基于教材邏輯解讀人教版物理新教材的改編*
——以“牛頓第三定律”為例

陳向紅(重慶市第十一中學校 重慶 400400)

隨著《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱課標)[1]的出臺與推行，高中物理教材編寫組以“提升學生物理學科核心素養，落實立德樹人根本任務”為指導思想，于2016年春季正式啟動對新教材的編寫，2019年秋季開始在部分省市投入使用[2](以下簡稱新教材).

在新教材投入使用初期，如何解讀新教材，應用新教材進行高質量教學成為了時下教師們研究的熱點問題.基于新課標對“共點力的平衡”要求的加強，新教材中“牛頓第三定律”的編寫較舊教材作出了較大調整.因此，筆者將新教材與 2010 年出版的高中物理教材(簡稱“舊教材”)中“牛頓第三定律”這一節從宏觀章節邏輯結構和微觀具體內容改編兩方面進行對比分析，解讀教材邏輯，理解改編意義，理清教學思路，以期啟示一線教師在使用新教材時能深入分析教材改編的意義，提高教學效率和教學質量.

1 新舊教材中“牛頓第三定律”的教材邏輯對比分析

教材邏輯包括學科邏輯、認知邏輯和教學邏輯.學科邏輯是按照一定的理論方法使學科中各知識串聯起來而形成的線索結構.認知邏輯是以學生為主體，遵循學生認知規律的邏輯系統.教學邏輯是學科邏輯和認知邏輯的概括和發展，是教師基于對學科教學與學生發展關系認知基礎上形成的關于教學內容和教學活動序列安排的構想，能實現學科邏輯和認知邏輯的統一[3].

1.1 章節結構的學科邏輯對比

牛頓三大定律是一個有機整體，是一脈相承的完整理論體系，是動力學的基礎.在高中物理學習中，它一直保持著重要地位，是幫助學生形成運動與相互作用觀的必備知識.從表1可以看出，舊教材的“牛頓第三定律”在第四章第5節[4]，與牛頓第一、第二定律處于同一章節，構成了完整的“牛頓運動定律”板塊，符合物理學科邏輯，有助于學生清晰地建立牛頓運動定律體系.而新教材依據新課標的要求，將“牛頓第三定律”從第四章調整至第三章第3節[5]，打破了物理學科的結構體系，不完全順應學科邏輯.

表1 新舊教材“牛頓第三定律”章節結構呈現比較

續表1

1.2 章節結構的認知邏輯對比

根據皮亞杰認知發展理論，高一的學生剛步入“形式運算階段”，初步具備“假設-演繹推理”的思維能力[6]，當遇到問題時，想通過極力思考找到問題之間的邏輯聯系，解決問題以滿足能力提升的需求.牛頓第一、第二定律相對較難，“牛頓第三定律”相對簡單，且初中已學過相關知識-力的作用是相互的，新教材的改編雖不完全順應學科邏輯，但首先符合從簡單到復雜，從已知到未知，從感知到理解應用的認知規律.其次內容的廣度、深度、層次性更合理，有助于學生掌握真理，形成運動與相互作用的物理觀念，有利于為學生逐步搭建能力提升、智力提升、認知發展的平臺.

可見，新教材的編寫注重以學生為主體，關注學生身心特征，體現學生核心素養發展水平的層次性和成長性，認知邏輯更強.

1.3 章節結構的教學邏輯對比

新課標明確提出“能用共點力的平衡條件分析生產生活中的問題”，所以新教材此章節的調整主要在于強化“用共點力的平衡分析運動與相互作用問題思路”的形成.“牛頓第三定律”的重要作用在于和重力、彈力、摩擦力一起幫助學生形成初步分析物體受力的方法，為解答共點力平衡問題的受力分析奠定知識基礎，為學習和應用牛頓第二定律帶來幫助，有利于循序漸進地形成運動與相互作用觀，如圖1所示.使用舊教材時，為了便于教學，中學教師往往習慣于在“摩擦力”之后增加一節“受力分析”，在“力的分解”之后新增一節“共點力的平衡問題”，這與新教材的改變不謀而合.由圖1和圖2對比可見，新教材的改編使前后知識連貫性更強，整體脈絡更清晰，教學邏輯加強，便于教師的教；知識難度從初步到深度，更具漸進性，便于學生的學.

