高中物理新舊教材對(duì)比分析及教學(xué)建議①——以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”為例

李正吉 張小洪

(西南大學(xué)附屬中學(xué)校，重慶 400700)

1 引言

《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo))明確指出：要發(fā)展學(xué)生在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等方面的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教材是教師的第一手教學(xué)資源，是教師開展教學(xué)活動(dòng)的重要依據(jù)，本文以“動(dòng)能和動(dòng)能定理”一節(jié)為例，從核心素養(yǎng)的視角，對(duì)人教社出版的新舊教材從導(dǎo)入、正文、例題與習(xí)題等方面進(jìn)行對(duì)比分析，以期更好地理解和使用新教材，達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 在導(dǎo)入部分突出物理觀念，激發(fā)學(xué)生的求知欲

新版教材采用“總導(dǎo)入”“章導(dǎo)入”“節(jié)導(dǎo)入”相結(jié)合的方式進(jìn)行導(dǎo)入。在“動(dòng)能與動(dòng)能定理”一節(jié)中，新版教材增加了導(dǎo)入語，先回顧了物體的動(dòng)能與質(zhì)量、速度的關(guān)系，指出：“物體質(zhì)量越大，速度越大，它的動(dòng)能就越大”；然后列舉炮筒推力做功使炮彈動(dòng)能增加的例子，引導(dǎo)學(xué)生思考動(dòng)能變化與做功的關(guān)系；最后要求學(xué)生舉出更多動(dòng)能與做功有關(guān)的例子，并提問：這對(duì)于定量研究動(dòng)能有什么啟發(fā)呢？

2.1 明確學(xué)習(xí)內(nèi)容

導(dǎo)入語所述的影響動(dòng)能大小的因素、動(dòng)能與功之間的關(guān)系、動(dòng)能的定量研究，這些都是學(xué)生應(yīng)該形成的對(duì)能量的基本認(rèn)識(shí)，屬于能量觀念的范疇。物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念以及能量觀念，這些物理觀念的形成有利于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)、理解自然，并在問題解決中加以運(yùn)用。

2.2 激發(fā)求知欲

導(dǎo)入語先從學(xué)生的已有知識(shí)出發(fā)，再逐漸過渡到新知識(shí)，這符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，使他們對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)充滿期待。導(dǎo)入語鼓勵(lì)學(xué)生舉出更多生動(dòng)的例子，體現(xiàn)了“從生活走向物理”的課程理念，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣；導(dǎo)入語采用問題導(dǎo)入的方式，通過問題激發(fā)學(xué)生的求知欲。

2.3 教師可發(fā)揮的空間大

在“舉出其他例子”部分，教師可以引導(dǎo)學(xué)生舉出更多與動(dòng)能變化、做功相關(guān)的例子，比如風(fēng)車(要獲得更大動(dòng)能，風(fēng)必然做更多的功)、小孩玩滑板車(要獲得更大的動(dòng)能，小孩必然用力蹬地，做更多的功)等；也可以播放一些有趣的視頻，比如“鋼針穿玻璃”“撲克切黃瓜”等，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：雖然鋼針、撲克牌質(zhì)量小，但依然可以通過做功使它們具有很大的動(dòng)能；還可以在課堂上進(jìn)行游戲互動(dòng)，比如讓學(xué)生玩拋球、驅(qū)動(dòng)回力車等游戲，直觀體驗(yàn)動(dòng)能與功的關(guān)系。在動(dòng)能的“定量研究”中，教師可以向?qū)W生介紹偉大的科學(xué)家伽利略的名言：“自然之書是用數(shù)學(xué)語言寫成的”，說明用數(shù)學(xué)表達(dá)物理規(guī)律的簡(jiǎn)潔之美。這些常見的例子、有趣的視頻、生動(dòng)的游戲會(huì)引導(dǎo)學(xué)生形成能量觀念，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。

3 在正文部分注重建模與推理，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

3.1 注重物理建模

在課題導(dǎo)入之后，學(xué)生需從大量例子中找出共性、抓住本質(zhì)，構(gòu)建滑塊模型，教材中給出的問題背景如下：質(zhì)量為m的某物體在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)，在與運(yùn)動(dòng)方向相同的恒力F的作用下，發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2(圖1)。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的同時(shí)也是在研究物體的受力與運(yùn)動(dòng)、動(dòng)量、能量問題時(shí)均會(huì)涉及的經(jīng)典物理模型。新舊教材均采用了此模型，物理建模能力是一種非常重要的科學(xué)思維能力，是核心素養(yǎng)的重要組成部分。

圖1

縱觀整個(gè)高中物理教學(xué)內(nèi)容，有許多物理模型可以幫助學(xué)生理解物理知識(shí)，提升科學(xué)思維能力。比如傳送帶模型，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型中研究傳送帶呈水平、傾斜或豎直放置的情形，結(jié)合動(dòng)摩擦因數(shù)的大小、相對(duì)速度的關(guān)系，對(duì)多種情境從運(yùn)動(dòng)、能量視角進(jìn)行相關(guān)分析，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，提升學(xué)生從具體到抽象、再?gòu)某橄蟮骄唧w的科學(xué)思維能力。另外，高中物理還涉及到輕桿(輕繩、輕彈簧)模型、小船渡河模型、雙星系統(tǒng)模型、人船模型、電磁感應(yīng)中的雙桿模型、流體的柱體微元模型等，這些都是提升學(xué)生建模能力的絕佳素材。

