透視高中物理新教材中習題的變化
——以“拋體運動”為例

(青島大學物理科學學院,山東 青島 266071)

1 引言

《普通高中物理程標準(2017年版2020年修訂)》用“核心素養的四個方面”替換了“三維教學目標”。根據此課程標準編制的教材(簡稱“新教材”)落實了這一新的教學理念，使“核心素養”理念得到了充分體現。全面分析新教材的變化,深刻理解編者設計意圖,有利于在教學過程中落實“核心素養”之培養目標。

2 從教學實踐層面解讀物理學科核心素養

2.1 物理觀念

學生物理觀念的形成是一個從物理概念和規律出發,認識逐漸升華的過程。物理觀念導向下的教學關注學生對概念、規律的理解,幫助學生在真實情境中認識物理概念和規律的意義、地位和作用,并在此基礎上形成更高層級的觀念性認知。

2.2 科學思維

科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式。[1]常見的物理思維活動有歸納與演繹、分析與綜合、分類與比較、批判與創新等多種形式。[2]中學生處在物理學習的初級階段,獲得知識的主要方式是基于經驗或實驗建立概念,揭示規律,歸納思維是這一學習時段的基本方式。而演繹、分析、綜合、分類、批判與創新等需要基于一定理論基礎的較高級的思維形式，它是要在中學階段重點發展和培養的。

從物理教學的角度看,科學思維是學生物理認知的基本途徑和方式,思維能力的強弱直接影響著認知的結果。學生學習的過程就是思維活動、鍛煉和發展的過程,也是教學實施中思維能力培養的過程。

從學生能力發展的角度看,物理學習的過程是從實踐經驗,到概念、規律,再到物理觀念的形成過程,隨著學習的不斷深入,學生的思維水平不斷地發展與提升。

2.3 科學探究

科學探究的主要目的是為了解決真實情境中的問題,獲得關于客觀事物本質及其發展規律的認知。[2]從教學維度來看,科學探究是運用一定的手段和器材,為揭示隱匿在現象背后的規律而開展的有計劃、有目的的認知活動，學生在活動中通過身心體驗獲取信息、分析信息、運用信息進行意義建構。

2.4 科學態度與責任

在教學中需培養學生良好的學習意志,發散學生的思維，注重知識與實踐的結合，讓學生理解科學本質，養成科學態度與社會責任。

3 核心素養視角下新教材教學目標解讀

以人教版高中物理必修二第五章“拋體運動模塊”為例，從核心素養視角對其教學目標進行解讀。

物理觀念:對平拋運動事實進行提煉、升華，形成平面直角坐標系中二維運動合成的觀念性知識及相關概念和規律。

科學思維:運用直線運動的物理規律、坐標系數學知識，綜合分析歸納平拋運動的數學關系及物理特點;在解決實際問題的過程中培育學生的抽象、歸納、演繹、分析、綜合等思維能力。

科學探究:對平拋運動進行實驗探究,通過問題思考、猜想與實驗論證,建構平拋運動的概念，發現平拋運動的規律。

科學態度與責任:引導學生認識科學本質,提倡以實驗為基礎的猜想,猜想應與實驗和生活實際相聯系。

4 核心素養視角下的新教材節末習題變化分析

4.1 內容設置層面的變化

在內容上,新舊教材的章節組成略有不同(表1),本研究的樣本為人教社2005年出版的《普通高中課程標準實驗教科書 物理必修2》(下文簡稱舊教材)和人教社2019年出版的《普通高中教科書 物理必修第二冊》(下文簡稱新教材)。

新教材將“運動的合成與分解”單獨設置為一節,放在平拋運動知識點的前面,介紹將復雜運動進行合成與分解的思想和方法,并總結了拋體運動的規律,有助于幫學生提煉、升華出平面直角坐標系中二維運動合成的觀念性知識,使拋體運動的概念成型,從而將整章內容融為一體(表1)。

表1

4.2 節末新增習題

新教材將“運動的合成與分解”單列為一節,在節末設置了5道習題,與舊教材相比,新增了4道習題。新教材的這一變動旨在幫助學生從物理學視角形成對力與運動的基本認識,促進學生提煉出二維運動合成的觀念性知識，表2呈現了新教材中“運動的合成與分解”一節的習題設置特點。

從內容的安排與習題的設置中，可以明顯地看出新教材對“運動的合成與分解”的重視程度,引導學生把復雜的運動等效為簡單運動的合成,將運動過程化繁為簡,通過習題進一步讓學生理解力與運動的關系。綜合起來看,習題的選擇遵循了科學性原則、系統性原則、典型性原則以及針對性原則。具體地來看,習題所要呈現的各種物理現象和過程都是符合自然規律、生活實際和物理理論。習題考查的內容也較為全面,兼顧學生物理知識、技能、思維和情意等方面的全面發展,既有鞏固知識、培養技能的習題,又有發展學生物理思維、科學態度與責任的習題。

表2

表3展示了對“曲線運動”“實驗:探究平拋運動的特點”“拋體運動的規律”這3節的節末新增習題的剖析。

節末新增習題重在培養學生的核心素養,核心素養的內容構成既相互關聯又相互依存,層層遞進,呈逐步升華的樣態。[3]新教材在習題中對物理學科核心素養的挖掘可以用流程圖來展現(圖1)。新教材的習題設置旨在帶領學生經歷從日常生活中的經驗到猜想再發展到實驗探究過程,經歷建立物理模型的抽象概括過程,培養學生的分析綜合、推理論證等科學思維能力,從而建構起物理概念,揭示出物理規律,認識到科學的本質,逐漸培養他們的嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度。

表3

圖1

5 基于核心素養分析習題變化

習題變化由多種因素引起,從核心素養視角分析如下：

(1) 習題要適應教材內容。在“拋體運動”這一模塊中,由于“運動的合成與分解”是新教材單獨分出來的一節,習題的變動比較大,新增了3個習題,指向性很強,旨在讓學生掌握運動的合成與分解的方法,將復雜運動化繁為簡,通過習題進一步讓學生理解力與運動的關系。

(2) 教材內容要適應課程標準。課程標準對于物理學科核心素養進行了凝練總結,并緊緊地圍繞著核心素養的培養目標,精選、重組課程內容。新教材習題的設置反映了以上變化,既注重發展學生的科學思維,又鼓勵學生進行科學探究,進而把抽象的物理概念、規律內化建構成學生的物理觀念。習題與學科核心素養是緊密聯系的,核心素養的理念指導習題的改進,反過來,習題又進一步幫助學生提高核心素養。

6 結語

合理的物理習題配置有助于增強和加深學生對科學知識的理解、促進學生對科學方法的運用和掌握,發展學生的科學思維。基于物理學科核心素養的培養要求,新教材在舊教材的基礎上改正了習題重“結果”輕“過程”、對習題中的“提升素養”與“知識的應用”的目標定位不足等問題,新教材從內容設置的變動到節末習題的改進,無不體現了核心素養的重要地位。