核心素养视角下我国5版高中物理新教材的比较研究

邓 磊，蒋 敏

1.西南大学科学教育研究中心，重庆 400700

2.西南大学附属中学，重庆 400700

自2003年教育部颁布 《普通高中物理课程标准（实验）》以来，基于不同地区的社会、文化及学生的认知差异，我国相继出现了人教版、司南版（鲁科版）、沪科教版、教科版和粤教版5个版本的高中物理实验版教材。随着基础教育课程改革的不断深入，教育部于2018年颁布了修订后的《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》），2019年秋，经国家教材委员会专家委员会审核通过的前述5版修订后的高中物理新教材在浙江等6个省市开始试用，并于2020年9月开始全国使用。

作为当前我国高中物理课程育人功能的载体，提升学生物理学科核心素养的直接课程资源，这5版以立德树人为指导思想的“新”教材在编写原则、内容选择与呈现、辅助资源利用与开发上集中体现着我国近20年来普通高中物理课程改革的成果[1]。

研究发现，修订后的新教材在物理学科核心素养表征、实验设计、栏目设置和编写体例等方面各有特色。为了能更精准地领悟《课标》的理念，实现对学生物理学科核心素养的培养，更合理地使用与开发修订后的新教材，完善更高效、生动的课堂教学，本研究将对现行高中物理新教材进行分析与解构。

1 5版高中物理新教材（必修）简析

新人教版、新司南版、新沪科教版、新教科版和新粤教版高中物理新教材以《课标》为依据，在对高中物理课程传承的基础上进行了一系列以培养高中学生物理学科核心素养为宗旨的改革[1]。

在必修及选择性必修模块，新人教版共13章60节（章均4.62节，最大章节数为6节，标准偏差为0.650），通过每节的情境创设和问题驱动，引领学生的学习与实践活动[2]。新教科版共13章70节（含3节选学，章均5.38节，最大章节数为9节，标准偏差为1.710），以图片、问题、活动、导言来创设情境，以教学内容、习题选编与课外拓展来聚焦生活、生产及科研方面的实际[3]。新粤教版共15章70节（章均4.667节，最大章节数为7节，标准偏差为1.234），在内容上完整而系统地体现了物理学科的基础性和时代性，在编写原则上体现着“以学生为本，全面发展”的指导思想[4]。新沪科教版共15章61节（章均4.067节，最大章节数为7节，标准偏差为1.163），通过简洁、诙谐的栏目设置，强化着教材的可读性[5]。新司南版共16章65节（章均4.06节，最大章节数为6节，标准偏差为0.998），在教材的编制上“立意更高，寓意更深，更重实践，更富逻辑，更重评价，更加拓展”[6]。

由统计分析可知，新司南版章均节数最少，新教科版最多；新人教版的章节数最平均，新教科版的章节数差异最大。单因素方差检验显示，5版新教材在平均章节数目上存在显著性差异（F=2.913，P 值=0.028＜0.05），说明 5 版新教材在每章知识点的划分和容量上存在显著差异，即在对学生认知负荷上存在显著差异。

2 5版高中物理新教材（必修）的比较

修订后的高中物理新教材在很多方面都发生了变化，最显著的是在编排体系、例题、实验和栏目设置等方面。

2.1 5版高中物理新教材（必修）编排体系与顺序比较

（1）5版高中物理新教材（必修）的编排体系

5版高中物理新教材（必修）的编排体系跟《课标》必修课程主题的组成非常相似。在章内容构成上，新粤教版和新沪科教版都包括15章，分别是必修1的4章：“机械运动与物理模型”2章，“相互作用与运动定律”2章；必修2的5章：“机械能及其守恒定律”1章，“曲线运动与万有引力定律”3章，“牛顿力学的局限性与相对论初步”1章；必修3的6章：“静电场”2章，“电路及其应用”2章，“电磁场与电磁波初步”1章，“能源与可持续发展”1章。以这15章为基础，新司南版由于在必修1“相互作用与运动定律”主题增加了“力与平衡”1章，所以共16章；而新人教版由于在“牛顿力学的局限性与相对论初步”“能源与可持续发展”这两个以科学态度与责任为主的主题上未设专章，所以只有13章；新教科版因为在“静电场”“电路及其应用”两个主题分别仅设置了体量巨大的1章，所以也只有13章。

