居津 侯芳

摘? ?要：人教版2019年版高中物理必修一與2010年版相比有不少改進(jìn)。相比于其他章節(jié)，“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)在新教材中改動(dòng)較大。文章嘗試從課程標(biāo)準(zhǔn)要求入手，將兩版教材從學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯三個(gè)方面進(jìn)行對比分析，在此基礎(chǔ)上對“自由落體運(yùn)動(dòng)”提出與新教材相對應(yīng)的教學(xué)邏輯線索，并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。希望對新教材的使用和教師提高教學(xué)質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：新舊教材;邏輯對比;自由落體運(yùn)動(dòng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）8-0019-5

“自由落體運(yùn)動(dòng)”是力學(xué)部分的重點(diǎn)，經(jīng)常被選作教學(xué)比賽或教研活動(dòng)的課題。比較人教版高中物理必修一2019年版[1]（以下簡稱新教材）和

2010年版[2]（以下簡稱舊教材）兩版教材可知，這一節(jié)內(nèi)容改動(dòng)較大。本文主要從教材邏輯方面對兩版教材進(jìn)行對比分析。

1? ? 兩版教材對比分析

1.1? ? 課程標(biāo)準(zhǔn)對“自由落體運(yùn)動(dòng)”的要求

課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫的重要依據(jù)，教材的編寫在遵循課程標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行有邏輯性、創(chuàng)造性的內(nèi)容選擇與重組?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中明確了“自由落體運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容[3]（表1）。從內(nèi)容要求表述中可以發(fā)現(xiàn)，自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的習(xí)得離不開物理學(xué)史的研究。

1.2? ? 兩版教材編寫的對比分析

1.2.1? ? 兩版教材的體例結(jié)構(gòu)對比

兩版教材的結(jié)構(gòu)大致相同，均包括：主要內(nèi)容、演示、實(shí)驗(yàn)、做一做、STSE和問題與練習(xí)。但新教材在節(jié)首設(shè)置了“問題”欄目，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境問題，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識及提出問題的能力。同時(shí)，新教材在本節(jié)還設(shè)置了“科學(xué)漫步”欄目，用以介紹伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，介紹關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的重要史實(shí)，開闊學(xué)生的視野。

1.2.2? ? 兩版教材的學(xué)科邏輯對比

知識的構(gòu)成要素包括符號表征和邏輯形式。符號表征是人類對于世界的認(rèn)識成果，任何的知識都是以特定的符號表征的，屬于外顯的知識體系;邏輯形式則是人認(rèn)知世界的方式，是知識建構(gòu)的邏輯過程和人認(rèn)識知識的邏輯思維過程，屬于內(nèi)隱的知識體系。不同的學(xué)科有各自的知識特色，知識體系的建構(gòu)過程也有各自不同的規(guī)律。不僅如此，即使是同一學(xué)科，對于不同的知識，構(gòu)建的過程也不盡相同，這就是教材的知識體系邏輯，也就是學(xué)科邏輯。

舊教材將“自由落體運(yùn)動(dòng)”知識設(shè)置為兩節(jié)。前一節(jié)內(nèi)容為“自由落體運(yùn)動(dòng)”，教學(xué)內(nèi)容如圖1所示;后一節(jié)內(nèi)容為“伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”，教學(xué)內(nèi)容如圖2所示。

新教材將舊教材的兩節(jié)內(nèi)容合為一節(jié)，將物理學(xué)史作為選學(xué)內(nèi)容放在“科學(xué)漫步”欄目，其教學(xué)內(nèi)容如圖3所示。

按照舊教材的編排，分析其學(xué)科邏輯是將自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究與物理學(xué)史分為兩節(jié)進(jìn)行教學(xué)，人為地將自由落體運(yùn)動(dòng)的研究進(jìn)行割裂，導(dǎo)致在實(shí)際教學(xué)過程中學(xué)生不能真正體會(huì)到勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究方法，對伽利略的科學(xué)思想方法也只是浮于表面的了解，不利于學(xué)生物理觀念的形成和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。新教材調(diào)整了內(nèi)容的編排，將生活真實(shí)情境與物理學(xué)史的發(fā)展歷程和科學(xué)家的研究過程相結(jié)合，融入教學(xué)過程，相比于舊教材更符合本節(jié)內(nèi)容知識體系的構(gòu)建過程，有利于學(xué)生在前概念的基礎(chǔ)上更好地接受新知識，找尋新規(guī)律。

