不同版本教材中关于碰撞与动量守恒内容的比较研究

1、不同版本教材中关于“碰撞与动量守恒”内容的比较研究江苏省镇江市谏壁中学 郭宝海 教材是课程标准再创造的产物，是教学内容的载体，它的编写体系体现着一个地区的教育思想观念以及相应的教学方式。随着课程改革的深入，高中物理出现了“一纲多本”的局面，本文将就“人教版”“山东科技版”“上海科教版”“广东教育版”四套教材的“碰撞与动量守恒”一章，结合新的课程标准，从内容、结构编排、例题与习题、实验器材的选择与信息技术的应用等方面进行分析比较，以期给读者一些启发。 一、高中物理课程标准对“碰撞与动量守恒”部分的要求 动量守恒是自然界普遍遵从的基本规律之一，“动量守恒定律”是高中物理选修模块3中的重点内容。课程

2、标准中对这部分内容的叙述如下： 1探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。 通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。 例1：火箭的发射利用了反冲现象。 例2：收集资料，了解中子是怎样发现的。讨论动量守恒定律在其中的作用。 3通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。 4运动建议：制作“水火箭”。 这与大纲（2002版）相比有了较大的变化，具体比较见下表： 内容版本 标题动量动量定理动量守恒定律应用要求教学大纲（2002版）动量动量（A）动量定理（A）动量守恒定律（B）一维情况，反冲（A）火箭（A）航天技术（A）课程标准

3、（2003版）碰撞与动量守恒理解动量（未提及）理解动量守恒定律一维情况，火箭、中子的发现、弹性碰撞、非弹性碰撞 从标题的立意我们可以看出，教学大纲关注的是某一方面的知识，而课程标准更关注这些知识的形成过程及其应用。正因为如此，动量定理作为牛顿提出的力和运动的关系，即牛顿第二定律的原始表达形式，课程标准就没有必要再提出相关的要求。从动量守恒定律的应用上来看，课程标准比教学大纲更强调了动量定恒定律应用的普遍性，在宏观世界的应用火箭，在微观世界的应用中子的发现，有弹性碰撞，也有非弹性碰撞。 二、四套教材中关于“碰撞与动量守恒”一章的比较 四套教材都是用了一章的篇幅来阐述课程标准中关于“碰撞与动量守恒

4、”的内容，从内容选择到结构编排都能较好地贯彻课程标准的精神。 1内容上相同内容动量、冲量、动量定理、系统、内力、外力、动量守恒定律、弹性碰撞、非弹性碰撞、反冲、火箭相异内容人民教育版山东科技版上海科教版广东教育版动量守恒定律与牛顿运动定律的关系、对心碰撞、非对心碰撞、散射、中子的发现、历史上关于运动量度的争论碰撞与缓冲、动量守恒定律的推导、动量守恒定律的发现、斜碰、弹性碰撞的规律变力的冲量、动量守恒定律的发现、碰撞中的动能动量守恒定律的发现、动量守恒定律的普遍性、自然界中的守恒定律 对上表进行分析我们可以看出： （1）在共同具有的内容中可以看出四套教材都十分重视贯彻落实课程标准对“碰撞与动量守

5、恒”提出的要求，也都比较好地体现了知识的过程性和系统性。 在学生熟悉的情境中提出问题，然后引导学生通过实验探究得出动量守恒的结论，这是四套教材所共同具有的。例如：“人教版”在火车、台球、微观粒子的碰撞中提出问题，然后引导学生设计实验进行探究；“山东科技版”从两只公羊相牴、两个小孩滑冰相推中提出问题，然后进行实验与探究；“上海科教版”创设了一个公园划船的生动情景，从中提出问题，再引导学生进行猜想与假设，进而设计实验进行论证；“广东教育版”则从对动量定理的分析入手，运用逻辑推理的方法，提出新的问题，由此引导学生进行实验与探究。 课程标准在“碰撞与动量守恒”部分没有“动量定理”这一关键词，但四套教材

