高中物理“共点力的平衡”新旧教材比较研究

吴园园 高燕

摘   要：在新高考背景下，如何更有效地使用新教材开展课堂教学，是值得我们关注的问题。文章以“共点力的平衡”为例，对新、旧教材的章节安排、具体内容进行对比分析，从物理学科核心素养的角度提炼出新教材在教学理念、知识结构、内容编排方面呈现的特点，以期为广大一线教师提供有益的借鉴。

关键词：核心素养;新旧教材;共点力的平衡

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）7-0019-4

教材是贯彻实施课标的重要载体。在新高考背景下，分析研究新教材，领会新教材的内涵，有助于促进教师课堂教学水平的提高和学生核心素养的发展。如何更有效地使用新教材，是物理教师开展有效课堂教学需要特别关注的问题。本文以“共点力的平衡”为例，通过对新、旧教材的内容分析及比较研究，分析新教材变化呈现的特点，以期为广大一线教师提供有益的借鉴。

1    新、旧教材对比分析

本文选取的是人民教育出版社的教材：2005年版普通高中课程标准实验教科书《物理》必修1（以下简称旧教材），分析内容为第四章第7节“用牛顿运动定律解决问题（二）”[1];2019年版普通高中教科书《物理》必修第一册（以下简称新教材），分析内容为第三章第五节“共点力的平衡”[2]。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》[3]（以下简称新课标）对本部分内容的要求由“知道在共点力作用下物体的平衡条件”调整为“能用共点力平衡的条件分析生产生活中的问题”。可见，新课标对本节内容的要求更高了，新教材对本部分内容的呈现理应作出相应的变化。

1.1    新、旧教材章节安排对比

本节课内容在新、旧教材中所处的位置不同，具体的章节安排变化情况如表1所示。

从章节安排的角度看，旧教材中该部分内容只是第7节“用牛顿运动定律解决问题（二）”的一部分，新教材作为一整节内容呈现。从知识结构的角度看，将其从牛顿运动定律之后移至牛顿运动定律之前、力的合成和分解之后。这种调整所对应的本节内容的编写思路也相应发生了重大变化。旧教材将其作为牛顿运动定律应用的特例，由一般到特殊，得出共点力的平衡条件，通过一道例题展示利用共点力的平衡条件解题的方法。而新教材则根据力的合成和分解，由二力平衡推广至三力平衡和多力平衡，由特殊到一般，得到共点力的平衡条件，通过结合不同的实例，深化学生对共点力平衡条件的理解，并展示解决生活中的平衡问题的基本思路。

1.2    基于物理学科核心素养的具体内容对比分析

新、旧教材所呈现的具体内容在共点力及平衡状态概念的给出、共点力的平衡条件的得出方式、课本例题及习题的选择和设置等方面均有较大变化，具体内容对比如表2所示。

基于以上新、旧教材的对比，对其具体内容的分析如下：

（1）新、旧教材物理概念的给出方式均符合学生的认知规律

从学生认知的角度分析，旧教材中，学习本节内容时学生已经具备牛顿运动定律等相关知识，能力相比于学习“运动和力的关系”之前已经具有了很大提升，所以通过直接分析生活实例给出平衡状态的定义，进而得出共点力平衡的条件，这是符合学生认知规律的。新教材中，学生学习本节内容时对“运动和力的关系”还没有具体认识，将平衡状态的定义调整为新教材的表述方式更合理，即先给出平衡状态的定义，再由生活实例深化对概念的理解，符合学生的认知规律。

（2）新、旧教材物理规律的得出方式遵循不同的逻辑顺序

关于共点力平衡条件的得出，旧教材本节内容在牛顿第二定律之后，由“加速度为零物体保持静止或匀速直线运动状态，此时合外力为零”，从而得到共点力的平衡条件，即由一般到特殊的研究思路;新教材由二力平衡到三力平衡和多力平衡，再根据平行四边形定则将多力问题转化为二力平衡问题，遵循由特殊到一般的研究思路。

（3）新、舊教材对例题和习题的选编侧重点不同

旧教材用一道例题展示了利用正交分解法解决平衡问题的一般思路及步骤。新教材展示出两个实例，第一道例题旨在使学生从分力的角度理解平衡条件的表述;第二道例题展示两种解法，第二种解法旨在让学生从二力平衡的角度表述平衡条件。新教材的例题让学生从不同的角度理解平衡条件，将对学生灵活解决实际问题大有帮助，能较有效地提升学生解决问题的能力。

由于新课标对本节内容的要求更高，相比于旧教材，新教材课后习题的数量及难度均大幅增加，涉及到的问题类型更加全面，为学生解决问题能力的提升提供了更多有价值的素材。

2    物理学科核心素养视域下新教材的特点

基于以上对新、旧教材“共点力的平衡”内容的对比分析，新教材更适合当前新课改核心素养理念的要求，主要体现在以下三个方面：

2.1    教材教学理念——注重学生物理学科思想的形成

新课标指出“高中物理课程在内容上注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感”[3]。可见，“从生活走向物理，从物理走向社会”是贯穿始终的课程基本理念。

