人教版新舊高中物理教科書章節設置的對比分析*
——以必修第二冊“向心力和向心加速度”兩節為例

李秀如

(阜陽市第四中學 安徽阜陽 236063)

一、引言

2019年版的人教版普通高中物理教科書(以下簡稱“新版教科書”)在我省已經使用近兩年的時間了。在使用新版教材教學的過程中發現，其相較于2015年版的人教版教科書(以下簡稱“舊版教科書”)發生了重大變化。首先新版教科書的內容編排體系發生了明顯變化，教科書內容根據2017年版課程標準的要求有所增刪，部分章節呈現順序根據學生的認知特點做了調整。此外，新版教科書在欄目的設置、內容的選擇，以及習題的設計等方面都體現了物理學科核心素養的滲透。本文以“向心力和向心加速度”這兩節教材內容編排為例，對人教版新舊物理教科書做簡略的對比分析，從中體會新版教科書中體現的物理學科素養和學生的認知科學性，進一步對使用新版教科書教學的提出一些建議，希望對教師使用新版教材教學有所幫助。

二、新舊版教科書的編寫思路

在舊版教科書中，“曲線運動”內容包括“平拋運動”和“圓周運動”兩個部分。圓周運動部分是先學習向心加速度，再學習向心力?！跋蛐牧Α边@一節先是通過地球繞太陽做近似圓周運動和光滑的桌面上小球在細線的作用下做勻速圓周運動這兩個例子引出新課，通過實例總結勻速圓周運動的合力、加速度的特點，引導學生理解向心加速度的概念；通過“做一做”欄目引導學生推導出向心加速度的表達式；最后利用“思考與討論”和“問題與練習”欄目引導學生掌握公式。“向心加速度”這一節利用之前學習的牛頓第二定律知識，推導出向心力的表達式，并通過圓錐擺例題，進一步引導學生理解向心力的大小、方向、來源；通過“做一做”欄目中設置的實驗發現向心力與線速度、角速度、半徑之間的關系；通過“問題與練習”欄目來鞏固對公式的應用；最后利用一小塊版面介紹變速圓周運動的力與運動的關系和一般的曲線運動中的處理方法。

新版教科書先是把“曲線運動”一章內容拆分成兩章，分別是第五章拋體運動和第六章圓周運動，第六章圓周運動中的四節內容沒有進行增刪，但是把向心力和向心加速度的學習順序進行了調整，先學習向心力，再學習向心加速度?！跋蛐牧Α边@一節是先利用游樂場里“空中飛椅”游戲項目引出新課，進行受力分析，再以細繩牽引小球在光滑桌面上做勻速圓周運動為例，讓學生感受小球的受力方向，從而進行向心力概念的學習；再通過“做一做”欄目引導學生理解向心力的大小、方向和來源，以及向心力的大小與物體的質量、速度、軌道半徑等關系；接著進一步利用向心力演示器探究向心力大小的表達式；最后介紹變速圓周運動和一般曲線運動的受力特點和處理方法，通過“問題與練習”欄目引導學生進一步理解向心力?！跋蛐募铀俣取边@一節利用天宮二號繞地球做勻速圓周運動，引出做變速運動的物體的受力不為零，有加速度且是向心加速度的概念。由于先學習了向心力，所以這里可以直接利用牛頓第二定律得出向心加速度的表達式。“思考與討論”欄目中利用自行車的大齒輪、小齒輪和后輪之間的關系，鞏固了學生對向心加速度與線速度、角速度、半徑的關系的理解。例題是圓錐擺，找出向心力是由哪些力來提供。最后是“拓展練習”，進行向心加速度公式的推導?！熬毩暸c應用”鞏固了學生對向心加速度概念的理解和公式應用。

三、新舊教科書的對比分析

(一)舊新教科書中的欄目設置對比分析

新舊教材“向心力和向心加速度”這兩節中欄目設置對比如表1所示。相比舊版教科書，新版教科書新增了“問題”欄目，并且將該欄目設置于每一小節開頭部分以引出向心力和向心加速度的概念。該欄目設置的問題貼近生活實際或是科技前沿，不僅能激發學生的學習興趣和求知欲望，還能更好地培養學生物理學科的核心素養。在“向心力”這一節里增加了利用“向心力演示儀”探究向心力大小表達式的探究實驗，讓本節內容從探究實驗中來，體現了物理學科的特點和科學探究的意義，進一步培養學生的物理學科核心素養。

(二)新舊教科書中的內容對比分析

首先，新舊教材每一節開頭都有“問題”欄目，問題分別是“空中飛椅”和“天宮二號繞地球運動”，設置的問題或貼合生活實際或是科學前沿，不僅具有教學中引出新課的作用，更能激發學生學習物理的興趣。在學生有了前一章曲線運動的知識基礎上，從動力學的角度引出向心力的概念，先讓學生從“空中飛椅”情境中體會向心力的大小和方向，為接下來的定性和定量學習向心力做好預設。

其次，新教材中運用向心力演示儀來探究向心力大小的表達式，讓舊教材中用大篇幅的物理描述來感受向心力的“做一做”欄目顯得不必要。物理是一門以實驗為基礎的自然科學，物理實驗體現著科學探究的重要思想和方法，對培養和發展學生的物理學科核心素養意義重大。舊教材中只是用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式，其不僅違背物理學科嚴謹的學科態度，更是讓學生對向心力的學習產生疑問，是缺乏科學態度和科學精神的體現，而且教材中的圓錐擺實驗在實際操作上難度較大，很難讓實驗驗證達到預期效果，實驗教學效果存在一定的不確定性。新教材把舊教材中的圓錐擺實驗改編為向心加速度的例題使用，降低了教與學的難度。