6、无一例外地对“动量定理”进行了或多或少的阐释。其中，“山东科技版”和“上海科教版”都用了专节进行推导和分析。“人教版”在这里处理得比较巧妙，在讨论运用动量来表示牛顿第二定律的基础上，得出动量定理，既介绍了动量定理，又加强了知识之间的联系，同时又回归了牛顿第二定律的本来面目。相比之下，“广东教育版”对动量定理的处理就简约一些，由数据采集器得到的两次不同碰撞的F-t图，直接给出动量定理的表达式。 （2）从四套教材相异的内容中可以看出各种教材在编写过程中的侧重点不同，这体现在以下几个方面： 首先，在知识的联系面上，四套教材各有千秋。“人教版”与“山东科技版”都在实验得到动量守恒定律之后，把动量守恒定

7、律与牛顿运动定律进行了联系，并运用牛顿定律推导出动量守恒定律。通过这样的联系，加深了学生对动量守恒定律的理解，使学生进一步明白牛顿定律在物理学中的基础地位，并从中体会到物理学的和谐美。“上海科教版”运用图象，将动量变化与瞬时变力的作用效果加强联系，提高了学生运用知识解决实际问题的能力。同时，“上海科教版”在对碰撞中的动量变化进行探究的基础上，还设计了实验对碰撞中的动能变化进行探究，加强了同一物理过程中动量与能量的联系，有助于学生全面、科学地分析碰撞问题。“广东教育版”则由动量守恒定律联系到自然界中的守恒定律，进而联系到自然界的和谐对称。 第二，在内容的阐释上，四套教材细、略不均。“人教版”对内

8、容的处理显得比较周到、细腻，例如：碰撞部分的内容，既有弹性碰撞与非弹性碰撞，也有对心碰撞与非对心的碰撞；既有宏观世界的碰撞，也有微观世界的碰撞；既有生活中的碰撞事例，也有科学研究中的碰撞实验。“山东科技版”对内容的处理侧重于知识之间的内在联系，例如：教材对“动量守恒”一章是这样安排的，动量动量定理碰撞与缓冲探究动量守恒动量守恒定律的推导反冲运动与火箭不同类型的碰撞，环环相扣，由浅入深，由易到难。“上海科教版”的内容更具有启发性和探究性，例如：“探究物体碰撞时动量的变化”一节安排了这样的一些栏目与任务：猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作、完成一份实验

9、探究报告。再如以课题研究作为学生课后的作业。“广东教育版”教材的知识结构非常明晰，从第一节的碰撞到第二节的动量与动量守恒定律，再到第三节动量守恒定律在碰撞中的应用，接着是第四节反冲运动，最后讨论自然界中的守恒定律，内容的安排更注重于知识块的完整性。 2结构编排上 在以下3个栏目中四套教材有较大区别。 （1）章节目录不同，四套教材的目录如下表：版本碰撞与动量守恒“人教版”1实验:：探究碰撞中的不变量2动量守恒定律（一）动量守恒定律（二）碰撞反冲 火箭用动量概念表示牛顿第二定律“山东科技版”1动量定理2动量守恒定律科学探究一维弹性碰撞“上海科教版”1探究动量变化与冲量的关系2探究动量守恒定律动量守

10、恒定律的案例分析美妙的守恒定律“广东教育版”1物体的碰撞2动量 动量守恒动量守恒定律在碰撞中的应用反冲运动自然界中的守恒定律6本章小结 从上表可以看出，四套教材目录的编排尽管不同，但实质上有想通之处。 首先，强调了动量守恒定律的探究性，体现了新课程标准的要求。其中，“上海科教版”的四节内容有2节突出了“探究”性；“人教版”和“山东科技版”也都安排了整节的探究性内容；“广东教育版”在目录上虽然没有“探究”两字，但内容上还是安排了动量定理、动量守恒的探究教学内容。 其次，加强知识在生活、生产和科学技术方面的应用，也是四套教材的共同之处。 四套教材在内容编排上的结构体系不同，在目录上也是显而易见的，

