新旧教材中《牛顿运动定律》的比较与思考

2022-09-12

我国高中课程的培养目标由人教版《全日制普通高级中学教科书 (必修) 物理第一册》中的“为高一级学校和社会输送素质良好的合格的毕业生”改为《普通高中物理课程标准 (实验) 》中的“进一步提高学生的科学素养, 满足全体学生的终生发展需求”。

培养目标的变化赋予了教科书新的教育任务——“教科书不应只是知识的载体, 而应担负物理课程在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等多方面的教育任务。”因此新旧教材在编写上有了很大的不同。本文以“牛顿运动定律”为例对人教版《全日制普通高级中学教科书 (必修) 物理第一册》和新人教版《普通高中课程标准实验教科书必修物理1》进行比较分析。

一、新、旧教材组织思路比较

“牛顿运动定律”是动力学的核心内容, 无论是在旧教材还是新教材中都是独立的一章, 是在前面力和直线运动的基础上进一步研究运动与力的关系。通过对新、旧教材目录的比较, 我们可以发现:

1、在“牛顿第二定律”的得出上相比于旧教材, 新教材将“实验:探究加速度与力、质量的关系”从旧教材的“牛顿第二定律”中独立出来成为单独的一节, 体现了对实验的重视, 对科学探究活动的重视。

2、在旧教材中“物体运动状态的改变”一节只包含两个知识点 (力是使物体产生加速度的原因和质量是物体惯性大小的量度) , 新教材中这两个知识点在“牛顿第一定律”一节中以旁批和知识点的形式出现。从表面的编排上看节约了课时。更深层的出发点则是牛顿第一定律本身揭示了力与运动的关系 (力不是维持物体运动的原因→力是改变物体速度的原因→力是使物体产生加速度的原因) ;另一方面则是因为是牛顿提出了力和惯性的概念, 这也是牛顿第一定律之所以被称为惯性定律的原因。

3、在初中阶段, 物理量的单位的学习是学生较为困惑的问题, 关于1N的规定给学生的印象也有些随意。新教材将“力学单位制”紧随“牛顿第二定律”之后, 这样就使学生及时的解除对物理量单位的命名和使用的疑惑, 及时体会到对一些单位进行规定的合理性和方便性。

4、新教材中“牛顿运动定律的应用 (一) ”的内容是动力学的两类基本问题:物体的受力情况→物体的运动情况, 牛顿运动定律是解决动力学问题的关键, 这样突出牛顿第二定律在动力学中的核心地位。

5、新教材中“牛顿运动定律的应用 (二) ”包含旧教材中的第四章“共点力的平衡条件”、“超重和失重”、“从动力学看自由落体运动”。这样将牛顿运动定律解决的问题归纳在了一起, 使学生体验到科学知识的作用, 凸显了牛顿运动定律的地位, 也使学生对各类问题的认识更加深刻;“从动力学看自由落体运动”使学生从力的角度对自由落体运动再认识, 这也是新课程下对学生反思能力的注重。

6、至于旧教材的“惯性系和非惯性系”、“牛顿运动定律的适用范围”, 新教材基于牛顿第一定律内涵了惯性系, 所以将这个内容调整在第一节“牛顿第一定律”的“科学漫步”栏目——“惯性参考系”;基于在后续章节牛顿运动定律在曲线运动、天体运动中的应用的考虑, 新教材在“万有引力”一章的最后安排了“经典力学的局限性”一节谈了牛顿运动定律的适用条件。

二、新教材内容编写方面特点

《普通高中物理课程标准 (实验) 》中指出“在课程改革理念和目标的实施过程中, 教科书的编写具有重要的作用”。因此新教材在内容的编写上努力践行新课改对课程内容的要求——全面落实课程目标任务, 又要突出特色。现就个人对新教材特点的理解概括如下:

1、突出牛顿运动定律的作用、地位。

牛顿第一定律揭示了运动和力的关系, 因此教材在69页大标题“牛顿物理学的基石——惯性定律”;

牛顿第二定律具体地、定量地回答了力与物体的质量、加速度的关系是牛顿物理学的核心。在牛顿运动定律的应用部分, 紧紧围绕牛顿定律设置了“从受力确定运动情况”、“从运动确定受力情况”、“共点力的平衡条件”、“超重和失重”、“从动力学看自由落体运动”等几个具体问题, 从而使学生体验科学知识对人们认识世界, 解决问题中的作用。

牛顿第三定律明晰了作用力与反作用力的关系, 新教材在83页设置了“物体的受力分析”来体现牛顿第三定律的作用。

2、尊重科学的发生过程, 有利于学生科学发展观的树立。

科学过程是科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。

新教材用了更大篇幅来生动的叙述牛顿第一定律的得出过程。意在引导学生了解科学的发现和发展, 认识科学发现的社会背景和人文因素。

在学生认识到力是物体产生加速度的原因后, 教材通过实验探究加速度与力和物体质量的定量关系, 取得数据、画出图象, 总结得到牛顿第二定律。这样使学生获得一种研究问题的体验, 加深对物理规律获得的严密性的认识, 培养学生科学严谨的态度, 有利于学生科学发展观的树立。

3、重视科学知识的应用过程, 体现基础性与时代性。

牛顿第二定律的突出特点是表述的简明性和应用的广泛性。背诵它的条文、记住公式轻而易举, 但应用它去分析解决具体的力学问题, 对大多数的初学者来说, 并不是一件容易的事。

新教材通过教材中的插图、77页的“科学漫步”、课后的习题加深学生对基础知识的理解和掌握;同时从这些问题如冰壶运动、“做一做”——用传感器探究作用力与反作用力的关系、车轮获得地面的反作用力、瘦人与大力士掰手腕等事例来生动的说明生活中物理无处不在, 来体现科学知识的时代性。

4、渗透物理思想、物理方法。

(1) 理想化——科学研究的重要思想。伽利略“理想实验”虽然也叫实验, 但它不等同于科学实验。真实的实验是一种实践活动, 而“理想实验”则是一种思维活动, 是在观察和实验的基础上, 运用抽象思维能力, 抓住主要因素, 忽略次要因素, 对实际过程做出了更深入的抽象分析, 使研究对象纯粹化, 从而揭示事物的本质。它是自然科学理论研究中的重要思想方法。伽利略意识这种科学方法论的重要意义, 他自己评价到:“这种将带来大量奇妙成果的新方法, 在未来的年代里会博得许多人的重视。”

(2) 科学探究方法。新教材在本章第二节“实验:探究加速度与力、质量的关系”中, 从为什么要探究、猜想什么关系、如何探究、具体操作到最后的图象处理, 就是在让学生体会整个探究过程的科学严谨和合理的可操作性。