统计分析显示，5版新教材版均14.4章，标准偏差为1.341，与必修课程的9个主题进行独立样本t检验显示，5版新教材的章数目相较于《课标》主题数存在非常显著的差异，即新教材的章数目非常显著多于《课标》主题数（t=9.000，P值=0.001＜0.01），说明各版本新教材对《课标》主题都进行了深入的解构，才得到了相似的体系。

（2）5版高中物理新教材（必修）的编排顺序

5版新教材的章节顺序基本上都与《课标》中必修课程主题出现的先后相同，只有些微差异：

①在必修1新教材中：只有新人教版将“牛顿第三定律”一节设置在“相互作用力”一章，其他4版都将其置于“牛顿运动定律”一章中，这样的设置对新人教版而言是强化了相互作用观的逻辑性，对其他版本来说是强调了牛顿定律形成的系统性。

②在必修2新教材中：只有新司南版和新沪科教版是按照《课标》顺序将“机械能及其守恒定律”主题的内容设在该册首章，而其他3版则将其设在“曲线运动与万有引力定律”主题的3个章节后。这样的设置反映出的是两类知识编排的逻辑：新司南版和新沪科教版希望学生在学习“曲线运动与万有引力定律”时能用相互作用观和能量观来加强对物体运动观的认识；而另外3版则希望学生在学完“曲线运动与万有引力定律”后，循序渐进地形成物体的运动观、相互作用观和能量观。

③在必修3新教材中：新人教版、新粤教版将“电磁场与电磁波初步”主题内容设置在册末；新人教版将“能源与可持续发展”主题设置在“电能 能量守恒定律”一章的最后一节，新粤教版将该主题单独成章放在本册倒数第二章；其他3版则用专章将该主题设置在册末。新人教版和新粤教版的做法有利于帮助学生通过电路认识电能，逐步形成能量观；而其他版本则更有利于整合必修3册的所有内容，帮助学生达成能量观。

单因素方差分析显示，5版新教材在知识结构及编排顺序存在显著性差异 （F=3.543，P值=0.011＜0.05），这说明不同版本新教材对物理知识的编排体系与逻辑顺序的认识存在显著的差异，同时也反映了5版新教材对高中学生物理观念的培养也存在显著差异[7]。

2.2 5版高中物理新教材例题设计比较

5版高中物理新教材非常关注对 “物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”的测评，所以都很重视例题在促进学生发展、提升学生学业质量水平以及启发学生应用知识、归纳方法、培养能力和发展思维层面的育人功能。

旧版教材在例题部分最多只有“分析”和“解”两个环节。5版新教材例题设置如表1所示。比较发现，新教材例题所包括环节的平均数为3.20个，增加了60%，标准偏差为1.30。配对样本t检验显示5版新教材例题所含环节的平均数虽与旧版教材相比没有显著性增加 （t=1.871,P值=0.135＞0.05），但新教材的例题环节却强化了“通过问题解决促进物理学科核心素养达成”的意识。

表1 5版高中物理新教材例题名称及环节

美国统计学家戴明（Deming）提出的问题解决4阶段说——“戴明轮”就体现了物理问题解决的意识。 戴明轮是计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）和处理（Act）四个阶段的循环。通过对5版新教材例题环节的分析发现，只有新司南版明确包括“分析”条件，明确问题的计划（Plan）阶段，实施（Do）计划的“解”阶段，“讨论”与评估结果的检查（Check）阶段，“迁移”推广及进行标准化“策略提炼”的处理（Act）阶段。新教科版缺少明确的检查阶段，新人教版、新粤教版和新沪科教版则仅含计划和执行两个阶段。

