高中物理新旧教材对比分析及教学建议①——以“动能和动能定理”为例

李正吉 张小洪

(西南大学附属中学校，重庆 400700)

1 引言

《普通高中课程标准(2017年版)》(以下简称新课标)明确指出：要发展学生在物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任等方面的物理学科核心素养。教材是教师的第一手教学资源，是教师开展教学活动的重要依据，本文以“动能和动能定理”一节为例，从核心素养的视角，对人教社出版的新旧教材从导入、正文、例题与习题等方面进行对比分析，以期更好地理解和使用新教材，达成核心素养的培养目标。

2 在导入部分突出物理观念，激发学生的求知欲

新版教材采用“总导入”“章导入”“节导入”相结合的方式进行导入。在“动能与动能定理”一节中，新版教材增加了导入语，先回顾了物体的动能与质量、速度的关系，指出：“物体质量越大，速度越大，它的动能就越大”；然后列举炮筒推力做功使炮弹动能增加的例子，引导学生思考动能变化与做功的关系；最后要求学生举出更多动能与做功有关的例子，并提问：这对于定量研究动能有什么启发呢？

2.1 明确学习内容

导入语所述的影响动能大小的因素、动能与功之间的关系、动能的定量研究，这些都是学生应该形成的对能量的基本认识，属于能量观念的范畴。物理学科核心素养中的物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念以及能量观念，这些物理观念的形成有利于学生更好地认识、理解自然，并在问题解决中加以运用。

2.2 激发求知欲

导入语先从学生的已有知识出发，再逐渐过渡到新知识，这符合学生的认知特点，使他们对新知识的学习充满期待。导入语鼓励学生举出更多生动的例子，体现了“从生活走向物理”的课程理念，使学生产生学习兴趣；导入语采用问题导入的方式，通过问题激发学生的求知欲。

2.3 教师可发挥的空间大

在“举出其他例子”部分，教师可以引导学生举出更多与动能变化、做功相关的例子，比如风车(要获得更大动能，风必然做更多的功)、小孩玩滑板车(要获得更大的动能，小孩必然用力蹬地，做更多的功)等；也可以播放一些有趣的视频，比如“钢针穿玻璃”“扑克切黄瓜”等，让学生认识到：虽然钢针、扑克牌质量小，但依然可以通过做功使它们具有很大的动能；还可以在课堂上进行游戏互动，比如让学生玩抛球、驱动回力车等游戏，直观体验动能与功的关系。在动能的“定量研究”中，教师可以向学生介绍伟大的科学家伽利略的名言：“自然之书是用数学语言写成的”，说明用数学表达物理规律的简洁之美。这些常见的例子、有趣的视频、生动的游戏会引导学生形成能量观念，养成科学态度与责任感。

3 在正文部分注重建模与推理，提升学生的科学思维能力

3.1 注重物理建模

在课题导入之后，学生需从大量例子中找出共性、抓住本质，构建滑块模型，教材中给出的问题背景如下：质量为m的某物体在光滑水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下，发生一段位移l，速度由v1增加到v2(图1)。这是一个简单的同时也是在研究物体的受力与运动、动量、能量问题时均会涉及的经典物理模型。新旧教材均采用了此模型，物理建模能力是一种非常重要的科学思维能力，是核心素养的重要组成部分。

图1

纵观整个高中物理教学内容，有许多物理模型可以帮助学生理解物理知识，提升科学思维能力。比如传送带模型，教师可以引导学生运用模型中研究传送带呈水平、倾斜或竖直放置的情形，结合动摩擦因数的大小、相对速度的关系，对多种情境从运动、能量视角进行相关分析，培养学生的建模能力，提升学生从具体到抽象、再从抽象到具体的科学思维能力。另外，高中物理还涉及到轻杆(轻绳、轻弹簧)模型、小船渡河模型、双星系统模型、人船模型、电磁感应中的双杆模型、流体的柱体微元模型等，这些都是提升学生建模能力的绝佳素材。

