第二节 物理基础教育教科书知识模块比较研究

本节以人民教育出版社（简称人教版）、司南版、广东教育出版社（简称广东版）物理必修一和必修二两个模块为例，通过内容分析法，对三个版本教科书从知识结构体系、教科书栏目设置、实验探究内容、教科书图像系统以及课后习题设置等方面进行比较，得到不同版本课程标准实验教科书的共同特点和各自特色，通过文本分析法，对三个版本的课程标准实验教科书“自由落体运动”一节从知识内容方面进行比较，在一定程度上反映了三个版本课程标准实验教科书编写的特点，不同版本教科书均注重对学生学习和探究能力的培养，注重物理学与生产、生活以及社会的联系，均体现了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维培养目标。最后对各个版本的教科书进行分析总结。

一、不同版本高中物理教科书必修模块比较

（一）知识体系比较

为了便于比较高中物理教科书内容的总体结构，表2- 5、表2- 6、表2- 7分别列出了三个版本课程标准实验教科书所选的一级知识点和二级知识点。

表2- 5各版本必修一知识内容比较：运动的描述

表2- 6各版本必修一知识内容比较：相互作用与运动规律

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表2- 7各版本必修二知识内容比较：机械能和能源

根据以上表格，我们可以看到这三个版本的课程标准实验教科书存在着知识内容的差异。

人教版没有编排“物体的平衡”“相对论”和“量子论初步”，其他版本均有相应的描述。广东版选择的二级知识点比较多，选择了时空观、基本假设、基本推论、能量子假说和光谱等内容。但总体来说，三个版本课程标准实验教科书的知识内容没有太大的差异。

人教版选择的一级知识点和二级知识点稍微多一些。除了相对论和量子论两个知识点，别的版本选择的知识点基本上人教版都包括了。如人教版选择了守恒量、势能是系统所共有的、太阳对行星的引力、行星对太阳的引力、太阳与行星间的引力等。这些知识点不是每个版本的教科书都选择了的。

司南版的知识点讲得比较细致。如讲坐标系时分为一维坐标系和二维坐标系，讲瞬时速度时介绍了瞬时速度测量装置，讲重心时介绍了重心在生活中的应用，讲摩擦力时介绍了摩擦力的调控等。

（二）栏目比较

栏目是教科书的重要组成部分，起着提纲挈领的作用，同时又是课程的载体，栏目的内容、形式等都体现着深层次的教学理念，所以教科书编写应重视栏目的重要作用，充分体现和挖掘其丰富的教育性因素。有关教科书的栏目统计情况，详见表2- 8。

表2- 8三个版本课程标准实验教科书栏目比较 （单位：个）

从表2- 8中我们可以看到，三个版本课程标准实验教科书的栏目种类繁多，各具特色，但均体现了课程标准的要求，注重知识的拓展与总结，注重实验与科学研究，注重物理学方法教育。

人教版栏目，动脑思考类、动手实践类和知识拓展类所占比重差不多。动脑思考类的“说一说”经常以简练的语言进行提问，而这些问题恰恰是学生易混淆的概念或者是引导学生进一步思考的问题。“思考与讨论”则全是以提问的形式提出与知识点紧密相关的问题。动手实践类的“做一做”“演示”“实验”既有模仿实验，又有开放性实验。知识拓展类的“科学漫步”用浅显易懂的语言配以相关的图片描述课外知识，引发学生思考。

司南版栏目最具特色的是“迷你实验室”，让学生利用身边的简单装置进行物理实验，如“自制倾角仪”，体会物理的美。

广东版栏目最具特色的是“我们的网站”，提供了丰富的物理资源，如“防抱死刹车系统——ABS”。

（三）实验探究比较

新课程标准指出：“物理实验是高中物理教学中的重要内容。共同必修模块中的物理实验，是新课程标准对高中学生最基本的实验要求。”“学生实验是学生探究并获取知识与应用知识过程中的一个有机组成部分，应该在合理的环节和预定的计划中去完成。”有关教科书中的实验探究内容的统计情况，详见表2- 9。

