三個版本高中物理教材對比分析

摘 要：本文對人教版、粵教版和滬科教版三個版本高中物理教材中“拋體運動”一章中關(guān)于“曲線運動”的內(nèi)容，從編寫思路、前概念轉(zhuǎn)化情況、實驗、插圖和課后習(xí)題五個方面進行比較分析，根據(jù)對比結(jié)果給出教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：教材對比；曲線運動；高中物理

《普通高中物理課程標準（2017版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）提出：“關(guān)注學(xué)生多元發(fā)展，設(shè)計具有基礎(chǔ)性和選擇性的課程?！?sup>［1^］廖伯琴在《〈普通高中物理課程標準〉（2017年版）要點解讀》中強調(diào)課程應(yīng)具有基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和選擇性。^［2］學(xué)生是多樣化的，教材、課程和教學(xué)方法的選擇也要因材施教。通常，高中物理課程分為必修、選擇性必修兩部分，以滿足不同水平和興趣的學(xué)生需求。高中物理教材版本豐富，有人教版（2019版）、粵教版（2019版）、滬科教版（2022版）、魯科版（2019版）等版本（以下簡稱人教版、粵教版、滬科教版和魯教版）供學(xué)校和教師選擇，其中，人教版教材使用人數(shù)最多，華南地區(qū)主要使用粵教版教材，華東地區(qū)主要使用滬科教版教材。不同版本教材的知識呈現(xiàn)邏輯、素材、欄目活動和習(xí)題等略有差異。接下來筆者以“拋體運動”一章中關(guān)于“曲線運動”的內(nèi)容為例，對人教版、粵教版和滬科教版三個版本的教材進行對比分析，期望給予一線教師們一些教學(xué)啟發(fā)。

《課程標準》對本節(jié)內(nèi)容的要求是：“通過實驗，了解曲線運動，知道物體做曲線運動的條件?！辈⑴e了生活中曲線運動的例子“投籃時籃球的運動軌跡?！?sup>［3^］接下來，本文結(jié)合《課程標準》對三個版本教材的編寫思路進行分析。

1 編寫思路對比研究

1.1 開頭

人教版：舉例生活中的曲線運動，給出曲線運動的定義——“運動軌跡是曲線的運動”，提示學(xué)生可類比研究直線運動來研究曲線運動，第一節(jié)開篇引用基爾霍夫的名言：“力學(xué)是關(guān)于運動的科學(xué)……”，強調(diào)運動的研究在力學(xué)中的地位。

粵教版：提問引入 “而在生產(chǎn)和生活中，不少物體的運動軌跡卻是彎曲的，能否借鑒研究直線運動規(guī)律的方法來探究這一類運動的規(guī)律？”提示學(xué)生可類比研究直線運動來研究曲線運動，舉例生活中的曲線運動，給出曲線運動的定義：“這些物體的運動軌跡都是曲線，我們將這類運動稱為曲線運動（curvilinear motion）”，然后提出方法——根據(jù)運動軌跡的特點，將運動歸入直線運動或曲線運動加以研究。

滬科教版：此版教材中本節(jié)的題目是“飛機投彈與平拋運動”，把曲線運動的知識融入飛機投彈的情境里，以平拋運動為核心和重點。開篇以飛機投彈情境作為引入，并提問：“要使投下的炸彈準確地命中地面的目標，飛行員應(yīng)在何處投彈？”給出學(xué)生可能的回答：“目標正上方時”“離目標一定水平距離處”…… 接著是過渡句“要想正確地回答這個問題，就要弄清楚炸彈離開飛機后的運動情況?！比缓笸ㄟ^模擬實驗“觀察小球離開桌面后的運動軌跡”，得到曲線運動的定義：“物體沿著一條曲線路徑的運動叫作曲線運動（curvilinearmotion）?！?/p>

