三个版本高中物理教材对比分析

摘 要：本文对人教版、粤教版和沪科教版三个版本高中物理教材中“抛体运动”一章中关于“曲线运动”的内容，从编写思路、前概念转化情况、实验、插图和课后习题五个方面进行比较分析，根据对比结果给出教学建议。

关键词：教材对比；曲线运动；高中物理

《普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）提出：“关注学生多元发展，设计具有基础性和选择性的课程。”^［1］廖伯琴在《〈普通高中物理课程标准〉（2017年版）要点解读》中强调课程应具有基础性、系统性和选择性。^［2］学生是多样化的，教材、课程和教学方法的选择也要因材施教。通常，高中物理课程分为必修、选择性必修两部分，以满足不同水平和兴趣的学生需求。高中物理教材版本丰富，有人教版（2019版）、粤教版（2019版）、沪科教版（2022版）、鲁科版（2019版）等版本（以下简称人教版、粤教版、沪科教版和鲁教版）供学校和教师选择，其中，人教版教材使用人数最多，华南地区主要使用粤教版教材，华东地区主要使用沪科教版教材。不同版本教材的知识呈现逻辑、素材、栏目活动和习题等略有差异。接下来笔者以“抛体运动”一章中关于“曲线运动”的内容为例，对人教版、粤教版和沪科教版三个版本的教材进行对比分析，期望给予一线教师们一些教学启发。

《课程标准》对本节内容的要求是：“通过实验，了解曲线运动，知道物体做曲线运动的条件。”并举了生活中曲线运动的例子“投篮时篮球的运动轨迹。”^［3］接下来，本文结合《课程标准》对三个版本教材的编写思路进行分析。

1 编写思路对比研究

1.1 开头

人教版：举例生活中的曲线运动，给出曲线运动的定义——“运动轨迹是曲线的运动”，提示学生可类比研究直线运动来研究曲线运动，第一节开篇引用基尔霍夫的名言：“力学是关于运动的科学……”，强调运动的研究在力学中的地位。

粤教版：提问引入 “而在生产和生活中，不少物体的运动轨迹却是弯曲的，能否借鉴研究直线运动规律的方法来探究这一类运动的规律？”提示学生可类比研究直线运动来研究曲线运动，举例生活中的曲线运动，给出曲线运动的定义：“这些物体的运动轨迹都是曲线，我们将这类运动称为曲线运动（curvilinear motion）”，然后提出方法——根据运动轨迹的特点，将运动归入直线运动或曲线运动加以研究。

沪科教版：此版教材中本节的题目是“飞机投弹与平抛运动”，把曲线运动的知识融入飞机投弹的情境里，以平抛运动为核心和重点。开篇以飞机投弹情境作为引入，并提问：“要使投下的炸弹准确地命中地面的目标，飞行员应在何处投弹？”给出学生可能的回答：“目标正上方时”“离目标一定水平距离处”…… 接着是过渡句“要想正确地回答这个问题，就要弄清楚炸弹离开飞机后的运动情况。”然后通过模拟实验“观察小球离开桌面后的运动轨迹”，得到曲线运动的定义：“物体沿着一条曲线路径的运动叫作曲线运动（curvilinearmotion）。”

1.2 曲线运动的速度方向

人教版：首先观察图片并提问：“砂轮打磨下来的炽热微粒和飞出去的链球分别沿着什么方向运动？”接着是过渡句：“物体做直线运动时，速度方向与运动轨迹一致。物体做曲线运动时，速度方向又是怎样的呢？”然后分析做圆周运动的链球的速度方向得到结论：“速度的方向在不断变化。”之后进行演示实验“观察做曲线运动物体的速度方向”，陈述实验过程并提问：“白纸上的印记与轨迹曲线有什么关系？”最后通过理论分析，利用极限的思想分析不断靠近的两个点的平均速度方向，得到结论：“质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向。”

粤教版：首先复习直线运动的速度方向，提问“物体做曲线运动的速度方向有什么规律呢？”接着进行实验“观察小球在出口处的运动方向与轨道曲线形状的关系”，描述实验现象：“小球在曲线轨道出口处的运动方向沿着该点的切线方向。”然后利用极限的思想进行理论分析，最后得到结论：“在曲线运动中，质点在某一位置处的速度方向与曲线在这一点的切线方向一致。”并为下一个知识点做铺垫：“因为曲线运动的速度方向时刻都在变化，所以曲线运动是一种变速运动。”

沪科教版：“模拟飞机投弹的实验表明：当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体就做曲线运动。即做曲线运动的物体的加速度与它的速度方向不在同一直线上。”

