基于教与学的高中物理新旧教材对比分析

何哲 兰玉梅

关键词：新教材;教材分析;实践分析;学科核心素养

《普通高中物理課程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标）指出，高中物理课程应以立德树人为目标培养和发展学生的物理学科核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。教材是课程标准实施的重要载体与具体体现，也是教学活动设计的最基本依据。课程标准的变化直接体现在新教材之中。目前，多数研究基于对教材内容及栏目的分析从而提出教材编写建议。而教材最终要应用到教学过程中。因此本文结合教师与学生的实际使用情况。分析新教材的变化。让新教材的编写意图得以准确把握。

1教材和研究方法介绍

本文以人教版高中物理教材为例。选取了2004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）和2019年版《普通高中教科书物理必修第一册》（以下简称新教材），通过文本分析法、比较分析法与经验总结法。从师生不同的视角出发。分析学科核心素养在新教材使用过程中的具体落实情况。

2从“学”的角度看教材变化

2.1栏目变化

栏目作为教材内容的重要呈现形式。是实现课程目标的重要载体。教材编写的出发点也是从栏目中体现。整个教材是否能反映新的学科核心素养，是否能符合学生的认知规律，是否能充分利用教材资源优势。都和教材栏目的编排体系有关。新教材在编写的时候对教材栏目进行了大幅调整。在栏目的设置上从原本的8个栏目扩展到了11个栏目。栏目的数量对比如表1所示。

栏目变化中最明显的是每课的开头都引入了“问题”这一环节。旧教材中的“说一说”栏目也是问题的形式。但主要是对扩展性内容进行提问。进而引发思考。提问的一般不是基本教学内容，属于选学内容。新教材的“问题”通过每节开始设计的情境问题。引发学生对所要学的基础内容进行主动思考。培养他们的问题意识以及提出问题的能力。同时还配有形象的插图。更加贴近生活中的实际问题。对学生物理观念的形成有着较好的启发作用。以新教材中“牛顿第三定律”一节为例。本节开头的问题是“大人跟小孩掰手腕。很容易就把小孩的手压在桌面上。那么，他们施加给对方的力。大小相等吗？”使用此案例的过程中。学生大部分会认为是大人的力气更大所以才赢的。当学习完牛顿第三定律后再回头看这个问题。学生的物理观念将在这种强烈的认知冲突中巩固。

除此之外。部分“问题”在细节设置上的更改也对应了核心素养的要求。在“速度变化快慢的描述——加速度”一节中。新旧教材都针对的是汽车与火车运动情况的探讨。在旧教材中，明确指引出了解决这一问题的方法。“谁的‘速度’增加得比较快？它们的速度平均1s各增加多少？”这一提问的本质是直接将思路引到控制变量法上.学生根据问题的引导可以解决这一实际问题。也能得到加速度的概念。但是在提出这一问题解决方法的能力上并没有太大收获。最后的收获只是结论，对于科学思维的训练较弱。新教材中并没有一条“明路”摆在学生面前。需要他们自己在头脑中构建控制变量法的思维去解决这一问题。在锻炼自身思维的同时总结出物理观念。收获了过程也收获了结论。并且在最后部分的提问中。新教材提出的问题是“你觉得用‘速度大’或‘速度变化大’能描述这种不同吗？如果不能。应该怎样描述呢？”对比旧教材中相似的提问，可以看出新教材将这一问题上升成了一个开放式问题。教学过程中发现，学生会先用“速度大”“速度变化大”去描述。但是小组探讨后都能发现其不妥之处。进而提出“速度变化快”这一想法。从而得出需要一个新物理量去描述。整个过程都可以看出新教材的“问题”设置在循序渐进地帮助学生建构科学探究的过程。

