何家傳

(蕪湖市第一中學(xué) 安徽 蕪湖 241000)

汪志榮

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院 安徽 蕪湖 241000)

在高中物理課程實施過程中，為了更好地落實物理課程的育人功能，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，高中物理教材作為直接的課程資源應(yīng)發(fā)揮重要作用[1].物理教材的編寫應(yīng)該站在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的高度，發(fā)揮教材的育人功能，落實物理課程在“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責任”等方面的要求，有效促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成[2].

教材習(xí)題作為教科書內(nèi)容重要組成部分，對于實現(xiàn)課程培養(yǎng)目標具有無可替代的作用.然而，現(xiàn)行教材習(xí)題內(nèi)容在實際教學(xué)中并沒有受到應(yīng)有的重視.很多師生認為教材習(xí)題太簡單，為了應(yīng)對高考，將大量的課外教輔材料當做必備的學(xué)習(xí)診斷和評價資料.采取這種“題海戰(zhàn)術(shù)”，不僅不利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，甚至導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒.因此，為提高習(xí)題教學(xué)質(zhì)量，有必要深入研究物理教材的習(xí)題內(nèi)容.

目前，中學(xué)物理教材習(xí)題研究并不多見.在CNKI中國基礎(chǔ)教育教與學(xué)資源總庫中，以篇名為檢索條件，設(shè)定“教材習(xí)題”為檢索內(nèi)容，通過快速檢索全部期刊發(fā)現(xiàn)，近20年物理學(xué)科有關(guān)文獻共有18篇，物理教材習(xí)題比較研究僅有2篇.以下聚焦人教版物理教材中的習(xí)題部分，以“萬有引力與宇宙航行”單元為例，采用比較研究法，分析新舊教材的變化，著重關(guān)注新教材在落實育人功能、提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的改變，并提出教材習(xí)題改革的建議，以期為教師的課堂教學(xué)及教材編寫提供些許參考建議.

1 “萬有引力與宇宙航行”單元教材內(nèi)容分析

1.1 《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下稱“新課標”)關(guān)于“萬有引力與宇宙航行”單元的內(nèi)容要求

(1)通過史實，了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程.知道萬有引力定律.認識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義.認識科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用.

(2)會計算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度.知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.

(3)知道牛頓力學(xué)的局限性，體會人類對自然界的探索是不斷深入的.

(4)初步了解相對論時空觀.

(5)關(guān)注宇宙起源和演化的研究進展.

1.2 “萬有引力與宇宙航行”單元教材內(nèi)容分析

舊教材是人民教育出版社2010年4月第3版普通高中課程標準實驗教科書《物理·必修2》(以下稱“舊教材”)，分析內(nèi)容為第六章“萬有引力與航天”.新教材是2019年7月第1版普通高中教科書《物理·必修》第二冊(以下稱“新教材”)，分析內(nèi)容為第七章“萬有引力與宇宙航行”.從章編排上看，新教材將舊教材的第五章“曲線運動”分為第五章“拋體運動”和第六章“圓周運動”，這種編排更好地體現(xiàn)了新教材深度難度的漸進性，符合學(xué)生的認知規(guī)律.從章標題上看，新教材更切合教材內(nèi)容和教學(xué)實際，體現(xiàn)內(nèi)容的準確性和表述的規(guī)范性.從內(nèi)容設(shè)置上看，新舊教材的節(jié)組成也略有不同(見表1).

表1 新舊教材目錄

新教材將舊教材中的第2節(jié)“太陽與行星間的引力”和第3節(jié)“萬有引力定律”合并成一節(jié)，即第2節(jié)“萬用引力定律”.新教材第5節(jié)“相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性”涵蓋了舊教材第6節(jié)“經(jīng)典力學(xué)的局限性”和舊教材選修3-4第十五章第2節(jié)“時間和空間的相對性”兩節(jié)的內(nèi)容，并進行重新編排，有機整合.這些變化，使知識邏輯連貫性更強，有利于學(xué)生系統(tǒng)探究、建構(gòu)知識，利于教學(xué)，也更符合新課標要求.

2 新舊教材“萬有引力與宇宙航行”單元習(xí)題編排整體分析

2.1 習(xí)題欄目和習(xí)題類型設(shè)置

舊教材在節(jié)末設(shè)置“問題與練習(xí)”，新教材在節(jié)末設(shè)置“練習(xí)與應(yīng)用”.依據(jù)新課標，新教材在章末設(shè)置了體現(xiàn)綜合強化功能的章練習(xí)，分A,B兩組，A組對應(yīng)新課標中必修內(nèi)容的要求，B組比新課標中必修內(nèi)容略有超出，供學(xué)有余力的學(xué)生選做(見表2).這種設(shè)置能夠滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生有個性的發(fā)展搭建平臺.