新教材创设问题情境旨在以惑为诱，引导学生走进物理，通过“问题”栏目具体的问题情境导入相关物理内容，通过生活中常见的实例深化学生对平衡状态定义的理解。对于共点力平衡条件的应用，教材更是选择贴近现实生活的问题，第一道例题选择学生熟悉的幼儿园滑梯创设情境，第二道例题所选悬挂重物的绳索也是工业生产中常涉及的基本模型，可见新教材更注重培养学生将所学知识应用到实际问题的能力。强调“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念，这便于学生认识并理解自然，形成物理观念，也利于学生科学思维和科学探究能力的提升以及科学态度与责任感的养成。

2.2    教材知识结构——有效促进学生物理观念的形成

根据上文分析，新教材对本节内容进行了诸多调整。从知识结构的角度分析，“共点力的平衡”由旧教材牛顿运动定律应用的一个特例，调整为一节内容，并作为本章的一个重点，旨在为学生循序渐进地形成运动与相互作用观念奠定基础。

根据维果斯基提出的最近发展区教育理论：个体的发展水平包括已经达到的发展水平和可能达到的、潜在的发展水平，两种水平之间的区域称作最近发展区。就本节内容而言，二力平衡、重力、弹力、摩擦力及从相互作用的角度对物体受力分析，利用平行四边形定则求解合力与分力，是学生已有的知识水平，学生已经能够通过对物体初步的受力分析，结合牛顿第三定律解决生活中的简单问题，为將运动与相互作用建立联系奠定了基础;而三力及以上共点力作用下物体的平衡条件、利用共点力的平衡条件解决实际问题则是学生潜在的发展水平，通过教师的有效指导，应使学生掌握利用共点力的平衡条件解题的具体思路，并通过对实际问题的解决，使学生初步领会运动与相互作用的联系。同时，共点力的平衡问题解决的思维链条在后续的学习中将会不断出现，此处是研究运动和相互作用关系的起点，为利用牛顿运动定律研究更一般的实际问题提供方法和思维基础，使学生物理观念的形成由浅入深，思维能力的提升层层推进。

2.3    教材内容编排——凸显学生科学思维素养的培养

科学思维是物理学科核心素养的核心内容之一，是发现问题、分析问题、有效解决实际问题的关键能力。科学思维品质通常包括对事物及生活现象的正确分析，通过科学推理与论证得出正确结论，多角度认识分析问题及解决实际问题的能力。

根据上文对新、旧教材“共点力的平衡”内容编排的分析，新教材在多方面凸显了对学生科学思维素养的培养。

第一，新教材通过“问题”栏目的实际问题引入，根据建构主义理论，通过真实的情境聚焦教学切入点，将更有利于促进知识和能力的迁移。通过四种受力作用下木棒处于平衡状态的实际情境，归纳共点力与平行力的特点，其中两种共点力情境下木棒的静止状态也为平衡状态定义的得出提供教学切入点。

第二，对于共点力的平衡条件，新教材按照由二力平衡条件拓展到三力及以上的多力平衡的推理顺序总结得到“合力为零”的结论。这种由特殊到一般的科学推理过程，将有利于培养学生分析思考问题的能力。

第三，新教材例题的设置更有利于培养学生多角度分析问题的能力。例题1展示“正交分解法”解平衡问题，从分力的角度认识共点力的平衡条件，深化学生对共点力的平衡条件的认识，并通过对共点力的平衡条件的表述方式的转换，为灵活解决相关实际问题奠定思维基础。再通过例题2，展示一题多解，分别从“两个力的合力与第三个力平衡”“正交分解法”展示平衡问题的解题思路，不仅更进一步深化了学生对平衡条件本身的理解，也有效培养了学生多角度分析问题、解决问题的能力，促进了学生科学思维素养的进一步提升。

3    总结与启示

教材是教师组织教学活动的基本依据，是贯彻实施新课标最重要的载体。“共点力的平衡”是高考命题的重要考点，本节内容能较为有效地培养学生的物理学科核心素养。本文通过对新、旧教材“共点力的平衡”进行的深度分析，发现新教材能更好地与新课标的变化相呼应。整体来看，新教材呈现的内容与实际生活联系更为紧密，所举实例更加注重联系生活实际场景，且例题、习题的数量及难度均大幅增加，凸显了对学生应用物理知识解决实际问题的能力有更高的要求。

从课程结构与内容的编排顺序来看，新教材必修第一册相比旧教材进行了多处调整与增删，而本节内容的变化与其他内容的变化是一脉相承的，所以我们对新、旧教材的对比研究应该是全方位的。在新课改的背景下， 教师应认真研读课标、教材，仔细研究学生学情，领悟新教材的内涵，合理有效地开展课堂教学。

参考文献：

[1]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.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2005.

[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一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

（栏目编辑    刘   荣）