综合以上分析可知。新教材更倾向于锻炼学生从生活中发现问题的矛盾从而一步步解决的综合能力。

2.2习题变化

2.2.1习题层次化

习题作为重要的教学资源。它对教学的过程性、结果性评估起到重要的支撑作用。学生通过习题夯实基础知识、发展核心素养、评估、反思学习、改善自身的学习方式，从而终身受益。新教材中一个最明显的改动是每一章节后增加了A、B两组“复习与提高”的题目。旧教材中的习题在实际教学中使用的较少。其本质原因是题目的难度与高考题不匹配.因此教师更愿意选用辅导书上的题目对学生进行训练。这会导致学生对基础知识与基本概念的理解不充分。再加上一味地对难题进行训练。带来的实际问题就是会让学生觉得物理知识生硬难懂。物理观念的框架无法良好建构。新教材为了解决这一矛盾，利用A组习题考查本章基础知识。帮助学生完善知识结构。再引入B组综合性更强的提高题。满足循序渐进的教学原则以及差异化培养的需求。根据实际的使用结果来看。这样的习题设置更能适应刚进入高中的学生。使其对物理的认识有一个由浅入深的过程，不至于因大量难题堆砌而丧失兴趣与信心。

2.2.2习题革新化

2021年高考物理考试大纲中强调。物理习题应着重考查考生的知识、能力和科学素养。注重理论联系实际，注重物理与科学技术、社会和经济发展的联系，注意物理知识在日常学习、生产劳动等方面的广泛应用。大力引导学生从“解题”向“解决问题”转变。由图1可知，新教材的各类型习题数量要显著多于旧教材。综合所有题目分析。新教材中的习题更重视学生“解决问题”这一能力的培养。如“时间位移”一节的课后习题3考查了学生对生活情境的概念辨析：“自由落体运动”一节的课后习题1考查了学生对生活情境的现象解释能力：第二章“匀变速直线运动的研究”章末“复习与提高”B组第6题关于ETC的应用。则考查了学生对生活情境中的规律应用：在“速度变化快慢的描述——加速度”一节的课后习题2中要求学生判断列举出各种符合题目所说概念的生活模型。而在旧教材中则是直接询问“加速度为零的运动是什么运动”。显而易见，新教材的提问方式更有助于学生对抽象概念的理解。进而完成建构知识、形成观念、培养素养。

由图1列出的各类题型来看。新教材中新增了“方案设计”这一题型。我们选取新教材59页的第7题来对该题型进行具体分析。本题从生活情境出发。为了解决排污沟需要定时冲水的问题。需要应用所学的重心知识设计一个自动冲水装置。该类型的题目设置较为新颖。目前，多数习题都是针对给出的物理模型来设置计算问题。这并没有逃出“解题”的本质。学生面对这种类型的问题时，也只是在提取相关的数据进行计算，“解决问题”的能力没有得到充分锻炼。本题的巧妙之处在于学生需要理解这一生活问题。再通过所学的物理知识去指导生活实践。自己补充完善这一物理模型。完成题目的整个环节中并不需要进行数学计算。真正将“解决问题”这一思想贯彻进题目中。整个题目关于核心素养的涵盖也较为全面。应用“重心”这一物理知识解决生活问题的过程中。通过与“力”相关知识的结合应用。促进了学生在脑海中凝练物质观、运动观、相互作用观等物理观念。在设计装置的过程中，涵盖了对学生理解能力、模型建构能力、实验探究能力以及创新能力的考查。从多角度、多层次渗透了科学思维以及科学探究的核心素养。另外，考虑到本题对于综合能力的要求极高。根据习题应着眼于学生的最近发展区这一理念。题目给予了一定的引导。以求调动学生的积极性。发挥其潜能设计出创造性的可行方案。最后，“排污沟自动冲水装置”这一情境创设将帮助学生认识到自动冲水装置是“重心”这一知识的创造性应用。也更加能让学生体会到基础性理论的研究带来的创造性应用促进了人类社会的进步。真正落实科学态度与责任素养与习题情境的融合。

