陳敬業(yè) 張軍朋 許桂清

摘 ? 要：萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的物理思維方法，文章以物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)思維”為導(dǎo)向，對(duì)人教版、粵教版、滬教版教材《萬(wàn)有引力定律》一章前半部分內(nèi)容進(jìn)行全面、細(xì)致的比較，為如何在《萬(wàn)有引力定律》一章有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維提供參考，也為后續(xù)針對(duì)該章節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;萬(wàn)有引力定律;教材對(duì)比

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2019）11-0019-4

1 ? ?背景分析

2017年12月，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》頒布，物理學(xué)科核心素養(yǎng)正式提出[1]?；诋?dāng)前全國(guó)高中物理教材已經(jīng)出現(xiàn)“一標(biāo)多本”的局面，廣大物理教師如能夠?qū)Σ煌姹窘滩倪M(jìn)行認(rèn)真的分析、比較，汲取精華，提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)活動(dòng)將更加有效。《萬(wàn)有引力與航天》（人教版和滬教版）或《萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用》（粵教版）一章是“曲線運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”這一主題的一部分，是高考命題的熱點(diǎn)內(nèi)容。在這一章節(jié)中的托勒密模型、哥白尼模型和開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律中，無(wú)不蘊(yùn)含著豐富的物理建模思想。牛頓在前人的基礎(chǔ)上質(zhì)疑、創(chuàng)新，通過(guò)著名的“月-地檢驗(yàn)”證實(shí)了他的假設(shè)的正確性，這又體現(xiàn)了科學(xué)思維中的科學(xué)推理和科學(xué)論證思想。由此可見(jiàn)，學(xué)習(xí)《萬(wàn)有引力定律》這一章，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維具有重要價(jià)值。本文以物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)思維”為導(dǎo)向，對(duì)人教版[2]、粵教版[3]、滬教版[4]教材中《萬(wàn)有引力定律》這一章前半部分內(nèi)容進(jìn)行研讀和比較（“萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用”部分不在本次研究范圍內(nèi)）。

2 ? ?三個(gè)版本教材的對(duì)比研究

2.1 ? ?教材內(nèi)容的對(duì)比研究

2.1.1 ? ?萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程

筆者首先從萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程入手，以便從整體上把握不同教材的編寫思路和意圖。經(jīng)過(guò)收集、整理、分析，匯總?cè)齻€(gè)版本教材中萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程及所在章節(jié)，如表1所示。 結(jié)合表1不難看出，三版教材在萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程中都十分注重物理模型的建構(gòu)，三版教材都從“地心說(shuō)”入手，介紹前輩們構(gòu)建的宇宙模型。值得注意的是，人教版花費(fèi)整整一節(jié)的篇幅去推導(dǎo)太陽(yáng)與行星之間力的關(guān)系式;粵教版的篇幅最短，但也用“設(shè)問(wèn)-回答”的方式得到“蘋果所受力與月球所受力可能是同一性質(zhì)的力”的猜想;滬教版將粵教版的“設(shè)問(wèn)-回答”過(guò)程設(shè)置成了第二節(jié)的一個(gè)討論問(wèn)題。雖然它們的呈現(xiàn)方式不同，但三版教材都注重以教材為基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)太陽(yáng)與行星之間的力和月球與地球之間的力以及使蘋果落地的力是同一種力的推理與論證過(guò)程。教師要敏銳地發(fā)掘教材在這一塊所蘊(yùn)含的推理與論證的思想，采用歸納與演繹的方法，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)不同現(xiàn)象下相同的物理規(guī)律，有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理與論證思維的發(fā)展。

2.1.2 ? ?對(duì)物理學(xué)史的引用

人教版本章第一節(jié)開(kāi)門見(jiàn)山，簡(jiǎn)單敘述后直接引出開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，但在本節(jié)末的“科學(xué)足跡”一欄，給出了詳實(shí)的與該章有關(guān)的物理學(xué)史的介紹;粵教版按照人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)歷史發(fā)展順序，十分簡(jiǎn)潔地介紹整個(gè)萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，沒(méi)有詳細(xì)的物理學(xué)史知識(shí)背景介紹;滬教版則完全按照物理學(xué)史發(fā)展的時(shí)間線詳細(xì)地組織教材內(nèi)容，將知識(shí)穿插在物理學(xué)史的介紹中。滬教版將知識(shí)融匯在物理學(xué)史中，不僅讓學(xué)生在物理學(xué)壯麗的史詩(shī)中深深體會(huì)物理學(xué)家們堅(jiān)持不懈的探究精神，也有利于培養(yǎng)學(xué)生不畏強(qiáng)權(quán)的質(zhì)疑、創(chuàng)新精神。

2.1.3 ? ?對(duì)牛頓“月-地檢驗(yàn)”內(nèi)容的處理

“月-地檢驗(yàn)”過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思維方法，“月-地檢驗(yàn)”從建立勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，到科學(xué)的推理與論證，是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維的好素材[5]，也體現(xiàn)了牛頓敢于在前人基礎(chǔ)上質(zhì)疑、創(chuàng)新的科學(xué)精神。三個(gè)版本教材對(duì)牛頓“月-地檢驗(yàn)”的處理方式如表2所示。

由表2可知，人教版將其設(shè)置成了一個(gè)練習(xí)題，粵教版讓學(xué)生自己上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，滬教版在本節(jié)末直接給出了整個(gè)計(jì)算過(guò)程。三版教材對(duì)“月-地檢驗(yàn)”的呈現(xiàn)方式能否引起教師和學(xué)生的足夠重視值得懷疑。如果教材或者物理教師能夠把它單獨(dú)作為一個(gè)探究的主題，去花時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生探究這個(gè)過(guò)程，而不是較為隱晦地把它作為一道題目，或者直接給出推理過(guò)程，又或是在網(wǎng)上自行查閱，當(dāng)能更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維中科學(xué)推理與科學(xué)論證能力的發(fā)展。