1.2 曲線運動的速度方向

人教版：首先觀察圖片并提問：“砂輪打磨下來的熾熱微粒和飛出去的鏈球分別沿著什么方向運動？”接著是過渡句：“物體做直線運動時，速度方向與運動軌跡一致。物體做曲線運動時，速度方向又是怎樣的呢？”然后分析做圓周運動的鏈球的速度方向得到結(jié)論：“速度的方向在不斷變化。”之后進行演示實驗“觀察做曲線運動物體的速度方向”，陳述實驗過程并提問：“白紙上的印記與軌跡曲線有什么關(guān)系？”最后通過理論分析，利用極限的思想分析不斷靠近的兩個點的平均速度方向，得到結(jié)論：“質(zhì)點在某一點的速度方向，沿曲線在這一點的切線方向?！?/p>

粵教版：首先復(fù)習(xí)直線運動的速度方向，提問“物體做曲線運動的速度方向有什么規(guī)律呢？”接著進行實驗“觀察小球在出口處的運動方向與軌道曲線形狀的關(guān)系”，描述實驗現(xiàn)象：“小球在曲線軌道出口處的運動方向沿著該點的切線方向?！比缓罄脴O限的思想進行理論分析，最后得到結(jié)論：“在曲線運動中，質(zhì)點在某一位置處的速度方向與曲線在這一點的切線方向一致。”并為下一個知識點做鋪墊：“因為曲線運動的速度方向時刻都在變化，所以曲線運動是一種變速運動。”

滬科教版：“模擬飛機投彈的實驗表明：當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體就做曲線運動。即做曲線運動的物體的加速度與它的速度方向不在同一直線上。”

1.3 物體做曲線運動的條件

人教版：首先進行思考與討論：“你認為物體在什么條件下做曲線運動呢？”接著進行演示實驗“觀察鋼球的運動軌跡”，聯(lián)想生活中類似的例子，最后得出結(jié)論：“當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動。即做曲線運動的物體的加速度的方向與速度的方向不在同一直線上?！?/p>

粵教版：首先提問：“物體需要滿足什么條件才會做曲線運動呢？”，接著是過渡句：“根據(jù)牛頓第二定律，此時物體所受合外力不為零?！比缓筮M行實驗與探究“探究磁鐵要在什么方向上吸引鋼珠，鋼珠才會偏離原來的運動方向做曲線運動”，描述實驗現(xiàn)象：“當(dāng)鋼珠受到磁鐵的吸引力與鋼珠的運動方向不在同一直線上時，鋼珠將偏離原來的方向做曲線運動?！钡贸鰧嶒灲Y(jié)論：“當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動。”以兩個討論與交流題目作為結(jié)尾，分別是“根據(jù)乒乓球的頻閃照片分析其做曲線運動的原因”“觀察生活中的曲線運動并分析其做曲線運動的原因”。最后在資料活頁頁面展示航飛表演中的曲線運動的圖片。

滬科教版：教材直接給出“曲線運動的速度方向不斷變化”“做曲線運動的質(zhì)點在某一點（或某一時刻）的速度方向是在曲線上該點的切線方向上”“速度是矢量，只要速度的方向發(fā)生了變化，速度就發(fā)生了變化，也就有了加速度”。

1.4 結(jié)尾

人教版：以做一做“用飛鏢顯示曲線運動的速度方向”為結(jié)尾，體會曲線運動的速度方向與軌跡曲線的關(guān)系。

粵教版：以兩個討論與交流題目作為結(jié)尾，分別是“根據(jù)乒乓球的頻閃照片分析其做曲線運動的原因”“觀察生活中的曲線運動并分析其做曲線運動的原因”。最后在資料活頁頁面展示航飛表演中的曲線運動的圖片。

滬科教版：無相關(guān)內(nèi)容。

滬科教版教材本節(jié)標題是“飛機投彈與平拋運動”與人教版和粵教版教材的標題“曲線運動”有很大區(qū)別。滬科教版教材不太重視曲線運動的基礎(chǔ)知識，更重視平拋運動的教學(xué)，將曲線運動的知識點融入飛機投彈模擬實驗的平拋運動中。同時滬科教版教材基于一個模擬實驗就得到了曲線運動的兩個重要結(jié)論，缺失部分邏輯推理過程，教學(xué)內(nèi)容也不夠豐富，但滬科教版教材的優(yōu)點在于關(guān)注了學(xué)生的前概念，建立了有趣的飛機投彈情境。