在笔者的实际使用中还发现。学生对于此类开放性题目有较大的兴趣。于是我们分组進行了展示与讨论。可以发现学生设计的装置有着许多独特的思维和见解。虽然部分学生的设计并不合理。但是在整个探讨的过程中对于学生准确阐述方案进行交流的能力、课堂的气氛以及学生对物理的兴趣都有着积极意义。值得深思的是，尽管此类型题目对帮助学生了解客观世界、学习探索世界的方法、培养科学思维、形成科学态度与责任、培养自己理性思考等都有积极的促进作用，但与学生的实际应试有着一定程度的偏离。教材一试题一学科素养的相互配合应成为今后探究的重点之一。

2.2.3习题生活化

无论是新教材还是旧教材。包含的插图都是极为丰富的。但新教材更多选用的是生活中实际拍摄的图片。以新教材“牛顿运动定律的应用”一节的例题1为例（表2），“冰壶”比赛符合当下时代的特征。引申到全文可发现。大部分的插图都和我们的现代化生活息息相关。对部分偏远地区的学生来说，他们生活中的所见所闻与现代化生活差距较大。物理的探究性活动与物理科学技术的发展联系较弱。导致学生对物理现象的探究流于形式。对于学生和由之延展开的民众科学素养的提升帮助有限。针对以上问题，实拍图片的增加能更好地帮助学生开阔视野。让他们获得更为具体生动、更具时代参与感的科学体验，从而达到将学生的物理观念延伸成对科技社会生活的自觉认知的社会化目的。

对表2中的例题进行分析可以看出。新教材中使用的计算数据大多是生活中的真实数据。目前。大部分的物理例题中都会涉及到一个问题——探究问题过于理想化、形式化。数据都是根据理想化预先设置好的。计算痕迹过于明显。将物理的学习沦为纸上谈兵。这样的计算也使得学生的探究热情大打折扣，束缚了探究的本质。虽然在高中阶段习题还是着眼于问题和原理的知识取向。但基于真实数据的教育。是知识学习形态转化为核心素养形态的重要窗口。而这也是我们的物理教育面向现代化科技社会的素养追求所在。新教材中重视到了这一点，不应该仅仅是通过实验题锻炼学生对于真实数据的计算能力。在其他题型设置中也应该体现出严谨的科学性。改变以往的知识取向到能力取向上。贯彻完成以立德树人为核心的“一核”“四层”“四翼”新高考评价体系。笔者非常认可新教材中关于数据真实性的改良。不过在上课实际使用例题的过程中，有部分数据计算过于复杂，学生计算的时间过久，从而影响到课堂质量。新教材的这一设置出发点是为了增强学生的数据计算能力。但笔者认为，对于太复杂的数据计算在实际使用时可适当进行优化，在课后习题中再去强化计算能力。因此。笔者在使用的过程中会稍微在例题的真实数据基础上对其进行部分修改。使其贴近生活的同时也能方便学生计算，从而保证课堂正常推进。

3从“教”的角度看教材变化

3.1章节变化

3.1.1章节内容调整

新旧教材都由4个章节组成。内容的主干大致相同。都是由运动学到静力学最后到动力学递进。对比旧教材，新教材的章节呈现更符合日常的教学。以前两章为例，表3列出了新旧教材前两章的目录。从表中对各小节标题的陈列可以看出，新教材在章节上有所删减，少了“坐标系”“匀变速直线运动的速度与位移的关系”等内容。

对教材进行详细剖析。我们发现这些缺失的部分都融入到了其他章节之中。新教材将“坐标系”这一内容融入在“位置和位移”中。“坐标系”内容的融入并不是将旧教材中的这一部分内容直接生搬硬套进另一章节中。而是将“坐标系”作为研究问题的工具。帮助我们定性去阐述位置到位移的这一过程。新教材第二章将“匀变速直线运动的速度与位移的关系”并入到了“匀变速直线运动的位移与时间的关系”一节中。位移与速度作为一个推导公式，并不涉及新的概念或推理方法的讲述。将之单独放在一个章节中。增加了知识的冗杂性。且速度与位移这一关系式的提出是想让我们在解决问题中能灵活选择应用。简化解决问题的过程。若将其放在独立的章节，学生往往会将运动公式分立看待，偏离最初的本意。综合实际情况来看。在使用新教材的过程中明显能体会到各部分内容之间的逻辑线索有更清晰的凸显。在高中物理教学的起始阶段。这样清晰且有层次与结构的教材章节呈现可以更好地帮助教师向学生示范物理学习的基本方法以及解决问题的灵活思路。