圖1 新教材章節教學邏輯圖

圖2 舊教材章節教學邏輯圖

2 新舊教材中 “牛頓第三定律”具體內容對比分析

2.1 “問題”欄目的增設

相比于舊教材，新教材在章節前新增了配有圖片的“問題”欄目，如圖3所示.問題式導入可以讓學生主動參與、思考、討論，與生活中形成的錯誤前概念“大人的力大于小孩的力”形成認知沖突，激起探索真理的求知欲，激發學習興趣，培養探究意識、問題意識及提出問題的能力.

圖3 新教材“問題”欄目

2.2 “實驗”欄目的完善

新教材中“實驗”欄目的變化共有3處：一是在實驗標題上增加了實驗器材“彈簧測力計”，改為“用彈簧測力計探究作用力和反作用力的關系”，使得實驗目的和器材更加明確.二是新教材在“實驗”欄目開篇增設了一個問題，“探究作用力和反作用力的關系，要同時測量這兩個力，你認為應該如何測量？”有助于引導學生對實驗設計思路的思考，養成提出問題、解決問題的習慣.三是為“實驗”添設了實驗結論，“從實驗中可以發現，兩個彈簧測力計的示數是相等的，方向相反.”總體而言，新教材該欄目的完善體現了更為完整的實驗探究過程[7]，更注重學生物理實驗素養和科學探究能力的培養.

2.3 “拓展學習”欄目的調整

“拓展學習”欄目的調整共有兩處.一是位置的調換.“用力傳感器探究作用力和反作用力的關系”實驗從舊教材的“做一做”欄目變成了新教材“拓展學習”欄目，從“實驗”欄目之后調到了“牛頓第三定律”具體內容之后.同時在“實驗”欄目之后增設了一個問題，“上面是通過彈力進行的實驗，摩擦力滿足上面的關系嗎？如果不是相互接觸的力呢？” 考慮不同學校資源條件不同，此處只有問題沒有實驗，旨在讓學生和教師主動思考，結合學校條件設計創新性實驗進行探究.

新教材與舊教材在“牛頓第三定律”實驗板塊的邏輯比較如表2所示.

表2 新舊教材“牛頓第三定律”實驗板塊邏輯比較

基于新教材“拓展欄目”的調整，由表2可見“牛頓第三定律”實驗板塊教學邏輯也發生了明顯的變化.新教材從彈力、摩擦力、非接觸力多個實驗歸納總結出作用力和反作用力的關系，再從結論出發演繹推理變速運動中的相互作用力的關系，并進行實驗驗證的教學邏輯，加強了物理規律的探究性學習，有助于學生對“牛頓第三定律”規律的深入理解；新教材邏輯更注重知識的建構、過程的推理，有利于培養學生類比、歸納、演繹推理的能力，提升質疑創新、論證的科學思維；問題的增設，創造了探究的空間讓學生思考，手腦結合，領會實驗探究的方法，增強發現問題、提出猜想、制定實驗方案等科學探究的能力；實驗的層層推進還能進一步培養學生實事求是、持之以恒的科學態度.

舊教材中“用傳感器探究作用力和反作用力的關系”屬于“做一做”欄目，是拓展性實驗，沒有硬性要求，由于教育資源發展的不均衡，很多偏遠學校選擇直接放棄，導致教學邏輯單一，學生只能通過彈力實驗被動、機械地學習物理規律.新教材中此實驗雖同樣屬于拓展學習內容，供教學資源允許或學有余力的學生作進一步的提升，但由于欄目調整，前方大量的教學活動足以讓學生深入理解規律，即使沒有最后的實驗，也不影響對本節重點內容的理解.所以，新教材的處理是在教育資源發展不均衡和不同層次學生個性化學習需求不同的背景下對課程設計的更合理的彈性處理[8].