11、这主要是各套教材在编写时所关注的物理问题的层面不同。“人教版”和“上海科教版”的编排是探究为先，强调知识的形成过程，然后进行知识的拓展和应用。“山东科技版”和“广东教育版”则是先做知识铺垫，再进行相关的探究，注重知识的层次性和学生的可接受性。 （2）插图不同 四套版本教材在本章的插图数量如下表：人民教育版山东科技版上海科教版广东教育版30幅37幅36幅13幅 从数量上看，“山东科技版”教材用到的插图数量最多，达3幅，“广东教育版”教材的数量最少，只有13幅。“人教版”和“上海科教版”教材的插图数量差不多，在30幅以上。 从插图的内容上看，四套教材的插图大致可分为两类：一类是实物照片，如长征2F

12、号火箭；一类是原理示意图，如光滑水平面上两小球的碰撞过程。另外，“人教版”教材还配了适当的卡通图片，如运动员击打垒球的卡通画，使问题的阐述更形象生动，更吸引人。所有教材中的插图立体感都比较强，质感也比较上乘，给人以耳目一新的感觉。 在不少教师看来，高中学生的思维已经从小学初中的形象思维转向逻辑思维，因此高中教材不必作很多的插图。但笔者认为，物理学是一门自然科学，是以实验为基础的研究物质运动变化及其结构的科学，灵活、适当地运用插图能帮助学生建立物理图景，使表达简洁、准确、生动。插图不一定非要那么正规、精细，也不一定与实际情形越接近就越好。有的地方，一个简笔画或一个夸张的卡通画，反而能突出问题的关

13、键所在，并且让读者感到轻松、自然。 （3）栏目设置不同 教材栏目的设置，反映了编写者的课程理念。四本教材在“碰撞与动量守恒”一章的栏目设置如下表：版本栏目“人教版” 参考案例 思考与讨论 科学足迹 科学漫步 做一做 问题与练习“山东科技版”本章要求 实验与探究 信息窗 迷你实验室 请提问 讨论与交流 拓展一步 作业“上海科教版”实验探究 讨论与思考 多学一点 课题研究 信息浏览 家庭作业与活动“广东教育版”实验与探究 讨论与交流 资料活页 我们的网站 练习 本章小结 各本书的栏目虽然多寡不一，但都具有以下几个特点：一是探究性，例如：各种版本中的“参考案例”“实验与探究”等；二是启发性，例如：“

14、思考与讨论”“讨论与交流”“请提问”；三是应用性，例如：“问题与练习”“作业与活动”等；四是拓展性，例如：“做一做”“拓展一步”等；五是开放性，例如：“科学足迹”“信息浏览”“我们的网站”等。另外，“山东科技版”教材还在章首设置了“本章要求”栏目，使学生能够带着明确的任务学习；“广东教育版”教材则在章尾设置了一个概括性栏目：“本章小结”，帮助学生对知识进行整理建构。 3例题与习题 四本教材在“碰撞与动量守恒”一章中安排的例题与习题数量如下表：版本例题数习题数例题的情景内容“人教版”4题25题小球相碰，火车挂接，火箭炸裂，棒击垒球“山东科技版”4题20题网球，男孩从高处跳下，镭的a衰变，两车相撞

15、“上海科教版”5题18题蹦床，保龄球，碰碰车，质子与氦核碰撞，火箭喷气“广东教育版”4题25题溜冰，a粒子轰击铍核，手雷爆炸，火箭喷气 从上表可以看出，四本教材在例题选择上都注重与学生的亲身经历有关，从生活中寻找问题的情景，让物理走进生活，特别是让物理走进学生最感兴趣的体育运动。同时也不忘让物理与现代科学技术结合，体现物理在促进科学发展方面的重要作用。另外，除“人教版”以外，其它教材还注意了动量守恒在微观世界中的运用，间接地告诉学生，动量守恒在自然界中的普遍意义。 4实验器材的选择与信息技术的运用 实验器材的选择往往体现出教材的时代性与发展性。下面分别是四本教材在“碰撞与动量守恒”一章所选择的

