新旧教材中“牛顿第三定律”的比较分析

陈玉洁 黄致新 张天宇 张玲

摘  要：“牛顿第三定律”在力学体系中有重要的地位，人民教育出版社新编教材有关“牛顿第三定律”的编写与旧教材存在较大不同。对人教版新旧两版教材中的“牛顿第三定律”进行比较，发现新版教材的章节结构、教学逻辑、具体内容都做了调整和优化，更注重知识的统一性、层次性和科学性，重视学生科学思维和科学探究核心素养的培养和落实。

关键词：人教版;牛顿第三定律;比较分析;高中物理教材

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）3-0019-3

随着新课改的不断推进，《普通高中物理课程标准（2017年版）》[1]提出要培养学生核心素养的要求。为了进一步落实立德树人的根本任务，全面提升学生的物理学科核心素养，满足2017版课标提出的要求，每个高中物理教材编写组都对实验版教材进行了修订[2]。

力学是高中物理课程的重难点内容之一，其中，“牛顿第三定律”作为力学的重要基石，在牛顿力学体系中有着重要的地位。对“牛顿第三定律”进行深入的教材分析，分析新版教材的改动以及意图，有利于教师对教材进行整体把握，提高教学水平。因此，在新版教材投入使用的初期，本文以人教版教材为例，对2019年出版的高中物理教材[3]（以下简称“新教材”）和2010年出版的高中物理教材[4]（以下简称“旧教材”）中的“牛顿第三定律”进行对比分析，希望能够为一线教师的教学提供启示。

1    新旧教材中“牛顿第三定律”的初步比较

本文从章节结构设计、教学逻辑、教材具体内容三方面对人教版新旧两版教材中的“牛顿第三定律”进行比较。首先，从“牛顿第三定律”在新旧两版教材中所处的章节位置，对其章节结构设计进行梳理和比较（见表1）。其次，从内容概要对两者的教学逻辑进行梳理和比较（见表2）。最后，精读新旧教材，从列举实例、插图、文字表述等角度对教材具体内容进行梳理和比较。

2    新教材与旧教材中“牛顿第三定律”的变化分析

2.1    重构章节结构

从表1可以看出，新教材将“牛顿第三定律”在必修1中的位置进行了调整。旧教材的“牛顿第三定律”是在第四章《牛顿运动定律》的第5节，处于牛顿第一、第二定律以及力学单位制之后，运用牛顿运动定律解决问题之前，属于质点动力学的内容。“牛顿第三定律”一方面与牛顿第一、第二定律形成完整的牛顿运动定律的内容体系，另一方面为运用牛顿运动定律解决实际问题奠定知识基础。可见，旧教材中“牛顿第三定律”的章节结构安排更注重章内知识的模块化。而新教材将其提前放入第三章《相互作用——力》中，位于重力与弹力、摩擦力之后，共点力平衡之前。“牛顿第三定律”研究的正是相互作用之间的规律，将其放入第三章，是从章内知识的统一性的角度出发，从整个必修1甚至是高中物理课程的视角来设计章节结构，打破了旧教材的章内模块化设置。新教材对“牛顿第三定律”的章节结构设计更注重知识的统一性，不仅有利于深化对重力与弹力、摩擦力的理解，还能为共点力平衡问题的受力分析埋下伏笔。

2.2    增加“问题”栏目

新教材在每一节的开始都设置一个“问题”

栏目，以培养学生的问题意识，进而培养科学探究的核心素养。从表2可以看出，新教材与旧教材相比增加了一个“问题”栏目，用大人和小孩掰手腕互相施加的力的大小关系引发学生思考，暴露学生“大人对小孩的作用力一定大于小孩对大人的作用力”错误的前概念，并引发强烈的认知冲突。学生受到问题的驱动，迫切地动脑思考，进行知识的建构和规律的探究，进而对该现象进行合理的解释，有利于培养科学探究的核心素养。

2.3    替换“做一做”栏目

由表2可见，在旧教材中，“用传感器探究作用力与反作用力的关系”属于“做一做”栏目，是扩展性的实验，没有硬性要求，可由学校、学生根据具体情况在课下选做。而在新教材中，“用力传感器探究作用力和反作用力的关系”被归属为“拓展学习”栏目，这是在教育资源发展不均衡和学生兴趣与潜能不相同的背景下对课程设计的弹性处理，也是对信息技术与物理学科融合的推动。虽然没有对全体学生提出要求，但是仍鼓励教师、学有余力的学生利用传感器等信息技术改进探究作用力和反作用力的大小关系的实验，以提高实验的精确程度和初步掌握利用传感器等信息技术进行物理实验探究的操作技能。“拓展学习”替换“做一做”，响应了课程标准中“重视将信息技术应用到物理实验……”[1]的要求，体现了STSE的教学理念。

