突出學生的主體性.每一個實驗結論的得出都是建立在實驗的基礎上，這樣做具有比較強的說服力，培養學生嚴謹的科學態度與責任.讓課堂的探究活動充滿靈動和生命力，具有真正科學探究的價值，培養學生科學探究的能力.在基于物理核心素養的大背景下，我們要重視新教材的實驗探究部分對課堂教學的指導作用，以教材為基礎展開教學，真正將學生物理核心素養的培養植根于物理課堂.

3.3 創設多元情境，促進核心素養達成

課程標準在教學建議中提出：“在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設”，強調創設情境進行教學，對培養學生的物理核心素養具有關鍵作用，兩版本新教材均體現出對創設情境極大的重視.作為優秀的物理教師不僅是單純地傳授學生物理知識，而是通過適時地創設教學情境，搭建認知平臺，激發學生積極主動地學習物理，從而不斷地培養學生探索新知的能力.相比其他的教學方式，創設情境進行教學具有一定的優越性：可以激發學生的學習興趣，為學生提供感性認識，還原知識的真實場景等.教師應本著“立足課程標準，回歸物理教材”的原則，聯系生活實際創設多元情境促進學生的學習，包括聯系生活，創設問題導入情境;擴展實驗，創設概念形成情境;引發沖突，創設科學探究情境;激活知識，創設遷移應用情境.通過四個方面情境的創設形成“問題—實驗—探究—應用”的教學模式，以情境引問題、以問題導探究、以探究促真知、以真知解問題，從情境中來，到情境中去.通過情境教學讓學生解決真實情境中的物理問題，從而提高學生的探究能力，增強實踐意識，促進學生核心素養的達成.

4 結束語

人教版教材在內容呈現上考慮到了學生的接受能力，在章節的編排上真正做到了從學生的角度出發，有利于學生形成良好的知識結構.魯科版教材知識廣度大且與日常生活間的聯系更為緊密，知識呈現的方式多元化，充分發揮學生學習的主動性，強調學生思維能力的培養.教材作為教師進行教學活動的重要依據，雖然兩版本教材在編寫時都順應了課程標準的變化，聚焦于學生物理核心素養的發展，但是每套教材難免會存在一些局限性.因此，教師在教學過程中，應廣泛地收集這些優質的教材資源，并結合不同版本教材特點，依據教學實際進行適當的取舍與整合，設計出更科學合理的教學方案，以提高物理課堂教學的質量.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書物理（必修第二冊）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]廖伯琴.普通高中教科書物理（必修第二冊）[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[4]魏昕.人教版《第五章 拋體運動》編寫說明[J].中學物理，2019，37（19）：2-4.

（收稿日期：2020-12-25）