16、实验器材统计：“人教版”：气垫导轨、光电门、打点计时器、摆球“山东科技版”：气垫导轨、光电门、摆球、牛顿摆“上海科教版”：气垫导轨、光电门、DIS系统“广东教育版”：数据采集器、计算机、牛顿摆、气垫导轨、光电门、专业网站 可喜的是四本教材都摒弃了过去两球相碰研究动量守恒的实验，代之以气垫导轨、光电门等较先进的器材。“上海科教版”还使用了DIS系统；“广东教育版”不仅用到了数据采集器，还建立起专业网站为学生提供更多的开放的信息，使物理教学与信息技术进行了有效的整合。在实验方案上，“人教版”与“上海科教版”打破了过去教材说了算的一言堂局面，为学生提供了多种可供选择的方案，很好地体现了“新课标”的选

17、择性理念。 三、关于四套教材中“碰撞与动量守恒”一章的综述 在新课程背景下诞生了四套教材，这本身就充分体现了新课程“一个标准，多种版本”的选择性理念，给教材家族增添了勃勃生机，令广大师生耳目一新。与过去教材中“动量与动量守恒”一章相比，新教材有以下几方面的特点： 1、知识获得的方式发生了根本性的改变。 传统物理教材的编排是这样的：动量的概论®（牛顿第二定律）动量定理®动量守恒定律®动量守恒定律的应用®反冲及其应用®实验验证动量守恒定律。这种安排突出了知识的中心地位，便于教师采用授受的讲解进行教学。新教材大都是创设一个情境，激发起学生的学习欲望，

18、然后提出问题，再利用实验进行探究，让学生在探究中发现规律，经历知识产生的过程，体会科学探究的乐趣。例如“人教版”在这方面是这样做的，首先由火车的挂接、台球的碰撞创设情景、提出问题，然后引导学生建立基本的研究思路和需要考虑的问题，再根据上面的设想设计实验展开研究。教材的意图十分清楚，不拘泥于知识的先后关系，而是以能力培养为线索，让学生在探究中学习知识、理解知识、掌握知识。再如“广东教育版”的教材，在本章的第一节就专门讨论碰撞，从历史谈到现实，从宏观谈到微观，从弹性谈到非弹性，学生在这样的场景中产生的对学习“碰撞与动量守恒”的急切的欲望是可想而知的。于是，第二节开始进行实验探究。 2、实验的功能得

19、到了充分的发挥 我们常说物理学是一门以实验为基础的科学，传统教材多年来给人们的印象就是做实验是为了学习器材的使用，是为了验证某一原理或定律的正确性。新教材打破了人们的这种想法，使实验的设计功能、选择功能、研究功能以及能力培养的功能得到了充分的发挥。例如，“人教版”在实验“探究碰撞中的不变量”时，给出了三套设计方案：方案一是气垫导轨与光电门的方法；方案二是两个摆球相碰撞的方法；方案三是小车与打点计时器的方法。“上海科教版”也提出了三个方案：一是闪光照相法，二是气垫导轨与光电门方法，三是运用DIS系统进行研究。在这里，学生可以根据自己的条件和兴趣选择某一个方案，也可以自己设计出另外的方案，思想活跃

20、了，思路开阔了，学习的主动性和积极性得到了加强。 3、学生的能力有了用武之地 四套新教材在编排上都为学生安排了不少开放性的栏目，例如：“山东科技版”教材中的“信息窗”“迷你小实验”“讨论与交流”“拓展一步”等，这些栏目扩大了学生的知识面，对学生进一步的学习起到了启发和引导作用。更重要的是，学生在完成这些任务的过程中，体验到了学习的甜、酸、苦、辣，这有助于引导学生主动参与研究探索，获得积极的体验，使他们在学习活动和日常生活中逐步形成勤于思考、大胆实践、标新立异的求知欲望，从而产生丰富的想象和创造的火花。同时，这些栏目，也有助于培养、提高学生发现问题、设计实验、收集资料、分析问题、得出结论、解决问题的能力以及表达思想、交流成果的能力，并促使学生掌握基本的科学方法和思维方式，提高利用各种手段主动获取、有效加工信息的能力。 四、对教材的几点建议 1提高教材的互动性 现有教材在与学生互动方面做了一些努力，例如各种版中的“