1.5 對比分析

人教版和粵教版教材都推薦學(xué)生通過類比直線運動的研究過程來研究曲線運動，在章頭、正文和過渡句中都涉及類比遷移的思想。人教版教材將“曲線運動的定義”放在第五章拋體運動首頁的小字部分，可能導(dǎo)致學(xué)生忽略該知識點?；浗贪娼滩牡倪壿嬎悸犯忧逦?，每個實驗后都有對實驗結(jié)果的描述和實驗結(jié)論的推理，并且在知識點之間的過渡上做得更好。正文結(jié)尾部分的討論與交流環(huán)節(jié)讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識去分析問題，有利于鞏固知識和建立穩(wěn)固的知識結(jié)構(gòu)。

2 前概念轉(zhuǎn)化分析

根據(jù)波森納等人的概念轉(zhuǎn)變模型，學(xué)生前概念轉(zhuǎn)變的條件有不滿足性、可理解性、合理性和有效性。楊玉靜提出教材概念轉(zhuǎn)變各指標描述水平的判定標準^［4］，其中的一級和二級指標如表1所示。經(jīng)過文獻法調(diào)研得到“曲線運動”前概念有兩個：“向心力突然消失，物體將沿著或逆著原軌跡的大致方向繼續(xù)運動”^［5］“物體側(cè)面受力后，運動方向變?yōu)槭芰Ψ较??！?sup>［^6］［7］

經(jīng)過筆者分析，人教版、粵教版教材均無有效的沖突情景去激活原有的錯誤概念，“引發(fā)對前概念不滿”環(huán)節(jié)缺失，而在“新概念的可理解性”和“新概念的合理性”環(huán)節(jié)，人教版和粵教版教材都做得比較好，結(jié)合實例進行科學(xué)推理，并通過實驗探究和理論分析等方式納入新概念。在正文部分，粵教版教材的“新概念的有效性”環(huán)節(jié)完成度較高，讓學(xué)生在生活中常見的應(yīng)用情境中利用所學(xué)知識解決問題，而人教版教材在這一環(huán)節(jié)有所缺失。

滬科教版教材的“對前概念不滿”層級水平較高，建立了有效的沖突情境，激活原有的錯誤概念并讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，但在后續(xù)的概念轉(zhuǎn)化中，滬科教版教材僅簡單地把結(jié)論拋出，讓學(xué)生機械記憶，沒有提供有助于理解概念的素材、實驗和方法等，“新概念的可理解性”“新概念的合理性”“新概念的有效性”層級缺失。

3 實驗對比分析

隨后本文基于邱文婷構(gòu)建的教材科學(xué)探究水平分析框架和科學(xué)過程技能及其分類^［8］，對“曲線運動”一節(jié)中的實驗進行了分析（見表2）。

人教版教材的“觀察做曲線運動物體的速度方向”實驗的大部分材料易獲得，但弧形軌道較難制作，若用軟管作為軌道，軌道難以支撐，鋼球容易卡在管內(nèi)，而硬質(zhì)管又難以彎曲，需要自制半開放型軌道。教材沒有說明如何給予鋼球一定的初速度從彎道口進入，徒手推動難以給鋼球足夠動力走完全程。在“物體做曲線運動的條件”實驗中，鋼球的大小、傾斜軌道的傾角、磁鐵放置的位置都是實驗?zāi)芊癯晒Φ臎Q定因素?！坝蔑w鏢顯示曲線運動的速度方向”這一課后自制小實驗有利于發(fā)展學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)合作意識。本次實驗需要用到手機軟件慢放視頻并做定格處理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。

粵教版教材的“觀察做曲線運動物體的速度方向”實驗跟人教版教材實驗的區(qū)別在于軌道的設(shè)計，前者用6塊切割后的塑料板拼接成軌道，后者沒有提到軌道如何制作。