2.4    调整教学层次

分析表2可知，新旧教材的逻辑主线大体相同，首先举例说明物体间的作用力是相互的;再通过实验探究作用力与反作用力的定量关系，进而得出牛顿第三定律的内容;最后对物體进行受力分析，体会牛顿第三定律的价值与意义。但对于受力分析的教学层次要求，新旧教材存在较大不同。旧教材中，学生已经学习了牛顿第一、第二定律，具备从运动状态的变化和受力特点两个角度深入地对物体进行受力分析的知识基础。而新教材中“牛顿第三定律”在第三章，学生只学习了重力与弹力、摩擦力的特点和产生条件，受限于学生的知识水平，教师只能引导学生从相互作用的角度对物体进行初步受力分析，教学层次较为浅显。所以，新教材首先说明对物体进行受力分析的两条思路：一是根据物体运动状态的变化分析和判断物体的受力情况，将在下章进行学习;二是根据力的特点和存在条件，从相互作用的角度分析物体的受力情况，着重从后一思路进行分析。这有利于进一步巩固学生对各种力的认识，也为后一节“共点力的平衡”内容的学习甚至下一章《运动和力的分析》的学习奠定基础，更体现知识的进阶性和层次性。

2.5    优化教学实例

与旧教材相比，新教材对列举的实例和呈现方式进行优化，包括删除“坐在船上的人推另一只船”的实例，以及将模型化实例“吊在空中的静止铁块”替换成实例“吊在树枝的静止猴子”。

旧教材通过“人拉弹簧、坐在椅子上的人推桌子、坐在船上的人推另一只船、地球吸引地球附近的物体”等物理情境实例说明两个物体间的作用总是相互的，进而抽象概括出作用力与反作用力的概念。列举的大部分实例都是生活中熟悉的情境，并且可以在课堂上操作和即时体验。而实例“坐在船上的人推另一只船”存在以下不足：第一，该实例难以在课堂上操作和体验，学生不能即时地体会到该实例中的作用力与反作用力，停留在理论分析的层面;第二，其对应的插图以漫画的形式进行呈现，反映的场景与生活联系不紧密;第三，该实例与科学、技术、社会的联系不大，不能体现STSE的教育理念。新教材对该教学环节的实例进行优化，保留其他与生活联系紧密且课堂上易操作和体会的实例，刪除“坐在船上的人推另一只船”的实例，并且将插图换为“地球和人造卫星的受力示意图”，与“地球吸引地球附近的物体”的描述相对应，是对重力的巩固和延伸;同时，展现与STSE联系紧密的人造卫星具有新颖性，不仅能引起学生的注意，还能促进学生了解科学、技术、社会相互促进和发展，培养出用发展的眼光看待世界的人。

旧教材中以“吊在空中的静止铁块”为例，对“一对相互作用力”和“一对平衡力”进行区分。“吊在空中的静止铁块”是一个模型化的实例，学生不需要建构模型就可以直接对其进行受力分析，较为简单。并且其与前面物体静止在粗糙斜面的模型化实例相比较为接近，没有体现出知识的层次性。而新教材中将此实例替换成“吊在树枝的静止猴子”，本质上与“吊在空中的静止铁块”相同，但学生需先对猴子和树枝进行模型建构，再进行受力分析，既有利于培养学生的模型建构能力，发展学生的科学思维，落实核心素养，也体现了内容的层次性和进阶性。同时，相比于简单的铁块，吊在树枝的猴子更能引起学生的注意和兴趣，具有新意。

2.6    完善文字表述

新教材与旧教材相比，若干处表述被修改，使得表达更加严谨和完善。新教材将旧教材中实验的目的“探究作用力与反作用力的关系”修改为“用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系”;并将“用传感器探究作用力与反作用力的关系”修改为“用力传感器探究作用力和反作用力的关系”。在实验的题目中补充实验器材弹簧测力计，将“传感器”限定为“力传感器”，强调了实验所选择的器材，使得实验的指向性更为明确。另外，旧教材中“陷在泥泞中的汽车，即使车轮飞转，车也不能前进，就是这个道理”是对陷在泥泞中的车不能前进的阐述和解释。但其表述过于绝对，不够严谨。因为如果车轮得到足够的摩擦力，汽车还是能够前进的，可见其表述科学性不足。新教材限定汽车处于“如果泥和车轮之间太滑，车轮得不到足够的摩擦力”的前提条件下，对原表述进行了补充和说明，更具有科学性。同时，详细、完整的补充也使得学生更易理解该物理问题，有利于学生的自学。

3    结论与讨论

本文从章节结构设计、教学逻辑、教材具体内容三方面对人教版新旧两版教材中的“牛顿第三定律”进行了对比分析，发现新教材对“牛顿第三定律”做了较多调整和改进，包括章节结构的重构、“问题”栏目的增加、“做一做”栏目的替换、教学层次的调整、教学实例的优化以及文字表述的完善。新教材注重知识的统一性和层次性，从“牛顿第三定律”是研究相互作用的本质出发，从整个必修1的角度来设计章节结构和内容层次，更符合学生的认知特点。同时，新教材注重培养学生的科学思维和科学探究的核心素养，“问题”栏目引发认知冲突，培养学生的问题意识和思维意识，“拓展学习”栏目鼓励学生利用信息技术改善实验，培养学生的科学探究技能。新教材也注重知识的科学性，对不严谨、不科学的表述进行改善和补充，有利于学生的自学。在新教材投入使用的初期，教师应该仔细研读课程标准与教材，理解新教材改动及改动背后的意图，更好地提升教学水平。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018：1.

[2]廖伯琴.课程标准与教材修订（一）——基于2017版课标对高中物理教材修订的总体思考[J].物理教学探讨，

2020，38（01）：1-4.

[3]彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：6.

[4]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2010：3.

（栏目编辑    刘   荣）