高中物理教材“抛体运动”内容的比较研究

余嘉懿　张军朋　廖元锡

摘 要：物理教材作为物理课程标准的具体化形式，是提高学生科学素养的重要工具.基于不同版本教材进行分析比较是完善教学过程的主要途径.选取人教版和鲁科版两个版本中的“抛体运动”内容，就章节编排、栏目设置、教材实验、例题和习题等方面进行比较分析，以期能为实际教学提供有价值的参考.

关键词：教材比较;抛体运动;人教版教材;鲁科版教材

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）05-0017-05

作者簡介：余嘉懿（1996-），男，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向：中学物理教学;

张军朋（1963-），男，广东广州人，硕士，教授，硕士生导师，研究方向：中学物理课程与教学论、物理学习心理、物理教育测量与评价;

廖元锡（1962-），男，海南海口人，博士，教授，硕士生导师，研究方向：中学物理课程与教学论、物理教师教育.

1 引言

“抛体运动”是高中物理学习中的重要章节，《普通高中物理课程标准（2017年版）》对“抛体运动”的教学要求作出了如下阐述：一是通过实验，了解曲线运动，明确物体做曲线运动的条件，具有与抛体运动相关的运动观念，能基于科学探究得出平抛运动的规律;二是能熟练运用抛体运动模型进行分析推理，领略将复杂运动分解为简单运动的物理思想，具备将物理知识运用在日常生产生活中的意识[1].在新课程标准指导下，不同版本的高中物理新教材相继出版.然而，系统地比较分析不同版本新教材的研究还较少，因此本文以新版人教版[2]和鲁科版教材[3]为例，从不同角度展开比较分析，旨在能为物理教学提供借鉴与参考.

2 教材内容对比分析

2.1 章节编排的对比分析

“抛体运动”这一章内容是曲线运动中的运动学及动力学知识的延伸，与前面所学内容构成了运动与相互作用认识由浅入深的逐渐深化过程[4].两版本教材“抛体运动”一章章节的编排见表1，内容的逻辑顺序分别如图1和图2所示.

由此可见，两版本教材均以曲线运动为知识基础，以运动的合成与分解为主线，以平抛运动为核心，彰显出教材编写的递进性和内在逻辑性.

人教版教材将曲线运动基础知识与运动的合成与分解分别设为两节内容：第一节内容围绕曲线运动的特点展开描述，第二节内容聚焦于解决曲线运动问题的基本方法，这样处理既降低了教材的难度，又有利于学生对知识的理解.鲁科版教材将曲线运动基础知识穿插于“运动的合成与分解”这一节内容中，突出知识之间的联系，为学生掌握平抛运动的特点及其规律奠定基础.

在“平抛运动”的处理上，两版本教材的编排也不尽相同.人教版教材先通过实验探究平抛运动的特点，再运用运动学和动力学知识推导出平抛运动规律，最后尝试让学生借鉴处理平抛运动的基本方法分析一般的抛体运动.这种内容编排不仅符合学生的认知发展规律，而且还重视学生迁移创新能力的培养.而鲁科版教材则先从生活实例中提炼出平抛运动的概念，得出平抛运动的特点，再运用实验探究和理论推导得到平抛运动的规律.由此可见，人教版教材重视培养学生的迁移创新能力，鲁科版则更注重联系生活实际，培养学生分析实际问题的能力.

对“抛体运动”最后一节的安排，两本教材采取的方式有所不同：人教版从理论分析的角度对抛体运动的规律做了进一步的分析，对平抛运动的速度、位移与轨迹、一般的抛体运动（斜抛运动）进行了总结，同时结合例题加深理解与运用.鲁科版教材将这部分内容单独设为一节“生活中的抛体运动”，引入田径场上投掷的链球、铅球及杂技表演中的空中抛球表演等贴近生活的实例，注重培养学生的分析综合能力和问题解决能力，从物理的视角去思考生活中的抛体运动，促进学生运动和相互作用观的形成.因此，从章节编排的角度上看，两版本教材的设计都有其充分的考量，且各具特色.

2.2 栏目设置的对比分析

栏目的设置在教材中发挥握纲提领的作用，栏目的种类、数量、内容不仅影响着教材的质量，而且关系着学生的学习效果.两版本教材在“抛体运动”这一章设置的栏目类型大体上可以归纳为四大类：思考类、实验类、解题练习类及延伸类，具体栏目设置情况见表2.