表2 新舊教材習(xí)題欄目設(shè)置

節(jié)末習(xí)題欄目設(shè)置的細微變化，體現(xiàn)新教材更注重知識的應(yīng)用，強調(diào)學(xué)以致用.

新舊教材習(xí)題類型統(tǒng)計如表3所示.

表3 新舊教材習(xí)題類型統(tǒng)計

通過表3對比可以看出，新舊教材節(jié)末習(xí)題題量和題型分布完全相同.這與新課標對教材編寫深度與廣度的要求一致，“注意不能隨意增減物理內(nèi)容，也不能隨意拔高或降低要求”[1].兩套教材都沒有設(shè)置選擇題和填空題，編者抓住了習(xí)題“建構(gòu)”和“培養(yǎng)”的功能，讓學(xué)生在解答問題的過程中，提升素養(yǎng)，而不是通過習(xí)題來甄別學(xué)生水平的高低，將習(xí)題和試題很好的區(qū)分開來，從發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度，教材習(xí)題的功能定位非常準確.新舊教材不同的是，新教材由于增設(shè)了章末習(xí)題，從而使本章總題量增加了13題，而且在章末習(xí)題中設(shè)置了實驗探究題，利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力.

2.2 習(xí)題內(nèi)容設(shè)置

通過對新舊教材相同題、不同題、情境題等內(nèi)容的對比，對照新課標要求，分析兩版教材的優(yōu)劣.

2.2.1 相同題

由于舊教材未設(shè)置章末習(xí)題，故只統(tǒng)計兩版教材的節(jié)末習(xí)題.分析發(fā)現(xiàn)，新舊教材中有12道相同題，在節(jié)末習(xí)題中占比約63%.其中完全相同的題目有8道，基本相同的題目有4道.

相比舊教材，新教材更加注重運用物理知識解決實際問題，例如在“萬有引力理論的成就”節(jié)末習(xí)題中，兩版教材的第1題，已知條件和前兩個小問完全相同，“已知月球的質(zhì)量是7.3×1022kg，半徑是1.7×103km，月球表面的自由落體加速度多大？這對宇航員在月球表面的行動會產(chǎn)生什么影響？”.但新教材在第2問的基礎(chǔ)上增加了第3問，“若宇航員在地面上最多能舉起質(zhì)量為m的物體，他在月球表面最多能舉起質(zhì)量是多少的物體？”.使學(xué)生體驗了“由定性分析到定量計算”的過程，符合認知規(guī)律，鞏固學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的能力.再如，新教材第3節(jié)習(xí)題第4題與舊教材第1節(jié)第4題，都以哈雷彗星運動為背景材料，舊教材的問題是已知哈雷彗星軌道的半長軸與地球公轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，估算哈雷彗星下次飛近地球大約是哪年？新教材提出了兩個問題，一個問題是通過預(yù)測哈雷彗星下次飛近地球的時間點，估算其軌道的半長軸與地球公轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，另一個問題是比較哈雷彗星在近日點和遠日點速度大小并求加速度大小之比.同樣的背景材料，兩版教材編排在不同節(jié)末，提出不同問題.不難看出，新教材提出問題的方式更符合客觀歷史事實，遵從科學(xué)性原則；本題安排在教材第3節(jié)后更合理，體現(xiàn)知識的循序漸進.

2.2.2 不同題

新舊教材節(jié)末習(xí)題有7題不同，其中最大的不同是，舊教材第6節(jié)“經(jīng)典力學(xué)的局限性”課后設(shè)置了2道習(xí)題，而新教材第5節(jié)“相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性”課后設(shè)置了3道習(xí)題，題目內(nèi)容也完全不同，新教材3道題考查的知識都是相對論時空觀.另外，“萬有引力定律”節(jié)后習(xí)題第3題，舊教材設(shè)置的是計算兩個微觀粒子夸克之間的萬有引力，而新教材設(shè)置的是計算宏觀天體太陽和月球之間的引力.這些變化，更切合本章的研究內(nèi)容和新課標的要求.

2.2.3 情境題

情境題是指以現(xiàn)實存在的事物(如自然現(xiàn)象、日常生活等)為背景引出物理知識和問題.物理概念的建立，需要在經(jīng)驗情境的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷“概念共同屬性、抽象本質(zhì)特征”的思想加工過程；物理規(guī)律的探究則需要創(chuàng)設(shè)問題情境；而運用物理知識解決實際問題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識相聯(lián)系的水平，即能否把問題中的實際情境轉(zhuǎn)化為解決問題的物理知識[2].因此，無論是教材編寫、習(xí)題設(shè)置還是教學(xué)設(shè)計實施過程中，都要重視情境的創(chuàng)設(shè).

兩版教材均設(shè)置了較多的情境題(見表4).在節(jié)末練習(xí)中，舊教材情境題占比36.8%，新教材情境題占比52.6%，新教材節(jié)末習(xí)題更加重視創(chuàng)設(shè)情境.在章末習(xí)題中，情境題占比減少，題目更加注重對物理知識的綜合運用，發(fā)揮其“學(xué)業(yè)整合”的功能.