1.2.3? ? 兩版教材的認(rèn)知邏輯對比

認(rèn)知邏輯建立在學(xué)生習(xí)得新知識的心理適應(yīng)性基礎(chǔ)上。按人類認(rèn)識自然規(guī)律的基本順序，一般規(guī)律的認(rèn)知應(yīng)從簡單到復(fù)雜，從熟悉到陌生，從具體到抽象。學(xué)生的認(rèn)知過程主要包括兩個(gè)方面，即思考和體驗(yàn)。任何知識或規(guī)律的認(rèn)知都離不開學(xué)生對于從已知到認(rèn)識未知的思考過程，再結(jié)合學(xué)生體驗(yàn)別人的知識經(jīng)驗(yàn)或親身體驗(yàn)，即經(jīng)歷從理解到應(yīng)用的過程，才能真正掌握知識，這就是認(rèn)知的邏輯。教材的編寫只有更符合學(xué)生的認(rèn)知，才能使學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行新知識的建構(gòu)、理解和應(yīng)用。

首先，從自由落體運(yùn)動(dòng)主要知識內(nèi)容角度分析。舊教材先提出“不同物體，下落快慢是否相同”的問題，接著給出了牛頓管的演示實(shí)驗(yàn)，然后定義了自由落體運(yùn)動(dòng)，并用一句話“許許多多事實(shí)表明，自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)”總結(jié)物理規(guī)律。整個(gè)認(rèn)知過程并未建立在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上。對于落體運(yùn)動(dòng)中“阻力影響因素”的得出顯得非常突兀，屬于知識的告知，而非學(xué)生的感悟與習(xí)得。新教材先提出“結(jié)合實(shí)驗(yàn)及生活中的經(jīng)驗(yàn)，討論：什么因素影響物體下落的快慢”的問題，讓學(xué)生有所思考，并給出了歷史上關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的爭論，進(jìn)而提出阻力的影響，再給出牛頓管實(shí)驗(yàn)，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在知識習(xí)得過程中，鋪設(shè)層層臺階，從學(xué)生已知和熟悉的現(xiàn)象說起，形成有意義的學(xué)習(xí)。

其次，從教材的文字表述角度分析。舊教材的文字說明較少，第5節(jié)僅用了兩個(gè)版面，且陳述較多，設(shè)置的思考問題較少。新教材文字說明較多，前后共使用了六個(gè)版面，且在每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)均設(shè)置了相關(guān)問題要求學(xué)生思考，體現(xiàn)出了學(xué)生的主體性。

再次，從插圖的使用角度分析。舊教材的牛頓管實(shí)驗(yàn)只是使用簡短的文字表述，并未闡明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，學(xué)生要從這些簡短的文字表述中尋找規(guī)律，有一定的難度。新教材將牛頓管內(nèi)有空氣和真空兩種情況下的羽毛和鐵片下落情況做成對比圖，更具有可視性和真實(shí)性，讓學(xué)生有了更可靠的視覺體驗(yàn)，讓學(xué)生更容易找到物體下落的影響因素，同時(shí)也給沒有條件做實(shí)驗(yàn)的學(xué)校提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)[1]。

最后，從實(shí)驗(yàn)安排角度分析。物理學(xué)科的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)。兩版教材都安排了牛頓管演示實(shí)驗(yàn)和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。新教材添加了選做實(shí)驗(yàn)：用手機(jī)測自由落體加速度。當(dāng)代社會(huì)手機(jī)已成為每個(gè)人必不可少的通信工具，但現(xiàn)代化的手機(jī)并非僅限于通信的功能，還有其他功能可以輔助教學(xué)。教材在這里設(shè)置用手機(jī)測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)顯得更生活化，對學(xué)生而言具有一定的趣味性和探索性。學(xué)生在學(xué)習(xí)完本節(jié)內(nèi)容后按照教材內(nèi)容用手機(jī)進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)，可以大大激發(fā)他們探究規(guī)律的興趣，同時(shí)潛移默化地提高動(dòng)手操作的能力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力。