3.2 注重演绎推理

与旧版教材相比，新版教材增加了“科学方法”栏目，本节在此栏目中介绍了演绎推理方法：“从一般性结论推出个别性结论的方法，即从已知的某些一般原理、定理、法则、公理或科学概念出发，推出新结论的一种思维活动。”教师在教学过程中需关注：公式推导的目的绝不只是为了得到公式，也不只是为了让学生记住公式，最重要的是要让学生亲历演绎推理的过程，培养学生演绎推理思维。

科学思维并非凭空产生的，科学思维的培养需要载体。除了本节内容所涉及到的物理建模、演绎推理等科学思维方法外，教师还应注重在整个高中物理教学过程中引导学生学习其他科学思维方法，如通过瞬时速度学习微元思维，通过力的合成与分解学习等效思维，通过匀变直线运动学习逆向思维。

4 在例题与习题部分关注科学态度与责任

4.1 例题有所更新，与时俱进

图2

新旧教材相比较，例题1情景变化不大，但细节作了一些修改，比如飞机的质量m由5.0×103kg变为7.0×104kg，起飞位移由5.3×102m变成2.5×103m，起飞速度由60m/s变成80m/s。随着科技的进步，我国常用的民用飞机由原来的小型飞机升级成中大型客机，民用机场跑道等基础设施也得到极大改善。查阅相关资料发现，民航飞机常用的波音B737客机和空客A320客机的质量大约为7.0×104kg，起飞距离大约为2500m，起飞速度约为78m/s，可见新版教材的素材与时俱进，非常注重题目数据的真实性和科学性。

例题1示意图由图3变成图2，图3是飞机起飞后的情景，与题目所描述的情景不太相符，而图2更加准确地描述了飞机起飞的情景，与例题所描述的情景更相符；旧版教材中的“牵引力”也变成了更为准确的“平均牵引力”。通过对这个例题进行比较研究，可见教材编者严谨的态度，对一线教师命题的规范性和科学性等方面起了很好的示范和引领作用。

图3

4.2 彰显我国科技和文化

新版教材中例题2是一个有关打夯的题目(图4)，在现实生活中，打夯其实已经很少见了，但是这项活动具有中国传统特色，学习过程可以增加学生的文化自信。新版教材中还介绍了悬空寺、赵州桥、司南、鱼洗等我国古代科技成就，以及中国“天眼”、嫦娥奔月、航空母舰、高铁等现代科技成就，均体现了物理学对社会发展的影响，有利于强化学生的科学态度与责任感。

图4

新版教材例题2与旧版教材相比更为复杂，建议教师在实际教学中通过设置“阶梯式”问题来引导学生一步一步思考，比如：(1) 手释放瞬间夯的速度大小是多少？(2) 夯能上升的最大高度是多少？引导学生认真分析物体受力和运动过程，培养学生分析、解决问题的能力，在解答过程中可以让学生尝试用多种方法来解决问题，并通过比较不同解法，让学生体会用动能定理在解决复杂过程问题的优势，充分发掘该例题的教学价值。

4.3 习题凸显严谨性与科学性

对比新旧教材“动能和动能定理”的课后“练习与应用”部分，题目个数、情景、问题等变化不大，但对一些细节作了修订，比如：第3题中的子弹的质量由2g变成8g，这个数值更接近目前通用子弹的实际情况。配图由示意图(图5)变为子弹打击木块的真实情景图(图6)，体现了编者注重物理问题与实际情景相联系的编写思路，使学生在解决问题时有真实的情景依据；第4题中紧急出口的气囊斜面长度由5.5m变为6.5m，与现代客机的紧急出口气囊长度更相符；第5题中足球飞出的高度由10m变成5m，与实际情况更相符、更加合理，这些细节处处体现出编者求真务实、严谨的科学态度。

图5

图6

物理教学不应仅限于讲授知识，更应让学生思考生活实践中的问题，在教师的引导下进行深度学习，并在学习过程中形成物理观念，提升科学思维，学会科学探究，养成严谨求实的科学态度，这才能满足学生终身发展的需求。本文通过对新旧教材中“动能和动能定理”一节的对比分析，深刻理解新版教材以培养学生学科核心素养为目标而做出的调整，相信在新版教材的指导下，物理教学会更有利于提升学生的核心素养，既满足学生终身发展的需求，又满足社会培养新型人才的需要。