2.2 ? ?教材兩個(gè)重要欄目的對(duì)比分析

由于三版教材在建立萬(wàn)有引力定律的相關(guān)章節(jié)沒(méi)有設(shè)置例題，本文從“思考與討論”和“問(wèn)題與練習(xí)”兩個(gè)方面對(duì)教材欄目進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.1 ? ?“思考與討論”欄目

“思考與討論”欄目（不同版本教材，該欄目名稱略有差別）的內(nèi)容通常要求學(xué)生通過(guò)師生討論和生生討論，對(duì)指定的物理現(xiàn)象或者物理問(wèn)題進(jìn)行思考和分析。目前，教師對(duì)此欄目的理解與實(shí)施只停留在對(duì)學(xué)生知識(shí)與技能的培養(yǎng)上，忽視了其對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致了此欄目在教學(xué)中的實(shí)施效果大打折扣。通過(guò)收集、整理，三個(gè)版本教材在萬(wàn)有引力定律建立過(guò)程中設(shè)置的“思考與討論”問(wèn)題信息如表3所示。

人教版在該章節(jié)沒(méi)有設(shè)置“思考與討論”問(wèn)題。粵教版的“討論與交流”欄目中第二個(gè)問(wèn)題的回答需要學(xué)生作出正確的科學(xué)推理，得出沒(méi)有引力的世界將是什么樣子。同時(shí)，學(xué)生在討論甚至是辯論的過(guò)程中，質(zhì)疑、創(chuàng)新的能力也可以得到發(fā)展。滬教版在這部分設(shè)置了幾個(gè)問(wèn)題，第二類問(wèn)題是讓學(xué)生將地球的情境遷移到火星上，作出科學(xué)的推理，目的在于提升學(xué)生的物理觀念水平和科學(xué)推理能力。對(duì)于使用人教版教材的地區(qū)，我們的教師在對(duì)這一章進(jìn)行教學(xué)時(shí)應(yīng)該有針對(duì)性地增添一些“思考與討論”問(wèn)題，以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展。

2.2.2 ? ?“問(wèn)題與練習(xí)”欄目

三個(gè)版本教材在萬(wàn)有引力定律章節(jié)的練習(xí)題，題目設(shè)計(jì)都具有很強(qiáng)的情境性，都在一個(gè)相對(duì)具體的天體運(yùn)動(dòng)情境中展開(kāi)問(wèn)題。三個(gè)版本教材課后練習(xí)題目類型及數(shù)量如表4所示。

由表4可知，三個(gè)版本教材都設(shè)置了較大比例的定量計(jì)算題目，人教版和滬教版還有各自特有的定性分析題和開(kāi)放型問(wèn)題。三個(gè)版本教材在課后練習(xí)上均注重與萬(wàn)有引力定律有關(guān)的定量計(jì)算，需要學(xué)生把龐大的天體看成質(zhì)點(diǎn)模型來(lái)解答問(wèn)題，這有利于學(xué)生物理建模能力的發(fā)展。但粵教版和滬教版教材在課后練習(xí)上沒(méi)有設(shè)置專門的推理與論證題目，人教版教材也只是在該章第三節(jié)設(shè)置了一道要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單科學(xué)論證的題目。

教師在給學(xué)生布置課后練習(xí)時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加一些推理與論證的題目，以彌補(bǔ)教材在該欄目上題目類型設(shè)置的不足，促進(jìn)學(xué)生推理與論證能力的發(fā)展。此外，還可以將封閉型問(wèn)題和開(kāi)放型問(wèn)題結(jié)合使用，多元化的題型訓(xùn)練能夠更好地促進(jìn)學(xué)生物理能力特別是思維能力的發(fā)展。

3 ? ?思考與展望

基于以上分析，從整體上看三版教材在萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程中都是十分注重對(duì)物理模型的建構(gòu)和學(xué)生推理與論證思想的發(fā)展。從細(xì)節(jié)上看，滬教版教材將知識(shí)融匯在物理學(xué)史中，激發(fā)學(xué)生的情感共鳴，注重培養(yǎng)學(xué)生不畏強(qiáng)權(quán)的質(zhì)疑、創(chuàng)新精神。在教材欄目的設(shè)置上，粵教版和滬教版教材設(shè)置了類型多樣化的“思考與討論”問(wèn)題，注重訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)推理能力。在課后練習(xí)部分，三版教材都注重要求學(xué)生構(gòu)建質(zhì)點(diǎn)模型解決天體問(wèn)題。

但是我們也應(yīng)該注意：人教版教材在該章節(jié)沒(méi)有設(shè)置“思考與討論”問(wèn)題;三版教材在“問(wèn)題與練習(xí)”欄目中缺少推理與論證類的題目，對(duì)牛頓“月-地檢驗(yàn)”部分內(nèi)容的安排有待考究。希望我們的教師在《萬(wàn)有引力定律》一章的教學(xué)中能夠根據(jù)自己所在地區(qū)的教材版本，揚(yáng)長(zhǎng)避短地使用教材，更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維乃至物理核心素養(yǎng)的提高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修2[M].北京：人民教育出版社，2010：31-41.

[3]廣東教育出版社，廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修2 [M].廣州：廣東基礎(chǔ)教育出版社，2005：46-50.

[4]上海科技教育出版社，上海世紀(jì)出版股份有限公司.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2007：78-89.

[5]王茹榮.牛頓“月地檢驗(yàn)”的教育價(jià)值及教學(xué)建議[J].物理之友，2016，32（7）：19-20.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）