1.2.4? ? 兩版教材的教學(xué)邏輯對比

教學(xué)邏輯一般包含“教的邏輯”和“學(xué)的邏輯”，此部分主要討論“教的邏輯”，主要對比分析教材的可教性。從教材欄目的設(shè)置可以看出“教的邏輯”。整本新教材最大的改進(jìn)就在于課前設(shè)置情境問題導(dǎo)入，從學(xué)生熟悉的真實(shí)情境展開本節(jié)的主要內(nèi)容。新教材更注重知識的體系化，以本節(jié)內(nèi)容為例，正文與各個(gè)欄目配合合理，圖文匹配契合度高，給教師預(yù)留的空間較舊教材更多，同樣的內(nèi)容教師的教學(xué)可發(fā)揮的主動(dòng)性和創(chuàng)造性更大[4]。

2? ? “自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)邏輯的實(shí)踐

物理是一門邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科，教授這樣一門學(xué)科更要講究教學(xué)邏輯。一個(gè)好的教學(xué)邏輯通過情境設(shè)置可以將關(guān)于知識的學(xué)科邏輯和學(xué)生的認(rèn)知邏輯有機(jī)地結(jié)合在一起（圖4）[5]。這種情境設(shè)置可以是概念的由來、規(guī)律的建立過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)等。

無論是概念課、規(guī)律課、實(shí)驗(yàn)課或者復(fù)習(xí)課，都要把握好這個(gè)教學(xué)邏輯。一個(gè)符合邏輯的教學(xué)邏輯，必須要有一個(gè)好的邏輯起點(diǎn)。不同的物理課型，邏輯起點(diǎn)也各不相同。以“自由落體運(yùn)動(dòng)”這節(jié)規(guī)律課為例，筆者定位的邏輯起點(diǎn)從“為什么要研究落體運(yùn)動(dòng)”開始。整節(jié)課的教學(xué)邏輯線索如圖5所示。

具體教學(xué)流程如下：

一、新課引入（闡釋為什么要研究落體運(yùn)動(dòng)）

1.教師打翻桌上的杯子。

2.列舉生活中常見的落體運(yùn)動(dòng)。

（學(xué)生觀察，回憶生活中的細(xì)節(jié)）

3.教師講述伽利略對落體運(yùn)動(dòng)的評價(jià)：

（1）它是“自然界實(shí)際發(fā)生的具有加速度的”現(xiàn)象。

（2）“以對任何人都常見的、明顯的方式發(fā)生的”現(xiàn)象。

（3）沒有比總是以同一種方式重復(fù)它更簡單了。

師總結(jié)：從物理學(xué)史角度來說，人們對于運(yùn)動(dòng)最早的研究就是對落體運(yùn)動(dòng)的研究。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：體現(xiàn)出落體運(yùn)動(dòng)在生活中很常見，凸顯落體運(yùn)動(dòng)在加速運(yùn)動(dòng)中的常見性、典型性、可重復(fù)性，從而體現(xiàn)物理研究的方法與思想。

二、教學(xué)過程

第一部分：亞里士多德對落體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，引出空氣阻力對落體運(yùn)動(dòng)的影響。

教師介紹亞里士多德在《物理學(xué)》中的觀點(diǎn)——重物下落比輕物要快，引導(dǎo)學(xué)生對該觀點(diǎn)進(jìn)行討論。課堂實(shí)驗(yàn)展示紙團(tuán)和紙片下落過程。

學(xué)生活動(dòng)：①觀察實(shí)驗(yàn);②學(xué)生上臺操作，將紙片揉成紙團(tuán)后讓紙團(tuán)和另一張紙片同時(shí)下落。

提問：有什么方法可以在不改變物體質(zhì)量的情況下，改變物體下落的快慢？

提問：亞里士多德的觀點(diǎn)準(zhǔn)確嗎？他忽略了什么因素的影響？

學(xué)生：亞里士多德的觀點(diǎn)錯(cuò)誤。他忽略了空氣阻力的影響。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生的前概念入手，培養(yǎng)他們將生活經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到物理實(shí)驗(yàn)中的能力。

第二部分：探究沒有空氣阻力的情況下，落體運(yùn)動(dòng)的快慢和質(zhì)量的關(guān)系。

引發(fā)思考：如果沒有空氣阻力的影響，落體運(yùn)動(dòng)的快慢與質(zhì)量有關(guān)嗎？

演示牛頓管實(shí)驗(yàn)：

第一次：未抽氣，管內(nèi)空氣與大氣相通。鐵片和羽毛下落有明顯快慢差異。

第二次：抽氣20秒，管內(nèi)空氣很稀薄。鐵片和羽毛下落快慢幾乎沒有差異。

播放事先制作的慢放視頻能更清楚地觀察。

提問：觀察到?jīng)]有空氣阻力時(shí)，輕物、重物哪個(gè)下落得更快？

學(xué)生：無關(guān)。輕物、重物下落得一樣快。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律的能力。通過逐步抽氣實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和推理能力。