“拓展學習”欄目的第二處改變是實驗內容的呈現.舊教材直接給出了“運動中兩物體間的作用力和反作用力同樣遵從牛頓第三定律”的結論，再通過圖4的實驗進行驗證，以陳述和驗證為主.而新教材強調讓兩個學生各持一個力傳感器，互相鉤著，一人用力拉力傳感器朝自己方向運動(圖5)，再分析實驗數據，得出科學的實驗結論.新教材的設計以探究為主，更適合學生思考、交流、探究、表達，體現了學生的主體地位，強調推理演繹、實驗探究的過程，注重對學生實驗能力、思維方式的培養.

圖4 舊教材探究運動中相互作用力關系實驗

圖5 新教材探究運動中相互作用力關系實驗

2.4 教學層次的調整

新舊教材中“牛頓第三定律”這一節的內容總體邏輯主線大體相同，但由于章節位置的調節，受力分析的教學層次發生了變化，從“物體的受力分析”變為“物體受力的初步分析”.舊教材中，“牛頓第三定律”位于牛頓第二定律之后，學生已具備根據受力特點從相互作用和運動狀態的變化兩個角度分析物體受力的基礎知識，能全面分析物體的受力，綜合性較強，但學習難度較大.而新教材的章節結構決定了學生學完此節只具備初步分析受力的能力，所以教材首段內容明確指出，“根據物體運動狀態變化來分析和判斷其受力情況是下一章學習的內容，本節根據各種力的特點，從相互作用的角度分析物體的受力.”教學層次較低，主要為解決共點力平衡的生活實際問題奠定基礎，初步形成運動與相互作用的觀念，待學完牛頓第二定律之后，再綜合運用兩種方法解決復雜的受力分析問題，教學層次逐步提升.新教材的改編將受力分析的程度從低到高進行了分解，體現了知識的遞進性、層次性，符合學生的認知規律、思維發展，降低了學生學習的難度，有利于學生形成清晰的、系統的運動與相互作用的物理觀念.

2.5 情境實例的優化

新、舊教材情境實例的優化分析比較如表3所示.

表3 新教材較于舊教材情境實例優化分析

2.6 圖文表述的精確

對新、舊教材在“牛頓第三定律”中圖文表述的精確性進行對比分析，如表4所示.

表4 新舊教材中文字優化對比

從表4可看出，新教材文字的更加精確，增強了描述的嚴謹性和科學性，能幫助學生理解知識，自學樂學，優化閱讀體驗.其中在總結牛頓第三定律內容時，將“大量事實表明”改為“牛頓經過研究指出”更是明確強調此為牛頓的研究成果，暗示了牛頓在當時的背景下同樣經歷了大量的科學探究過程，旨在讓學生認識科學規律的來之不易，養成實事求是、持之以恒的科學態度，形成探索自然的內在動力，增強對物理學家的崇敬感，樹立終身學習的目標.

同時，新教材加入了形象直觀的實物圖，比如掰手腕、猴子吊樹枝、劃龍舟、地球和人造衛星的圖片，能輔助學生理解物理知識，增加學習樂趣.

2.7 習題編排的精簡

習題是教材知識的延伸，是提升學生知識應用能力的途徑，是對學生學習情況的診斷與評價.新教材首先在小標題上進行改變，將“問題與練習”變為“練習與應用”，強調知識的應用.其次刪除3道習題，增加“解決實際問題”的比例，進一步提升學生從實際情境中抽象、構建物理模型的能力.最后，習題編排順序從單物體到多物體，從簡單到復雜，重視學生解題素養水平養成的循序漸進，促進學生能力發展的合理進階.

3 總結

總之，新教材的改編以新課標為依據，以學生的認知邏輯為主線，更新教材結構、內容及呈現方式，合理地將“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度”進行統一，突出育人性、基礎性、選擇性、層次性、時代性、多元性、科學性[9].在新教材投入使用初期，一線教師要解讀新課標理念，深挖教材改編意義，梳理教材改編邏輯，明晰教材總體結構框架，研讀教材具體內容，分析學生認知能力，合理安排教學計劃，實施活動多樣化、創新化、育人化、素養化的高效率教學.此外，在培養學生核心素養能力的同時，教師也要不斷思考學習、總結反思，不斷提升教學水平，以便為教育事業作出更大的奉獻.