人教版新旧高中物理教科书章节设置的对比分析*——以必修第二册“向心力和向心加速度”两节为例

李秀如

(阜阳市第四中学 安徽阜阳 236063)

一、引言

2019年版的人教版普通高中物理教科书(以下简称“新版教科书”)在我省已经使用近两年的时间了。在使用新版教材教学的过程中发现，其相较于2015年版的人教版教科书(以下简称“旧版教科书”)发生了重大变化。首先新版教科书的内容编排体系发生了明显变化，教科书内容根据2017年版课程标准的要求有所增删，部分章节呈现顺序根据学生的认知特点做了调整。此外，新版教科书在栏目的设置、内容的选择，以及习题的设计等方面都体现了物理学科核心素养的渗透。本文以“向心力和向心加速度”这两节教材内容编排为例，对人教版新旧物理教科书做简略的对比分析，从中体会新版教科书中体现的物理学科素养和学生的认知科学性，进一步对使用新版教科书教学的提出一些建议，希望对教师使用新版教材教学有所帮助。

二、新旧版教科书的编写思路

在旧版教科书中，“曲线运动”内容包括“平抛运动”和“圆周运动”两个部分。圆周运动部分是先学习向心加速度，再学习向心力。“向心力”这一节先是通过地球绕太阳做近似圆周运动和光滑的桌面上小球在细线的作用下做匀速圆周运动这两个例子引出新课，通过实例总结匀速圆周运动的合力、加速度的特点，引导学生理解向心加速度的概念；通过“做一做”栏目引导学生推导出向心加速度的表达式；最后利用“思考与讨论”和“问题与练习”栏目引导学生掌握公式。“向心加速度”这一节利用之前学习的牛顿第二定律知识，推导出向心力的表达式，并通过圆锥摆例题，进一步引导学生理解向心力的大小、方向、来源；通过“做一做”栏目中设置的实验发现向心力与线速度、角速度、半径之间的关系；通过“问题与练习”栏目来巩固对公式的应用；最后利用一小块版面介绍变速圆周运动的力与运动的关系和一般的曲线运动中的处理方法。

新版教科书先是把“曲线运动”一章内容拆分成两章，分别是第五章抛体运动和第六章圆周运动，第六章圆周运动中的四节内容没有进行增删，但是把向心力和向心加速度的学习顺序进行了调整，先学习向心力，再学习向心加速度。“向心力”这一节是先利用游乐场里“空中飞椅”游戏项目引出新课，进行受力分析，再以细绳牵引小球在光滑桌面上做匀速圆周运动为例，让学生感受小球的受力方向，从而进行向心力概念的学习；再通过“做一做”栏目引导学生理解向心力的大小、方向和来源，以及向心力的大小与物体的质量、速度、轨道半径等关系；接着进一步利用向心力演示器探究向心力大小的表达式；最后介绍变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点和处理方法，通过“问题与练习”栏目引导学生进一步理解向心力。“向心加速度”这一节利用天宫二号绕地球做匀速圆周运动，引出做变速运动的物体的受力不为零，有加速度且是向心加速度的概念。由于先学习了向心力，所以这里可以直接利用牛顿第二定律得出向心加速度的表达式。“思考与讨论”栏目中利用自行车的大齿轮、小齿轮和后轮之间的关系，巩固了学生对向心加速度与线速度、角速度、半径的关系的理解。例题是圆锥摆，找出向心力是由哪些力来提供。最后是“拓展练习”，进行向心加速度公式的推导。“练习与应用”巩固了学生对向心加速度概念的理解和公式应用。

三、新旧教科书的对比分析

(一)旧新教科书中的栏目设置对比分析

新旧教材“向心力和向心加速度”这两节中栏目设置对比如表1所示。相比旧版教科书，新版教科书新增了“问题”栏目，并且将该栏目设置于每一小节开头部分以引出向心力和向心加速度的概念。该栏目设置的问题贴近生活实际或是科技前沿，不仅能激发学生的学习兴趣和求知欲望，还能更好地培养学生物理学科的核心素养。在“向心力”这一节里增加了利用“向心力演示仪”探究向心力大小表达式的探究实验，让本节内容从探究实验中来，体现了物理学科的特点和科学探究的意义，进一步培养学生的物理学科核心素养。

(二)新旧教科书中的内容对比分析

首先，新旧教材每一节开头都有“问题”栏目，问题分别是“空中飞椅”和“天宫二号绕地球运动”，设置的问题或贴合生活实际或是科学前沿，不仅具有教学中引出新课的作用，更能激发学生学习物理的兴趣。在学生有了前一章曲线运动的知识基础上，从动力学的角度引出向心力的概念，先让学生从“空中飞椅”情境中体会向心力的大小和方向，为接下来的定性和定量学习向心力做好预设。

其次，新教材中运用向心力演示仪来探究向心力大小的表达式，让旧教材中用大篇幅的物理描述来感受向心力的“做一做”栏目显得不必要。物理是一门以实验为基础的自然科学，物理实验体现着科学探究的重要思想和方法，对培养和发展学生的物理学科核心素养意义重大。旧教材中只是用圆锥摆粗略验证向心力的表达式，其不仅违背物理学科严谨的学科态度，更是让学生对向心力的学习产生疑问，是缺乏科学态度和科学精神的体现，而且教材中的圆锥摆实验在实际操作上难度较大，很难让实验验证达到预期效果，实验教学效果存在一定的不确定性。新教材把旧教材中的圆锥摆实验改编为向心加速度的例题使用，降低了教与学的难度。