第三部分：建立自由落體理想運(yùn)動(dòng)模型，即定義自由落體運(yùn)動(dòng)（利用物理學(xué)史，分三部分闡釋怎樣研究自由落體運(yùn)動(dòng)，并建立理想模型）。

回顧歷史故事《斜塔上的實(shí)驗(yàn)》，提問：伽利略的實(shí)驗(yàn)中是否沒有空氣阻力？

生：有空氣阻力，空氣阻力遠(yuǎn)小于重力時(shí)可以忽略不計(jì)。

為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果和沒有空氣阻力時(shí)一樣呢？

現(xiàn)實(shí)空間中，絕對的真空不存在，但是為了得到科學(xué)的結(jié)論和規(guī)律，我們要進(jìn)行必要的理想化、簡化。

落體運(yùn)動(dòng)的理想狀態(tài)——沒有空氣阻力（只受重力），由靜止釋放。這個(gè)理想運(yùn)動(dòng)模型稱為自由落體運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生傾聽、思考理想模型在物理中的地位。

自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：①初速度為零;②只受重力。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：體現(xiàn)物理探究中抓住主要因素、忽略次要因素的思想，凸顯物理模型在科學(xué)探究中的重要性。

第四部分：探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

讓學(xué)生猜想自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：

提問：勻加速直線運(yùn)動(dòng)具有怎樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？（學(xué)生羅列勻加速直線運(yùn)動(dòng)的公式）

提問：我們研究自由落體運(yùn)動(dòng)過程中哪些物理量可以直接測量？

學(xué)生：位移、時(shí)間關(guān)系。

引導(dǎo)學(xué)生選擇公式：①連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之比為1：3：5：7：9;②位移和時(shí)間成正比。

提問：測量自由落體運(yùn)動(dòng)過程中有哪些困難？

生：下落太快，時(shí)間難以測量。

展示伽利略在做銅球沿斜面運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的油畫。指出物體在90°斜面上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和自由落體相同。課堂與學(xué)生共同完成斜面實(shí)驗(yàn)（找5個(gè)學(xué)生參與斜面實(shí)驗(yàn)）。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：再現(xiàn)伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。讓學(xué)生體驗(yàn)伽利略理想實(shí)驗(yàn)，體會(huì)如何進(jìn)行合理外推。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

第五部分：重力加速度。

使用不同物體進(jìn)行的反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同，這個(gè)加速度叫作自由落體加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。重力加速度方向豎直向下。

展示各地重力加速度，讓學(xué)生總結(jié)表格規(guī)律。在一般的計(jì)算中，重力加速度g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。告知學(xué)生高精度的重力加速度屬于國家機(jī)密。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)的能力，認(rèn)識重力加速度的重要性，培養(yǎng)學(xué)生維護(hù)國家安全的意識，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

第六部分：歸納應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律（整個(gè)教學(xué)過程帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷從生活到探究到實(shí)踐的認(rèn)知過程，更符合學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯）。

得出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律：

h=t2，v=gt，v2=2gh

提醒學(xué)生公式適用于從靜止開始，不適用于自由落體中間片段。

安排課后活動(dòng)：根據(jù)本節(jié)課所學(xué)制作反應(yīng)尺（學(xué)生課后完成制作）。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生知識遷移的能力和運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。

3? ? 結(jié)束語

目前，新教材廣泛采用了與生產(chǎn)、生活和科技相關(guān)問題相聯(lián)系的編寫特點(diǎn)，將知識點(diǎn)融入到真實(shí)情境中，因此整體把握新教材的邏輯編寫體例，設(shè)計(jì)符合學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯的教學(xué)十分必要。教學(xué)是一門藝術(shù)，所謂教無定法，貴在得法，相信符合邏輯的教學(xué)必然會(huì)更符合物理學(xué)科的特點(diǎn)，更容易被學(xué)生接受，也更能將知識與能力有機(jī)地融為一體。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）