再次，舊教材先學向心加速度再學向心力，“做一做”欄目中的探究向心加速度大小的表達式，是教和學的難點，由于學生數學知識掌握的不足，探究方法難教難學，讓本來就有認知邏輯問題的向心力和向心加速度的學習難上加難。新教材大膽地改變向心力和向心加速度的學習順序，把“做一做”改成“學習拓展”，把“探究”改成了“推導”，讓教師明確了教學主次性，讓學生的學習認知具有邏輯性，更讓教材的編排具有物理學科特點和體現物理學科的核心素養。

最后，在變速圓周運動和一般曲線運動的受力特點這一部分內容上，新教材在標題上加了“受力特點”幾個字，讓學生在學習這部分內容時目標明確。新教材添加了“思考與討論”欄目，避免了舊教材中的大篇幅文字敘述的單調乏味，讓學生在問題中去學習和探索，更物理學科特點突顯，注重學生的科學思維和科學探究能力的培養。

表1 新舊教科書“向心力和向心加速度”兩節欄目設置對比

(三)新舊教科書中的其他對比分析

對于舊教材中的好的部分，新教材有的略加修改和位置調整，有的只字未動繼續使用。例如：舊教材“思考與討論”中的自行車大小齒輪和后輪問題、“實驗”中的圓錐擺問題、“做一做”中的向心加速度公式的推導、部分知識插圖、課后習題，等等。從以上這些可以看出，舊教材中存在很多亟待解決的問題，在普通高中物理新課程標準(2017年版2020年修訂)的指導下，在充分體現物理學科特點和學科核心素養的基礎上，相關部分教材進行了改版。

四、基于物理核心素養的教學建議

通過從不同角度新舊教材進行對比分析，現對向心力和向心加速度這兩節的教學提出以下幾點建議。

(一)創設物理情景，建構物理觀念

在教材內容的設置上，要兼顧教師的教和學生的學；教師在教學過程中，首先要研究教材章節里每一部分的編寫意圖，通過問題情景的創設，引導學生用物理的思維去學習物理，用物理的觀念去認識物理概念和規律，并進一步去解決與物理知識有關的實際問題。

利用好新教材中的“問題”欄目，例如：“空中飛椅”，教師在教學中要引導學生進入這個情境中，引導學生從受力的視角去分析飛椅和人的運動，進而提出向心力的概念。利用天宮二號繞地球做勻速圓周運動的視頻，引導學生抓住勻速圓周運動中力與運動的關系，從而引出向心加速度的概念。在利用向心力演示儀探究向心力大小的表達式時，引導學生去研究向心力與物體的質量、速度和軌道半徑的關系；在研究向心加速度時，要引導學生利用牛頓第二定律體會力與運動的關系。通過多途徑引導學生深層學習，促進學生物理觀念的形成和發展。

(二)基于認知邏輯，發展科學思維

在學習向心力和向心加速度的新課之前，學生已經有了一定的知識儲備，例如牛頓運動定律、曲線運動、勻速圓周運動等。研究小球所受合力的方向，提出向心力的概念，在下一節進一步研究向心加速度，符合力是物體運動狀態改變的原因的認知基礎，培養學生的科學思維。在“空中飛椅”物理情境中引導學生進行受力分析，找到向心力的來源。通過“做一做”欄目中引導學生思考向心力的大小與哪些因素有關，發展學生的物理模型建構能力。在學習了向心力大小的表達式的基礎上，根據牛頓第二定律得出向心加速度大小的表達式，應用極限思想推導向心加速度公式，發展學生的科學推理能力。通過變速圓周運動和一般曲線的受力特點的學習，發展學生的科學論證和質疑與創新能力。

(三)注重科學探究過程，提升科學探究能力

利用向心力演示儀探究向心力大小的表達式的探究實驗，實驗采用控制變量的方法進行研究，是在感受向心力的基礎上進行的定量研究，從學生的體驗入手，逐步上升到理性認識，在兩節的例題和習題中，得到了實際應用。向心力相對于向心加速度更具感性特征，因此教材在描述圓周運動的基礎上，先從感受向心力的大小和方向、探究影響向心力大小的因素入手，利用牛頓第二定律分析向心加速度的大小和方向。在教學的過程中，教師要根據教材編寫的邏輯順序，逐步引導學生由感受到定量研究，再到公式的得出，注重學生的探究過程，發展學生科學探究的能力。

(四)從物理走向生活，培養學生的科學態度和責任

“向心力”一節中對“空中飛椅”進行了解釋；“向心加速度”一節中，對“天宮二號繞地球運動”加速度大小和方向進行了討論，對“思考與討論”欄目中的自行車大、小輪和后輪的向心加速度進行了討論，在教學中要注重引導學生正確認識科學的價值，不斷培養學生的科學思維和科學探究能力。在“向心力”一節的“習題與應用”欄目中，第5題根據汽車在水平公路上轉彎的受力分析，引導學生利用科學知識分析生活中的實例，增強安全意識。在“向心加速度”一節的“習題與應用”欄目中，第1題根據情況列舉生活中的實例，比較向心加速度的大小，讓物理知識走進生活，在真實的物理情境中引導學生通過計算、推理、分析、反思，培養學生的社會責任感。