由表2可以看出，两版本教材都设置了形式多样的栏目，在思考类、解题练习类及延伸类栏目的呈现上有较大的差异.从思考类栏目来看，人教版教材在“问题”栏目展示大量实例，增强知识与物理情境的联系，引发学生的思考，其“思考与讨论”栏目与鲁科版教材的“物理聊吧”栏目类似，目的在于让学生在互相讨论中加强对知识的理解;从解题练习类栏目来看，相较于人教版教材，鲁科版教材增设“讨论”及“习题迁移”栏目，设置的习题较为灵活，注重让学生多元化思考问题，开拓学生的思维，同时习题中渗透了“微元”“理想化模型”等物理思想，让学生在习题训练中内化物理思想与方法;从延伸类栏目来看，人教版教材侧重于拓展学生知识视野，如“拓展学习”栏目中介绍基于传感器探究平抛运动，“做一做”栏目中展示用飞镖显示曲线运动的速度方向的实验，旨在增强学生的感性认识，并让学生感受到物理与现代科技的关联，而鲁科版教材则注重于引导学生的学习，“请提问”栏目和章末“我的学习总结”栏目显示出教材的开放性，引导学生针对本节内容创造性地提出相关问题，培养学生的问题提出能力和创新能力，“策略提炼”栏目内容叙述简洁明了，通过总结和归纳同类型问题的分析方法，使学生明晰具体解题思路，提炼解题方法，深入地理解本章知识.穿插于正文部分的“素养提升”栏目基于核心素养的视角提炼所学内容的内在价值，指引学生的学习.因此，两版本教材的栏目设置均注重以问题为导入，激发学生的学习兴趣;以实验为基础，培养学生的创新能力和动手能力;以习题为依托，注重让学生在习题训练中巩固知识，内化方法;在扩展延伸中发散学生的思维.不同的是，人教版教材在栏目设置中更强调与实际生活的联系，鲁科版教材更注重学生发散性思维能力的培养.

2.3 两版本教材实验的对比分析

物理实验是物理学习的一个重要组成部分，它既是物理学习的重要基础，又是物理学习的重要方法和手段.两版本教材正文部分实验对比见表3.

通过比较发现，两版本教材在部分实验设计思路上有共通之处.例如，两版本教材都给出了如图3所示的实验以验证平抛运动在竖直方向上的规律.为了能说明物体做曲线运动的条件，鲁科版及人教版教材分别设置了如图4和图5所示的演示实验.但相比于鲁科版教材设置的实验，人教版教材的实验设计确保了只有力才影响小球的运动状态，在斜槽上放置小鋼球避免了因小球初速度不同对其运动轨迹的影响，其实验更具合理性.

从实验内容编排上看，曲线运动的速度方向作为研究曲线运动的重要内容，相较于人教版教材安排的斜槽轨道演示实验，鲁科版教材基于观察笔画直线和曲线时笔尖的运动方向来探究曲线运动的速度方向，其实验内容更偏向于学生生活实际，着重于应用简单生活化的材料培养学生的科学探究能力.在“运动的合成与分解”一节内容中，鲁科版教材是通过“竹筏过河运动”过程对运动的合成与分解问题展开讨论，而人教版教材则通过将物理情境简化成“研究蜡块在玻璃管中的运动”实验，并详细介绍了研究蜡块运动的分析思路，凸显出模型建构在高中物理学习中的重要作用，进一步深化了实验是研究物理实际问题的重要手段.

从教材实验设计上看，鲁科版教材整体结构更加清晰，逐一介绍了实验目的、实验器材、实验思路、实验步骤、数据处理分析等具体内容，这种编排形式符合科学实验探究的顺序，有助于引导学生掌握实验探究的步骤和方法，从而顺利完成实验.人教版教材没有详细叙述实验主要步骤，而是基于“问题串”的方式呈现，引导学生自行完成实验方案的设计，以达到培养学生独立思考和实验操作能力的目标.此外，鲁科版教材实验部分还附有“安全警示”小贴士，提醒学生要注意实验安全，强调学生安全防范意识的培养.相比之下，人教版教材在人性化的体现上略逊色.

2.4 教材例题、习题的对比分析

例题和习题既是教材中的重要构成部分，又是实施教学评价的主要方式.教材中呈现的例题能引导学生规范解题格式，明晰解题思路.习题的设置对于学生学习情况的反馈、物理问题解决能力的培养起着关键性作用.两版本教材例题、习题的对比分析分别见表4和表5.

从表4中可以看出，由于教材篇幅的限制，两个版本教材中例题的数量都偏少，但是针对教材内的重点知识，两版本教材都安排了相应的例题，并且例题均为计算题，这与“教材例题的设置是以帮助学生掌握基础知识并熟练运用物理公式”为目的的编制意图相符.就例题的解答模式而言，两版本教材都展示了规范化的求解过程，这有利于学生养成良好的解题习惯.此外，鲁科版教材还在例题中加入讨论的环节，旨在通过对例题的讨论，帮助学生内化知识.

由表5可知，两版本教材习题设置多样，在习题数量上略有差别.人教版教材习题主要为计算题、简答题，辅以少量的实验题和作图题.章末习题按照习题的难度划分为A、B两组，以满足不同水平学生的需要.A组习题相对简单，侧重于基础知识的考查.B组习题属于拔高性题目，主要考查学生对抛体运动知识的综合运用.相较于人教版教材，鲁科版教材习题层次更为鲜明，题型也更为丰富.教材编制了1-2 水平、3-4 水平的习题，分别对应学生学业质量水平的不同层级.除了有唯一标准答案的良性结构问题外，还编制了基于生活情境的探究性问题.比如要求学生从抛体运动的视角分析思考烟花形状形成的原因，以此激发学生对科学探究的兴趣.其章末习题由“科学认知”“科学辨析”“温故知新”三部分组成，体现出物理内容的基础性和全面性.其中“温故知新”版块的习题意在引导学生复习回顾上一章所学内容，起到巩固和提升的作用，有助于学科知识结构的整合，构建更为完整的知识框架.

