基于物理核心素养的新旧人教版高中物理教材对比研究

庄瑾 吴先球

摘   要：以《动量守恒定律》一节为例，基于物理学科核心素养对新旧人教版高中物理教材进行对比研究。基于两版教材的编写思路对比分析，结果表明新教材在物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个维度上都进行了深化和拓展，整体编写思路逻辑性强，更符合物理学科核心素养的培养要求。最后，基于新教材的优势，提出核心素养视角下使用新教材备课的四点建议。

关键词：核心素养;动量守恒定律;教材对比;人教版;备课建议

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2020）9-0024-4

《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出，高中物理课程以“立德树人”为根本任务，要提高学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础[1]。随着新课标的颁布，物理教材也开始更新，以适应新课标的要求。教材是教育实践的重要媒介，基于物理学科核心素养对物理教材进行分析，研究教材中是否渗入核心素养理念，有利于教师充分利用教材进行教学。笔者以《动量守恒定律》一节为例，对新旧人教版高中物理教材进行对比研究。

1    两版教材的编写思路

旧人教版教材中，《动量守恒定律》一节首先提出系统、内外力的概念，紧接着通过牛顿运动定律对两球碰撞模型进行分析，引出动量守恒定律的表述，同时提出正确认识动量守恒定律的两个注意点，随后通过两道例题的解析加深对定律的理解和应用，最后明确动量守恒定律的普适性，以一道“求动量变化大小和方向”的思考题结束本节内容。

新人教版教材中，首先基于前两节内容，利用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律的表达式，随后引出系统、内外力概念和动量守恒定律的表述。利用思考栏目和两道例题加深对定律的理解和应用，最后介绍动量守恒定律的普适性。另外，新版教材还增添了一节内容——实验验证动量守恒定律，证实动量守恒定律的科学性和普适性，也强调了近似满足动量守恒定律条件的几种情况。

2    基于物理学科核心素养的对比分析

2.1    物理观念维度的对比分析

物理观念是从物理学科视角形成的关于物质、运动、能量和相互作用等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华，是运用物理知识和方法解释自然现象和解决实际问题的能力[2]。新旧人教版教材在物理观念维度上的主要区别在于系统、内外力、动量守恒定律这几个知识点的引出，使得学生自主形成相应物理观念的过程有所不同。

旧人教版教材没有基于任何过程，直接提出系统、内外力的概念，而动量守恒定律虽然是由推导引出，但推导过程是在“动量守恒定律”这个小标题下进行的，相当于学生在学习本节内容时，容易先看到这个知识点，而后续的推导更像是一个验证环节，不利于学生自主在头脑中逐步形成这一物理规律。

新人教版教材则是先运用牛顿运动定律和动量定理对碰撞模型进行分析，推导得出动量守恒定律的表达式，由其非一般性分析系统受力情况，再引出系统、内外力的概念和动量守恒定律的具体表述，这种循序渐进的过程有利于引导学生在获取物理知识的基础上，将所形成的对于物理知识的观念性认识在头脑中提炼与升华，建构出属于自己的物理体系[3]。另外，在推导过程中用到动量定理也是区别于旧人教版教材的一點，动量定理是上一节刚学习过的内容，用它来推导出新知识更符合学生的认知特点，同时有利于学生在该节的学习过程中温故知新，并深刻理解动量守恒定律与动量定理之间的联系。

2.2    科学思维维度的对比分析

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法。主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素[4]。

在科学思维维度上，两个版本的教材都运用了“碰撞模型”，通过已有规律的公式推导出新规律的表达式，这属于相关性推理[5]，体现了科学推理这一要素，可以帮助学生理解动量守恒定律的本质及其与牛顿运动定律的联系。而不同之处在于“思考与讨论”这一栏目的设置。

旧人教版教材在本节内容的末尾设置了“思考与讨论”栏目，通过矢量图模型考查学生对于动量矢量性的理解，有利于培养学生模型建构的科学思维能力。该栏目放在本节内容的末尾可为下节课学习非对心碰撞动量守恒时对“总动量”的理解做铺垫，但对本节课的学习内容——“动量守恒定律”来说，该思考题的设置稍显突兀，放在第二节动量的概念及其矢量性之后会更合适些。

新人教版教材在提出“动量守恒定律”的表述后设置了“思考与讨论”栏目，考查的是学生对总动量的理解以及对动量守恒定律的认识，一开始学生可能会觉得总动量从无到有不符合前面所学的动量守恒定律，这时教师就可以引导学生思考讨论，让学生提出自己的观点并搜集证据去证明观点，从而体现出科学论证的要素。新人教版教材中这一思考题的设置，有利于加深学生对动量守恒定律的理解与应用，比起旧人教版教材其更符合教学逻辑。

2.3    科学探究维度的对比分析

科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，包括问题、证据、解释、交流四个要素[6]。

在旧人教版教材《动量守恒定律》一节中，科学探究的要素几乎没有呈现出来，对于动量守恒定律的引出和验证都仅仅是用公式推导、例题巩固的方式进行。而新人教版教材的探究性则极强，首先针对前述内容提出问题——“动量之和不变是否普遍”，引起学生思考并导入新课，然后通过牛顿第三定律结合动量定理科学推理引出规律的表述，在新增章节中通过实验验证动量守恒定律并设置思考问题的环节引导师生交流，呈现出科学探究维度中问题、证据、解释、交流四大要素。