表4 新舊教材情境題統(tǒng)計

3 學(xué)科核心素養(yǎng)目標視域下新舊教材習(xí)題編制特點分析

3.1 創(chuàng)設(shè)情境促進學(xué)生形成物理觀念和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責任

在教學(xué)中，要創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究和思維加工，保證物理概念和規(guī)律的內(nèi)化，形成學(xué)科思想[2].對比分析知，新教材設(shè)置了較多的情境題，通過創(chuàng)設(shè)情境引發(fā)學(xué)生積極思考、促成學(xué)生對概念規(guī)律的深度理解，最終形成物理觀念.例如哈雷彗星周期性運動、潮汐現(xiàn)象、“行星沖日”等問題，很好地體現(xiàn)了運動觀念、相互作用觀念和能量守恒觀念及其應(yīng)用.研究這些問題的過程中，使學(xué)生逐步理解這些物理現(xiàn)象的科學(xué)本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、立志成才，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責任.

3.2 合理設(shè)問培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[1].

相比于舊教材，新教材習(xí)題的設(shè)問更注重模型建構(gòu)、推理論證和質(zhì)疑創(chuàng)新，多次出現(xiàn)“請你根據(jù)實際情況……”“請你幫助她完成……”“應(yīng)該怎么理解……”等設(shè)問方式.

具體分析如表5所示.

表5 新教材問題設(shè)置

3.3 章末增設(shè)實驗題提升學(xué)生科學(xué)探究能力

新教材在章末復(fù)習(xí)與提高題中，特別設(shè)置了兩個實驗題.A組第6題，“在月球上的宇航員，需要選用哪些實驗器材，怎樣才能測出月球的質(zhì)量？”.B組第1題，“如果你站在月球上，能否用一把刻度尺和一塊秒表估測月球的質(zhì)量？如果能，請設(shè)計實驗……”.雖然這些實驗的前提是在月球上，看上去無法直接完成實驗，但仍可以運用已有的知識，經(jīng)歷提出科學(xué)問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案,基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的過程，增強了科學(xué)探究意識，提升了科學(xué)探究能力.

4 結(jié)論與建議

通過比較可以看出，人教版物理新教材習(xí)題編寫以新課標為依據(jù)，從發(fā)揮育人功能和提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度看，價值很高，教師應(yīng)該充分發(fā)掘這些優(yōu)點并好好利用.但從另一個角度來看，教材習(xí)題的診斷和評價功能略顯不足.要使教師普遍重視物理教材習(xí)題，真正用好教材習(xí)題，還應(yīng)從以下兩方面作些調(diào)整.

4.1 適當增加題量和難度

新教材雖然增加了章末習(xí)題，但節(jié)后習(xí)題偏少，5節(jié)內(nèi)容共設(shè)置了19道習(xí)題，平均每節(jié)不足4題，而且難度偏低，基本是學(xué)業(yè)水平測試要求.雖然這些習(xí)題力求從不同角度提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，但其數(shù)量和難度難以達到高考的要求，致使很多教師干脆放棄教材習(xí)題，自編習(xí)題或挑選其他資料.筆者認為，節(jié)后習(xí)題設(shè)置5～6題為宜，難度設(shè)置兼顧學(xué)業(yè)水平測試和高考.

4.2 題目設(shè)計應(yīng)該多樣化

在題型上，章末習(xí)題可以適當設(shè)置一些選擇、填空題，與考試接軌，更好地發(fā)揮其診斷和評價功能.

在內(nèi)容上,進一步增加情境題比例，關(guān)注前沿科技，引入與物理相關(guān)的生活現(xiàn)象和自然現(xiàn)象.例如，以北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、墨子號量子科學(xué)實驗衛(wèi)星、“天眼”等前沿科技為素材設(shè)置題目，使學(xué)生在解決問題的過程中形成崇尚科學(xué)、追求真理的價值觀.以太陽東升西落、四季更替等自然現(xiàn)象為題，從學(xué)生的角度出發(fā),從熟悉和常見的現(xiàn)象中來實現(xiàn)學(xué)生情感、態(tài)度的引導(dǎo).

在結(jié)構(gòu)上，注意層次化和多樣化, 可以滿足不同層次的學(xué)生, 體現(xiàn)因材施教.按照習(xí)題類型、難易程度給出不同的層次.既要有簡單的物理概念定律的回顧, 也要有更深一步的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)習(xí)慣，為高校輸送合格人才做準備.如提出概念題、探究性思考題、批判性思考題等.其實國內(nèi)很多輔導(dǎo)教材中習(xí)題的結(jié)構(gòu)值得借鑒, 如“想一想”“練一練”“做一做”等.