再次，旧教材先学向心加速度再学向心力，“做一做”栏目中的探究向心加速度大小的表达式，是教和学的难点，由于学生数学知识掌握的不足，探究方法难教难学，让本来就有认知逻辑问题的向心力和向心加速度的学习难上加难。新教材大胆地改变向心力和向心加速度的学习顺序，把“做一做”改成“学习拓展”，把“探究”改成了“推导”，让教师明确了教学主次性，让学生的学习认知具有逻辑性，更让教材的编排具有物理学科特点和体现物理学科的核心素养。

最后，在变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点这一部分内容上，新教材在标题上加了“受力特点”几个字，让学生在学习这部分内容时目标明确。新教材添加了“思考与讨论”栏目，避免了旧教材中的大篇幅文字叙述的单调乏味，让学生在问题中去学习和探索，更物理学科特点突显，注重学生的科学思维和科学探究能力的培养。

表1 新旧教科书“向心力和向心加速度”两节栏目设置对比

(三)新旧教科书中的其他对比分析

对于旧教材中的好的部分，新教材有的略加修改和位置调整，有的只字未动继续使用。例如：旧教材“思考与讨论”中的自行车大小齿轮和后轮问题、“实验”中的圆锥摆问题、“做一做”中的向心加速度公式的推导、部分知识插图、课后习题，等等。从以上这些可以看出，旧教材中存在很多亟待解决的问题，在普通高中物理新课程标准(2017年版2020年修订)的指导下，在充分体现物理学科特点和学科核心素养的基础上，相关部分教材进行了改版。

四、基于物理核心素养的教学建议

通过从不同角度新旧教材进行对比分析，现对向心力和向心加速度这两节的教学提出以下几点建议。

(一)创设物理情景，建构物理观念

在教材内容的设置上，要兼顾教师的教和学生的学；教师在教学过程中，首先要研究教材章节里每一部分的编写意图，通过问题情景的创设，引导学生用物理的思维去学习物理，用物理的观念去认识物理概念和规律，并进一步去解决与物理知识有关的实际问题。

利用好新教材中的“问题”栏目，例如：“空中飞椅”，教师在教学中要引导学生进入这个情境中，引导学生从受力的视角去分析飞椅和人的运动，进而提出向心力的概念。利用天宫二号绕地球做匀速圆周运动的视频，引导学生抓住匀速圆周运动中力与运动的关系，从而引出向心加速度的概念。在利用向心力演示仪探究向心力大小的表达式时，引导学生去研究向心力与物体的质量、速度和轨道半径的关系；在研究向心加速度时，要引导学生利用牛顿第二定律体会力与运动的关系。通过多途径引导学生深层学习，促进学生物理观念的形成和发展。

(二)基于认知逻辑，发展科学思维

在学习向心力和向心加速度的新课之前，学生已经有了一定的知识储备，例如牛顿运动定律、曲线运动、匀速圆周运动等。研究小球所受合力的方向，提出向心力的概念，在下一节进一步研究向心加速度，符合力是物体运动状态改变的原因的认知基础，培养学生的科学思维。在“空中飞椅”物理情境中引导学生进行受力分析，找到向心力的来源。通过“做一做”栏目中引导学生思考向心力的大小与哪些因素有关，发展学生的物理模型建构能力。在学习了向心力大小的表达式的基础上，根据牛顿第二定律得出向心加速度大小的表达式，应用极限思想推导向心加速度公式，发展学生的科学推理能力。通过变速圆周运动和一般曲线的受力特点的学习，发展学生的科学论证和质疑与创新能力。

(三)注重科学探究过程，提升科学探究能力

利用向心力演示仪探究向心力大小的表达式的探究实验，实验采用控制变量的方法进行研究，是在感受向心力的基础上进行的定量研究，从学生的体验入手，逐步上升到理性认识，在两节的例题和习题中，得到了实际应用。向心力相对于向心加速度更具感性特征，因此教材在描述圆周运动的基础上，先从感受向心力的大小和方向、探究影响向心力大小的因素入手，利用牛顿第二定律分析向心加速度的大小和方向。在教学的过程中，教师要根据教材编写的逻辑顺序，逐步引导学生由感受到定量研究，再到公式的得出，注重学生的探究过程，发展学生科学探究的能力。

(四)从物理走向生活，培养学生的科学态度和责任

“向心力”一节中对“空中飞椅”进行了解释；“向心加速度”一节中，对“天宫二号绕地球运动”加速度大小和方向进行了讨论，对“思考与讨论”栏目中的自行车大、小轮和后轮的向心加速度进行了讨论，在教学中要注重引导学生正确认识科学的价值，不断培养学生的科学思维和科学探究能力。在“向心力”一节的“习题与应用”栏目中，第5题根据汽车在水平公路上转弯的受力分析，引导学生利用科学知识分析生活中的实例，增强安全意识。在“向心加速度”一节的“习题与应用”栏目中，第1题根据情况列举生活中的实例，比较向心加速度的大小，让物理知识走进生活，在真实的物理情境中引导学生通过计算、推理、分析、反思，培养学生的社会责任感。