3.2 注重演繹推理

與舊版教材相比，新版教材增加了“科學(xué)方法”欄目，本節(jié)在此欄目中介紹了演繹推理方法：“從一般性結(jié)論推出個(gè)別性結(jié)論的方法，即從已知的某些一般原理、定理、法則、公理或科學(xué)概念出發(fā)，推出新結(jié)論的一種思維活動(dòng)。”教師在教學(xué)過程中需關(guān)注：公式推導(dǎo)的目的絕不只是為了得到公式，也不只是為了讓學(xué)生記住公式，最重要的是要讓學(xué)生親歷演繹推理的過程，培養(yǎng)學(xué)生演繹推理思維。

科學(xué)思維并非憑空產(chǎn)生的，科學(xué)思維的培養(yǎng)需要載體。除了本節(jié)內(nèi)容所涉及到的物理建模、演繹推理等科學(xué)思維方法外，教師還應(yīng)注重在整個(gè)高中物理教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)其他科學(xué)思維方法，如通過瞬時(shí)速度學(xué)習(xí)微元思維，通過力的合成與分解學(xué)習(xí)等效思維，通過勻變直線運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)逆向思維。

4 在例題與習(xí)題部分關(guān)注科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

4.1 例題有所更新，與時(shí)俱進(jìn)

圖2

新舊教材相比較，例題1情景變化不大，但細(xì)節(jié)作了一些修改，比如飛機(jī)的質(zhì)量m由5.0×103kg變?yōu)?.0×104kg，起飛位移由5.3×102m變成2.5×103m，起飛速度由60m/s變成80m/s。隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)常用的民用飛機(jī)由原來的小型飛機(jī)升級(jí)成中大型客機(jī)，民用機(jī)場(chǎng)跑道等基礎(chǔ)設(shè)施也得到極大改善。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，民航飛機(jī)常用的波音B737客機(jī)和空客A320客機(jī)的質(zhì)量大約為7.0×104kg，起飛距離大約為2500m，起飛速度約為78m/s，可見新版教材的素材與時(shí)俱進(jìn)，非常注重題目數(shù)據(jù)的真實(shí)性和科學(xué)性。

例題1示意圖由圖3變成圖2，圖3是飛機(jī)起飛后的情景，與題目所描述的情景不太相符，而圖2更加準(zhǔn)確地描述了飛機(jī)起飛的情景，與例題所描述的情景更相符；舊版教材中的“牽引力”也變成了更為準(zhǔn)確的“平均牽引力”。通過對(duì)這個(gè)例題進(jìn)行比較研究，可見教材編者嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，對(duì)一線教師命題的規(guī)范性和科學(xué)性等方面起了很好的示范和引領(lǐng)作用。

圖3

4.2 彰顯我國(guó)科技和文化

新版教材中例題2是一個(gè)有關(guān)打夯的題目(圖4)，在現(xiàn)實(shí)生活中，打夯其實(shí)已經(jīng)很少見了，但是這項(xiàng)活動(dòng)具有中國(guó)傳統(tǒng)特色，學(xué)習(xí)過程可以增加學(xué)生的文化自信。新版教材中還介紹了懸空寺、趙州橋、司南、魚洗等我國(guó)古代科技成就，以及中國(guó)“天眼”、嫦娥奔月、航空母艦、高鐵等現(xiàn)代科技成就，均體現(xiàn)了物理學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，有利于強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。

圖4

新版教材例題2與舊版教材相比更為復(fù)雜，建議教師在實(shí)際教學(xué)中通過設(shè)置“階梯式”問題來引導(dǎo)學(xué)生一步一步思考，比如：(1) 手釋放瞬間夯的速度大小是多少？(2) 夯能上升的最大高度是多少？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真分析物體受力和運(yùn)動(dòng)過程，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，在解答過程中可以讓學(xué)生嘗試用多種方法來解決問題，并通過比較不同解法，讓學(xué)生體會(huì)用動(dòng)能定理在解決復(fù)雜過程問題的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)掘該例題的教學(xué)價(jià)值。

4.3 習(xí)題凸顯嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性

對(duì)比新舊教材“動(dòng)能和動(dòng)能定理”的課后“練習(xí)與應(yīng)用”部分，題目個(gè)數(shù)、情景、問題等變化不大，但對(duì)一些細(xì)節(jié)作了修訂，比如：第3題中的子彈的質(zhì)量由2g變成8g，這個(gè)數(shù)值更接近目前通用子彈的實(shí)際情況。配圖由示意圖(圖5)變?yōu)樽訌棿驌裟緣K的真實(shí)情景圖(圖6)，體現(xiàn)了編者注重物理問題與實(shí)際情景相聯(lián)系的編寫思路，使學(xué)生在解決問題時(shí)有真實(shí)的情景依據(jù)；第4題中緊急出口的氣囊斜面長(zhǎng)度由5.5m變?yōu)?.5m，與現(xiàn)代客機(jī)的緊急出口氣囊長(zhǎng)度更相符；第5題中足球飛出的高度由10m變成5m，與實(shí)際情況更相符、更加合理，這些細(xì)節(jié)處處體現(xiàn)出編者求真務(wù)實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

圖5

圖6

物理教學(xué)不應(yīng)僅限于講授知識(shí)，更應(yīng)讓學(xué)生思考生活實(shí)踐中的問題，在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中形成物理觀念，提升科學(xué)思維，學(xué)會(huì)科學(xué)探究，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，這才能滿足學(xué)生終身發(fā)展的需求。本文通過對(duì)新舊教材中“動(dòng)能和動(dòng)能定理”一節(jié)的對(duì)比分析，深刻理解新版教材以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)而做出的調(diào)整，相信在新版教材的指導(dǎo)下，物理教學(xué)會(huì)更有利于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，既滿足學(xué)生終身發(fā)展的需求，又滿足社會(huì)培養(yǎng)新型人才的需要。