在“物體做曲線運動的條件”實驗中，三個版本教材的實驗科學(xué)探究水平基本是限定探究水平，實驗?zāi)康?、方案步驟、實驗結(jié)果、實驗結(jié)論都呈現(xiàn)在教材上。筆者建議教師以課本實驗為基礎(chǔ)讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、處理數(shù)據(jù)和得出結(jié)論，若時間不寬裕，教師可以按照探究步驟進行演示實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。滬科教版教材雖然本節(jié)實驗少，但更重視評價交流環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)也是人教版和粵教版教材缺失的地方。三個版本教材的實驗都以培養(yǎng)學(xué)生“觀察”這一科學(xué)過程技能為主。

4 插圖比較

圖片有助于顯化思維，有助于理解實驗過程和物理概念。如表3所示，人教版和粵教版教材的圖片類別豐富，每個實驗探究都配一張圖片，有助于學(xué)生形象化理解。但人教版教材在正文第一部分開頭的兩幅圖不能充分體現(xiàn)做曲線運動物體在某點處的運動方向，砂輪圖片較暗，而第二張靜態(tài)圖中看不出鏈球的運動軌跡，建議教師在PPT上播放動圖或視頻方便學(xué)生觀察。粵教版教材在導(dǎo)入環(huán)節(jié)提供較多生活素材的圖片，促使學(xué)生聯(lián)系生活、發(fā)現(xiàn)生活中的物理現(xiàn)象，利用所學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象和解決生活問題。

5 課后習(xí)題對比

人教版教材課后習(xí)題最多，種類最豐富，有些習(xí)題難度較大。如表4所示，粵教版出了4道概念辨析小題，有利于學(xué)生理解概念。人教版和粵教版教材都重點考察“做曲線運動物體的速度方向”，重視培養(yǎng)學(xué)生的畫圖能力。滬科教版第二章的第1節(jié)“飛機投彈與平拋運動”的習(xí)題全是平拋運動的題目，沒有單獨考查“曲線運動”的習(xí)題。

6 總結(jié)

本文從編寫思路、前概念轉(zhuǎn)化情況、實驗、插圖和課后習(xí)題五個方面對人教版、粵教版和滬科教版高中物理教材中關(guān)于“曲線運動”的內(nèi)容進行對比分析。人教版和粵教版的教材編排結(jié)構(gòu)、內(nèi)容安排、知識點分布接近，人教版教材的習(xí)題更加豐富，粵教版教材的圖片和實驗比較多，更關(guān)注學(xué)生日常生活中的物理現(xiàn)象。滬科教版教材的編寫思路與以上兩個版本有較大差異，跟其他章節(jié)內(nèi)容相比，滬科教版教材對“曲線運動”著重筆墨不多，但更重視對學(xué)生實驗的評價交流環(huán)節(jié)。

建議教師們結(jié)合三本教材的優(yōu)缺點，以人教版或粵教版教材的思路為主要教學(xué)思路，借鑒其他教材的素材和實驗補充教學(xué)框架，豐富教學(xué)內(nèi)容。同時，教師應(yīng)注重學(xué)生實驗以及實驗后的交流評價環(huán)節(jié)，并且多結(jié)合生活現(xiàn)象進行知識點的教學(xué)。

參考文獻

［1］［3］中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：8，15.

［2］顏文萱，王強.思維導(dǎo)圖輔助高中物理大概念的可視化建構(gòu)——以“曲線運動”單元復(fù)習(xí)為例［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2023，52（12）：1-5.

［4］楊玉靜.基于概念轉(zhuǎn)變的中學(xué)物理教科書分析及其教學(xué)設(shè)計研究［D］.大連：遼寧師范大學(xué)，2023．

［5］徐聯(lián).高中物理曲線運動前概念調(diào)查及轉(zhuǎn)化教學(xué)研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2020．

［6］黃佳瑞.高中生物理相異構(gòu)想的調(diào)查及矯正研究——以《力與運動》為例［D］.石家莊：河北師范大學(xué)，2020．

［7］白鈺，程琳.基于POE教學(xué)策略的高中物理力學(xué)迷思概念的轉(zhuǎn)化路徑［J］.福建基礎(chǔ)教育研究，2021（10）：102-106．

［8］邱文婷，張軍朋.高中物理教材實驗的探究水平與過程技能研究——以2019年人教版、滬科教版、粵教版必修部分為例［J］. 物理教師，2021，42 （11）： 18-22．