3 教材编写的多样性对教学的启示

基于两版本教材的比较分析，可以发现教材在章节编排、栏目设置、教材实验、例题和习题等方面存在比较显著的差异.结合前文的对比分析和教材中渗透的指导思想和教育理念，提出以下几点教学建议.

3.1 注重方法渗透，建构物理观念

物理观念是物理概念和规律在头脑中的提炼与升华，是对物理思想和方法的概括性、纵观性的认知与体验.基于物理观念的概念教学既要包括对物理概念的深入认识与理解，还要包括科学思想方法的体验与应用.因此，在概念教学中应以物理思想方法作为生长点向外延展，引导学生对物理过程深入分析，发展学生运用物理思想方法处理实际问题的能力，实现对物理思想方法的内化，让学生在物理方法的体验和反思中建构物理观念.

在处理曲线运动时，要引导学生运用“等效替代”的思想进行“化曲为直”从而将复杂问题简单化，突出“等效替代”思想在物理学中的重要地位，并且让学生回顾进行力的合成与分解时，也会用到这种思想在巩固中提升，从而实现物理思想的融会贯通.

3.2 重视实验探究，培养创新精神

课程标准重视培养学生通过实验探究理解物理规律的能力，对教学活动的过程性提出要求，要让学生经历科学探究的过程、建构物理学科知识.其价值在于：培养学生的探究能力、问题解决能力、物理思想方法、实事求是的科学态度.但是让学生经历探究的过程，不应该是教师直接告诉学生每个实验步骤应该做什么，而是应该以教材为参考，教师给予充分的引导，让学生自主建构探究方案，学习科学探究的思维和方法.

比如在平抛运动特点的探究实验中，应重视让学生经历完整的科学探究过程，在探究过程中渗透物理思想与方法，注重培养学生的科学思维.并通过创设物理情境让学生自主发现问题，突出学生的主体性.每一个实验结论的得出都是建立在实验的基础上，这样做具有比较强的说服力，培养学生严谨的科学态度与责任.让课堂的探究活动充满灵动和生命力，具有真正科学探究的价值，培养学生科学探究的能力.在基于物理核心素养的大背景下，我们要重视新教材的实验探究部分对课堂教学的指导作用，以教材为基础展开教学，真正将学生物理核心素养的培养植根于物理课堂.

3.3 创设多元情境，促进核心素养达成

课程标准在教学建议中提出：“在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设”，强调创设情境进行教学，对培养学生的物理核心素养具有关键作用，两版本新教材均体现出对创设情境极大的重视.作为优秀的物理教师不仅是单纯地传授学生物理知识，而是通过适时地创设教学情境，搭建认知平台，激发学生积极主动地学习物理，从而不断地培养学生探索新知的能力.相比其他的教学方式，创设情境进行教学具有一定的优越性：可以激发学生的学习兴趣，为学生提供感性认识，还原知识的真实场景等.教师应本着“立足课程标准，回归物理教材”的原则，联系生活实际创设多元情境促进学生的学习，包括联系生活，创设问题导入情境;擴展实验，创设概念形成情境;引发冲突，创设科学探究情境;激活知识，创设迁移应用情境.通过四个方面情境的创设形成“问题—实验—探究—应用”的教学模式，以情境引问题、以问题导探究、以探究促真知、以真知解问题，从情境中来，到情境中去.通过情境教学让学生解决真实情境中的物理问题，从而提高学生的探究能力，增强实践意识，促进学生核心素养的达成.

4 结束语

人教版教材在内容呈现上考虑到了学生的接受能力，在章节的编排上真正做到了从学生的角度出发，有利于学生形成良好的知识结构.鲁科版教材知识广度大且与日常生活间的联系更为紧密，知识呈现的方式多元化，充分发挥学生学习的主动性，强调学生思维能力的培养.教材作为教师进行教学活动的重要依据，虽然两版本教材在编写时都顺应了课程标准的变化，聚焦于学生物理核心素养的发展，但是每套教材难免会存在一些局限性.因此，教师在教学过程中，应广泛地收集这些优质的教材资源，并结合不同版本教材特点，依据教学实际进行适当的取舍与整合，设计出更科学合理的教学方案，以提高物理课堂教学的质量.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理（必修第二册）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]廖伯琴.普通高中教科书物理（必修第二册）[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[4]魏昕.人教版《第五章 抛体运动》编写说明[J].中学物理，2019，37（19）：2-4.

（收稿日期：2020-12-25）