3.1.2章节顺序调整

除了内容变化外。新教材在章节顺序上也进行了部分调整。笔者在使用过程中印象较为深刻的是“牛顿第三定律”在教材中位置的改变。不同于旧教材中将“牛顿第一定律”“牛顿第二定律”“牛顿第三定律”依次放在第四章中。新教材单独将“牛顿第三定律”放在第三章的“摩擦力”章节后。并且在“牛顿第三定律”这一节中的最后也专门设置了“物体受力的初步分析”。这样的编排变化加深了对前面重力、弹力、摩擦力的理解，也为后面解答共点力平衡问题的受力分析奠定了必要的知识基础。在旧教材的教学编排下，学生很难在后续的共点力平衡教学中分清楚研究对象的选取。区分不开“受力分析”与“施力分析”。对于“作用力和反作用力”与“平衡力”之间的关系混淆不清。节问逻辑的不适，导致在后面的“共点力平衡”章节学生无法根据相互作用的效果（加速度为零的平衡状态）和运用相互作用的规律（合力为零）来建立正确的数学关系。在新教材编排下，教师可以更容易地规范学生解答静力学和动力学问题的思路，进而促进相互作用观的形成。

3.2页面布局变化

新教材在页面布局中作出了崭新变化。在正文部分页面两边留有空白。相比于旧教材让页面内容满屏出现的方式。新教材的排版在视觉上更具可读性。空白处的使用方法教材中也为我们做了示范。该空间主要是对正文内容进行插图补充或旁批说明。其中，旁批的内容涉及广泛，如问题引入、方法归纳、模型建立、科学精神解读等。在“匀变速直线运动的速度与时间的关系”一节中。旁批利用U-t图像加强学生对匀变速运动定义的理解。帮助学生建立起数学模型联系物理的科学探究方法。在“自由落体运动”一节中，旁批简略描述了伽利略探索的过程。并且指出批判精神对创新的必要性。培养了学生实事求是的科学态度。在统筹本章知识的章首语后，会加入一些名言注释。这部分小字的内容能帮助学生关注知识背后的故事，做到科学态度与责任的渗透。以上小模块的引入高效利用了教材所提供的资源。同时也根据实际情况对教学进行适当的补充。更高效地指引学科核心素养的培养。笔者在课堂教学中也会使用页面两边的空白部分让学生记录随堂笔记和适当补充。学生在预习过程中也可以记录自身的疑惑与思考。对新知识的概念理解和后期的知识体系整理都有着促进作用，教师也能更好地利用教材指导学生进行有效预习与总结。

4小结与启示

通过对新教材栏目、习题、章节内容以及版面变化的剖析。再结合在实际教学中的使用情况。我们对于新教材关于新课标中物理学科核心素养的落实情况进行了较为全面的探讨。从学与教的不同角度来看。新教材更注重利用实际生活情境对学生进行有引导性的科学创新思维培养。同时，在习题分组、章节变化和排版改良方面，我们也能深深地感受到新教材更渴望能合理地帮助教师将整个物理的学习过程融入到教材中来。而不去过度依赖其他的教参书。从使用角度来说，新教材也仍存在可改善的地方，如部分新颖性的习题与考试不匹配。部分例题的数据过于复杂导致计算不方便等问题。都是一线教师在使用时需要认真研究的。笔者建议在教材的最后可以增加对于整本书内容的回顾与后续内容的启发指引，既增加了对于全册教材内容的复习与提高。也更促进知识的联系与衔接和综合物理观念在学生脑海中的形成。