1.3 物体做曲线运动的条件

人教版：首先进行思考与讨论：“你认为物体在什么条件下做曲线运动呢？”接着进行演示实验“观察钢球的运动轨迹”，联想生活中类似的例子，最后得出结论：“当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。即做曲线运动的物体的加速度的方向与速度的方向不在同一直线上。”

粤教版：首先提问：“物体需要满足什么条件才会做曲线运动呢？”，接着是过渡句：“根据牛顿第二定律，此时物体所受合外力不为零。”然后进行实验与探究“探究磁铁要在什么方向上吸引钢珠，钢珠才会偏离原来的运动方向做曲线运动”，描述实验现象：“当钢珠受到磁铁的吸引力与钢珠的运动方向不在同一直线上时，钢珠将偏离原来的方向做曲线运动。”得出实验结论：“当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。”以两个讨论与交流题目作为结尾，分别是“根据乒乓球的频闪照片分析其做曲线运动的原因”“观察生活中的曲线运动并分析其做曲线运动的原因”。最后在资料活页页面展示航飞表演中的曲线运动的图片。

沪科教版：教材直接给出“曲线运动的速度方向不断变化”“做曲线运动的质点在某一点（或某一时刻）的速度方向是在曲线上该点的切线方向上”“速度是矢量，只要速度的方向发生了变化，速度就发生了变化，也就有了加速度”。

1.4 结尾

人教版：以做一做“用飞镖显示曲线运动的速度方向”为结尾，体会曲线运动的速度方向与轨迹曲线的关系。

粤教版：以两个讨论与交流题目作为结尾，分别是“根据乒乓球的频闪照片分析其做曲线运动的原因”“观察生活中的曲线运动并分析其做曲线运动的原因”。最后在资料活页页面展示航飞表演中的曲线运动的图片。

沪科教版：无相关内容。

沪科教版教材本节标题是“飞机投弹与平抛运动”与人教版和粤教版教材的标题“曲线运动”有很大区别。沪科教版教材不太重视曲线运动的基础知识，更重视平抛运动的教学，将曲线运动的知识点融入飞机投弹模拟实验的平抛运动中。同时沪科教版教材基于一个模拟实验就得到了曲线运动的两个重要结论，缺失部分逻辑推理过程，教学内容也不够丰富，但沪科教版教材的优点在于关注了学生的前概念，建立了有趣的飞机投弹情境。

1.5 对比分析

人教版和粤教版教材都推荐学生通过类比直线运动的研究过程来研究曲线运动，在章头、正文和过渡句中都涉及类比迁移的思想。人教版教材将“曲线运动的定义”放在第五章抛体运动首页的小字部分，可能导致学生忽略该知识点。粤教版教材的逻辑思路更加清晰，每个实验后都有对实验结果的描述和实验结论的推理，并且在知识点之间的过渡上做得更好。正文结尾部分的讨论与交流环节让学生应用所学知识去分析问题，有利于巩固知识和建立稳固的知识结构。

2 前概念转化分析

根据波森纳等人的概念转变模型，学生前概念转变的条件有不满足性、可理解性、合理性和有效性。杨玉静提出教材概念转变各指标描述水平的判定标准^［4］，其中的一级和二级指标如表1所示。经过文献法调研得到“曲线运动”前概念有两个：“向心力突然消失，物体将沿着或逆着原轨迹的大致方向继续运动”^［5］“物体侧面受力后，运动方向变为受力方向。”^{［6］［7］}

经过笔者分析，人教版、粤教版教材均无有效的冲突情景去激活原有的错误概念，“引发对前概念不满”环节缺失，而在“新概念的可理解性”和“新概念的合理性”环节，人教版和粤教版教材都做得比较好，结合实例进行科学推理，并通过实验探究和理论分析等方式纳入新概念。在正文部分，粤教版教材的“新概念的有效性”环节完成度较高，让学生在生活中常见的应用情境中利用所学知识解决问题，而人教版教材在这一环节有所缺失。

沪科教版教材的“对前概念不满”层级水平较高，建立了有效的冲突情境，激活原有的错误概念并让学生产生认知冲突，但在后续的概念转化中，沪科教版教材仅简单地把结论抛出，让学生机械记忆，没有提供有助于理解概念的素材、实验和方法等，“新概念的可理解性”“新概念的合理性”“新概念的有效性”层级缺失。

