透视高中物理新教材中习题的变化——以“抛体运动”为例

(青岛大学物理科学学院,山东 青岛 266071)

1 引言

《普通高中物理程标准(2017年版2020年修订)》用“核心素养的四个方面”替换了“三维教学目标”。根据此课程标准编制的教材(简称“新教材”)落实了这一新的教学理念，使“核心素养”理念得到了充分体现。全面分析新教材的变化,深刻理解编者设计意图,有利于在教学过程中落实“核心素养”之培养目标。

2 从教学实践层面解读物理学科核心素养

2.1 物理观念

学生物理观念的形成是一个从物理概念和规律出发,认识逐渐升华的过程。物理观念导向下的教学关注学生对概念、规律的理解,帮助学生在真实情境中认识物理概念和规律的意义、地位和作用,并在此基础上形成更高层级的观念性认知。

2.2 科学思维

科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式。[1]常见的物理思维活动有归纳与演绎、分析与综合、分类与比较、批判与创新等多种形式。[2]中学生处在物理学习的初级阶段,获得知识的主要方式是基于经验或实验建立概念,揭示规律,归纳思维是这一学习时段的基本方式。而演绎、分析、综合、分类、批判与创新等需要基于一定理论基础的较高级的思维形式，它是要在中学阶段重点发展和培养的。

从物理教学的角度看,科学思维是学生物理认知的基本途径和方式,思维能力的强弱直接影响着认知的结果。学生学习的过程就是思维活动、锻炼和发展的过程,也是教学实施中思维能力培养的过程。

从学生能力发展的角度看,物理学习的过程是从实践经验,到概念、规律,再到物理观念的形成过程,随着学习的不断深入,学生的思维水平不断地发展与提升。

2.3 科学探究

科学探究的主要目的是为了解决真实情境中的问题,获得关于客观事物本质及其发展规律的认知。[2]从教学维度来看,科学探究是运用一定的手段和器材,为揭示隐匿在现象背后的规律而开展的有计划、有目的的认知活动，学生在活动中通过身心体验获取信息、分析信息、运用信息进行意义建构。

2.4 科学态度与责任

在教学中需培养学生良好的学习意志,发散学生的思维，注重知识与实践的结合，让学生理解科学本质，养成科学态度与社会责任。

3 核心素养视角下新教材教学目标解读

以人教版高中物理必修二第五章“抛体运动模块”为例，从核心素养视角对其教学目标进行解读。

物理观念:对平抛运动事实进行提炼、升华，形成平面直角坐标系中二维运动合成的观念性知识及相关概念和规律。

科学思维:运用直线运动的物理规律、坐标系数学知识，综合分析归纳平抛运动的数学关系及物理特点;在解决实际问题的过程中培育学生的抽象、归纳、演绎、分析、综合等思维能力。

科学探究:对平抛运动进行实验探究,通过问题思考、猜想与实验论证,建构平抛运动的概念，发现平抛运动的规律。

科学态度与责任:引导学生认识科学本质,提倡以实验为基础的猜想,猜想应与实验和生活实际相联系。

4 核心素养视角下的新教材节末习题变化分析

4.1 内容设置层面的变化

在内容上,新旧教材的章节组成略有不同(表1),本研究的样本为人教社2005年出版的《普通高中课程标准实验教科书 物理必修2》(下文简称旧教材)和人教社2019年出版的《普通高中教科书 物理必修第二册》(下文简称新教材)。

新教材将“运动的合成与分解”单独设置为一节,放在平抛运动知识点的前面,介绍将复杂运动进行合成与分解的思想和方法,并总结了抛体运动的规律,有助于帮学生提炼、升华出平面直角坐标系中二维运动合成的观念性知识,使抛体运动的概念成型,从而将整章内容融为一体(表1)。

表1

4.2 节末新增习题

新教材将“运动的合成与分解”单列为一节,在节末设置了5道习题,与旧教材相比,新增了4道习题。新教材的这一变动旨在帮助学生从物理学视角形成对力与运动的基本认识,促进学生提炼出二维运动合成的观念性知识，表2呈现了新教材中“运动的合成与分解”一节的习题设置特点。

从内容的安排与习题的设置中，可以明显地看出新教材对“运动的合成与分解”的重视程度,引导学生把复杂的运动等效为简单运动的合成,将运动过程化繁为简,通过习题进一步让学生理解力与运动的关系。综合起来看,习题的选择遵循了科学性原则、系统性原则、典型性原则以及针对性原则。具体地来看,习题所要呈现的各种物理现象和过程都是符合自然规律、生活实际和物理理论。习题考查的内容也较为全面,兼顾学生物理知识、技能、思维和情意等方面的全面发展,既有巩固知识、培养技能的习题,又有发展学生物理思维、科学态度与责任的习题。

表2

表3展示了对“曲线运动”“实验:探究平抛运动的特点”“抛体运动的规律”这3节的节末新增习题的剖析。

节末新增习题重在培养学生的核心素养,核心素养的内容构成既相互关联又相互依存,层层递进,呈逐步升华的样态。[3]新教材在习题中对物理学科核心素养的挖掘可以用流程图来展现(图1)。新教材的习题设置旨在带领学生经历从日常生活中的经验到猜想再发展到实验探究过程,经历建立物理模型的抽象概括过程,培养学生的分析综合、推理论证等科学思维能力,从而建构起物理概念,揭示出物理规律,认识到科学的本质,逐渐培养他们的严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。

表3

图1

5 基于核心素养分析习题变化

习题变化由多种因素引起,从核心素养视角分析如下：

(1) 习题要适应教材内容。在“抛体运动”这一模块中,由于“运动的合成与分解”是新教材单独分出来的一节,习题的变动比较大,新增了3个习题,指向性很强,旨在让学生掌握运动的合成与分解的方法,将复杂运动化繁为简,通过习题进一步让学生理解力与运动的关系。

(2) 教材内容要适应课程标准。课程标准对于物理学科核心素养进行了凝练总结,并紧紧地围绕着核心素养的培养目标,精选、重组课程内容。新教材习题的设置反映了以上变化,既注重发展学生的科学思维,又鼓励学生进行科学探究,进而把抽象的物理概念、规律内化建构成学生的物理观念。习题与学科核心素养是紧密联系的,核心素养的理念指导习题的改进,反过来,习题又进一步帮助学生提高核心素养。

6 结语

合理的物理习题配置有助于增强和加深学生对科学知识的理解、促进学生对科学方法的运用和掌握,发展学生的科学思维。基于物理学科核心素养的培养要求,新教材在旧教材的基础上改正了习题重“结果”轻“过程”、对习题中的“提升素养”与“知识的应用”的目标定位不足等问题,新教材从内容设置的变动到节末习题的改进,无不体现了核心素养的重要地位。