对5版新教材例题环节的比较显示，新司南版“例题”的功能最全面，对培养学生在问题解决过程中分析条件建立模型、运用规律形成结论、评估数据解释预测及提炼归纳与举一反三的科学思维能力最明确；新沪科教版的“案例分析”由于不仅包括涉及数值计算的传统例题，还包括对具体生活生产中有价值情境的文字推理、分析，所以对学生发展科学思维，增强实践意识也很有帮助。

2.3 5版高中物理新教材实验设计比较

《课标》提出了21个学生必做实验的基本要求，5版新教材实验设置的命名及环节如表2所示。

表2 5版高中物理新教材实验设置的命名及环节

在实验环节上，新教科版最多（8个），新粤教版最少（4个），5版新教材的平均数为6.40，标准偏差为1.517。与科学探究所包括的问题、假设、计划、证据、解释、交流、评估反思7个环节相比，单总体t检验显示，新教材实验的环节数平均减少了约10%，但是两者并没有显著性差异（t=-0.885，P 值=0.426＞0.05），说明新教材对实验的重视。

对5版新教材实验设置环节的聚类分析显示，新司南版包括6个探究要素（问题、计划、证据、解释、交流、评估），新沪科教版（问题、计划、证据、解释、交流）和新教科版（问题、计划、证据、解释、交流）各包含5个探究要素，新人教版（计划、证据、解释）和新粤教版（问题、证据、交流）各包含3个探究要素。统计检验显示，5版新教材所含的探究要素平均为4.4个，标准偏差为1.342，与科学探究所含7个要素所进行的单总体t检验显示，新教材的探究要素均少于完整探究的要素，两者之间存在显著性差异 （t=-4.333,P值=0.012＜0.05），说明高中物理新教材在实验设置上并未完全按照科学探究的要素来设计，但保留了实验的深入与规范，以及对提出问题、获得证据、进行科学论证与解释及合作交流等能力的重视。

在整体设计上，新司南版、新人教版和新教科版分别以“科学测量”“科学探究”与“实验”为节名来突出学生必做实验；新粤教版和新沪科教版则以“实验与探究”和“学生必做实验”栏目来加以凸显。对5版教材的比较发现，新司南版的实验皆以情境导入，突出了科学实验的规范性；新人教版突出了对证据的重视；新粤教版突出了实验设计的逻辑性；新沪科教版则突出了对探究方法的重视。

2.4 5版高中物理新教材栏目设置比较

5版高中物理新教材在栏目设置上既有统一性，又有各自的鲜明特色。如表3所示，新人教版有11个栏目、新司南版有16个栏目、新粤教版有8个栏目、新沪科教版有13个栏目、新教科版有12个栏目。

表3 5版高中物理新教材栏目统计表

统计显示，5版新教材平均栏目数为12，标准偏差为2.915。独立样本t检验显示新教材之间存在显著差异（t=3.068，P 值=0.037＜0.05），新司南版的栏目数显著多于新粤教版。各版新教材的栏目设置除了反映教材多方面的教育功能以外，还丰富了学生的学习过程，增强了个体学习的体验。