3 实验对比分析

随后本文基于邱文婷构建的教材科学探究水平分析框架和科学过程技能及其分类^［8］，对“曲线运动”一节中的实验进行了分析（见表2）。

人教版教材的“观察做曲线运动物体的速度方向”实验的大部分材料易获得，但弧形轨道较难制作，若用软管作为轨道，轨道难以支撑，钢球容易卡在管内，而硬质管又难以弯曲，需要自制半开放型轨道。教材没有说明如何给予钢球一定的初速度从弯道口进入，徒手推动难以给钢球足够动力走完全程。在“物体做曲线运动的条件”实验中，钢球的大小、倾斜轨道的倾角、磁铁放置的位置都是实验能否成功的决定因素。“用飞镖显示曲线运动的速度方向”这一课后自制小实验有利于发展学生的探究能力，培养合作意识。本次实验需要用到手机软件慢放视频并做定格处理，有利于培养学生的信息素养。

粤教版教材的“观察做曲线运动物体的速度方向”实验跟人教版教材实验的区别在于轨道的设计，前者用6块切割后的塑料板拼接成轨道，后者没有提到轨道如何制作。

在“物体做曲线运动的条件”实验中，三个版本教材的实验科学探究水平基本是限定探究水平，实验目的、方案步骤、实验结果、实验结论都呈现在教材上。笔者建议教师以课本实验为基础让学生自主设计实验方案、处理数据和得出结论，若时间不宽裕，教师可以按照探究步骤进行演示实验，培养学生的实验能力和科学素养。沪科教版教材虽然本节实验少，但更重视评价交流环节，这个环节也是人教版和粤教版教材缺失的地方。三个版本教材的实验都以培养学生“观察”这一科学过程技能为主。

4 插图比较

图片有助于显化思维，有助于理解实验过程和物理概念。如表3所示，人教版和粤教版教材的图片类别丰富，每个实验探究都配一张图片，有助于学生形象化理解。但人教版教材在正文第一部分开头的两幅图不能充分体现做曲线运动物体在某点处的运动方向，砂轮图片较暗，而第二张静态图中看不出链球的运动轨迹，建议教师在PPT上播放动图或视频方便学生观察。粤教版教材在导入环节提供较多生活素材的图片，促使学生联系生活、发现生活中的物理现象，利用所学知识解释生活现象和解决生活问题。

5 课后习题对比

人教版教材课后习题最多，种类最丰富，有些习题难度较大。如表4所示，粤教版出了4道概念辨析小题，有利于学生理解概念。人教版和粤教版教材都重点考察“做曲线运动物体的速度方向”，重视培养学生的画图能力。沪科教版第二章的第1节“飞机投弹与平抛运动”的习题全是平抛运动的题目，没有单独考查“曲线运动”的习题。

6 总结

本文从编写思路、前概念转化情况、实验、插图和课后习题五个方面对人教版、粤教版和沪科教版高中物理教材中关于“曲线运动”的内容进行对比分析。人教版和粤教版的教材编排结构、内容安排、知识点分布接近，人教版教材的习题更加丰富，粤教版教材的图片和实验比较多，更关注学生日常生活中的物理现象。沪科教版教材的编写思路与以上两个版本有较大差异，跟其他章节内容相比，沪科教版教材对“曲线运动”着重笔墨不多，但更重视对学生实验的评价交流环节。

建议教师们结合三本教材的优缺点，以人教版或粤教版教材的思路为主要教学思路，借鉴其他教材的素材和实验补充教学框架，丰富教学内容。同时，教师应注重学生实验以及实验后的交流评价环节，并且多结合生活现象进行知识点的教学。

参考文献

［1］［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）［M］.北京：人民教育出版社，2020：8，15.

［2］颜文萱，王强.思维导图辅助高中物理大概念的可视化建构——以“曲线运动”单元复习为例［J］.中学物理教学参考，2023，52（12）：1-5.

［4］杨玉静.基于概念转变的中学物理教科书分析及其教学设计研究［D］.大连：辽宁师范大学，2023．

［5］徐联.高中物理曲线运动前概念调查及转化教学研究［D］.西安：陕西师范大学，2020．

［6］黄佳瑞.高中生物理相异构想的调查及矫正研究——以《力与运动》为例［D］.石家庄：河北师范大学，2020．

［7］白钰，程琳.基于POE教学策略的高中物理力学迷思概念的转化路径［J］.福建基础教育研究，2021（10）：102-106．

［8］邱文婷，张军朋.高中物理教材实验的探究水平与过程技能研究——以2019年人教版、沪科教版、粤教版必修部分为例［J］. 物理教师，2021，42 （11）： 18-22．