总体来说，新人教版与新粤教版教材栏目偏向于教学过程设计，能帮助师（生）有效地掌握教材结构，完成教（学）任务；新司南版和新沪科教版教材栏目的功能性和选择性更强。

3 5版高中物理新教材的使用与开发建议

通过对5版高中物理新教材的比较，可以看到不同版本教材的特点和优势，如果能在同一主题教学时对各版教材加以整合，则能更好地实现学生学科核心素养的培养。

3.1 渗透物理观念

渗透物理观念就是让物理概念和规律在学生头脑中进行提炼与升华，使学生能从物理学的视角解释自然现象和解决实际问题。对物理观念的渗透反映在教材的各章节中，如：新沪科教版用 “怎样描述运动的快慢”“分析物体的受力情况”“怎样求合力”“怎样分解力”的节名来帮助学生升华对物理概念和规律的认识；新教科版则通过在相关章节设置不同主题，在第三章相互作用中，设置主题一“常见的力”、主题二“力的合成和分解”和主题三“共点力的平衡”去帮助学生形成物理观念（相互作用观）；新司南版通过单元、章和节的框架层次结构帮助学生从大结构、大概念的角度学习物理；新人教版以每节的“问题”为核心，帮助学生用物理学的视角解释自然现象和实际问题；新粤教版在“本章小结”中用“知识结构”帮助学生构建物理观念。

3.2 培养科学思维

培养科学思维就是让学生能用模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等思维方法对物质世界的本质属性、内在规律及相互关系进行认识。对学生科学思维的培养在教材的物理习题与例题中显现得最为直接。如：新粤教版在“匀变速直线运动与汽车安全行驶”一节中用3道层层递进的“例题”帮助学生用严密的科学推理来论证为什么要严禁酒后开车；新人教版通过“例题”的详细“分析”和“解”题的规范步骤，帮助学生建构模型；新司南版用“策略提炼”“讨论”“迁移”等栏目构筑起帮助学生认识物质世界相互关系的网络；新教科版以“例题示范”为载体，在“解”的过程中强调多元解法，在“拓展”中设置更复杂的情境以培养学生的创新思维；新沪科教版在“案例分析”中始终以“分析”为重，凸显模型建构的重要性。

3.3 实践科学探究

实践科学探究是指让学生通过问题、证据、解释、交流等方式实现物理问题解决。学生科学探究的实践在教材的实验中较为凸显。如：新沪科教版 “学生必做实验”以“思考与讨论”提出问题，进而“设计实验”“收集证据”，这里的问题、证据就是科学探究；新教科版在“实验”中通过“处理数据”“绘制图像”来强调证据与解释；新粤教版让学生通过“实验探究”完成“实验数据表”，得出实验结论，突出证据与交流；新人教版 “实验”中的“数据处理”“数据分析”，充分体现证据的价值；新司南版以“科学测量”和“科学探究”实现对“实验结论”的“讨论”，凸显解释和交流的重要性。

探究不仅是一种教学方法，也是学生物理实践的重要能力，对学生提出问题、寻找证据、基于证据解释和有效交流能力的培养可以从不同版本教材的实验中找到线索。若以培养学生提出问题能力为目标，则可以借鉴新沪科教版的“学生必做实验”；若要培养学生的证据意识，可参考新人教版的“实验”；若想提升学生用证据解释问题的能力，则可以借鉴新教科版的“实验”；若以培养学生交流能力为目标，新司南版的“科学测量”“科学探究”以及新粤教版的“实验探究”有较好的参考价值。

3.4 养成科学态度与责任

科学态度与责任的养成反映的是让学生形成科学本质观和科学态度与社会责任感。培养学生实事求是的科学态度和遵守道德规范、保护环境的社会责任感在5版高中物理新教材中很多时候是以丰富多彩的栏目来呈现的。如：新司南版中的“安全警示”能让学生在实验中学会安全规范；新人教版的“STSE”能让学生形成科学·技术·社会·环境的意识和理念；新粤教版的“资料活页”可以帮助学生形成正确的科学本质观；新教科版的“发展空间”可以帮助学生提升社会责任感；新沪科教版的“课题研究”能达成对学生科学态度的培养等。

科学态度与责任不是一朝一夕就能养成的，也不是仅通过物理概念和规律的教学过程可以强化的，它需要从教学的各个方面渗透，所以我们可以借鉴不同版本教材的栏目，有意识地从科学本质、科学态度和社会责任的不同角度进行设计。