表2- 9三个版本课程标准实验教科书实验探究比较

续表

从表2- 9中可以看出，在必修模块中，各版本教科书的小栏目设置了探究实验、做一做、实验、迷你实验室等，这些实验不需要一节课的时间，有的几分钟时间就可以完成，有的不在实验室也可以做，器材也比较简单。因而，从整体上看，各版本教科书均注重学生动手实验的编排，体现了课程标准对教科书的要求。

人教版探究与实验内容有以下两个特点：一是所选择的素材都比较简单常见，基本上是打点计时器、小车、钩码、纸带、平面镜、木块、弹簧测力计、铁架台等材料，这些素材是物理实验室中常见的素材，比较容易获得。而且无论是大城市的学校，还是小城市的学校，无论是市区的学校，还是偏远乡村的学校，都能比较容易地获得这些实验素材。二是实验内容比较容易操作，如曲线运动速度的方向，只需钢球在轨道中运动，就可以清晰地看到曲线运动的速度方向。

司南版探究与实验内容有以下两个特点：一是内容多，仅必修一中就有23个探究与实验内容。二是探究方式灵活多样，既有课内探究，又有课外探究。“迷你实验室”中所述内容基本上属课外探究，取材于生活，内容比较新颖，学生较感兴趣。如“用纸、毛巾、塑料、铁皮等感受摩擦力的大小”, “用杯子和橡皮筋感受分力与夹角的关系”, “用力拉系着一本书的绳子，看看是下端先断还是上端先断”这些实验完全不需要在物理实验室中做，自己在家里就能做，可以提升学生的动手能力，而且像“圆锥为什么会向上滚”, “尽可能地把一堆书垒起来向桌子外边倾斜”这些实验一定能激发学生的探究兴趣。

广东版探究与实验内容有以下两个特点：一是所选择的素材都比较简单常见，取材于生活，易于操作。二是探究方式灵活多变，既有模仿式探究又有拓展式探究，能够激发学生的探究兴趣。

（四）图像比较

图像系统是指教科书中具有直观、形象特点的图片、照片、图像、表解等储存和传递教育信息的系统，习惯上把它们看作教科书文字系统的补充，称之为“插图”或“附图”。用系统论的观点来看，可以看作具有相对独立性的系统，这个系统既要横向地与教科书文字系统相配合，又要纵向地前后配合，形成一个逐步上升提高的整体。

图2- 4三个版本教科书“运动的描述”章节的图片

三个版本课程标准实验教科书均注重图片、图像等在教学中的作用，在教科书中设置了大量的图片或图像。每个版本在必修模块中的图像数量如表2- 10所示。

从教科书中我们可以发现，课程标准实验教科书中的图表均以彩色形式呈现，相对于以往的物理教科书无疑是一大进步。彩图的色彩既能提高插图的真实感，又能起到强调信息重点的作用；另外，国外心理学家在研究视觉对解决问题的作用时发现“视觉表征可以作为一种有效的提取线索，且采用彩色线条与图表作为线索时最有效”。—般，“越接近真实生活的视觉教科书，越能吸引学生的兴趣和激励学生的学习”。相对于以往的物理教科书而言，课程标准实验教科书中真实图像的比重有显著提高，使学生不但能对难以用言语准确表达的实验过程有直观的把握，其中司南版教科书更为明显。不同的学习目标可能需要借助不同形式的插图来实现，从表2- 10中可以看出，三个版本课程标准实验教科书中的插图呈现方式丰富多彩。

表2- 10三个版本课程标准实验教科书图像系统比较 （单位：幅）

（五）习题比较

表2-11三个版本课程标准实验教科书习题题型及数量比较（单位：幅）

习题是教科书的有机组成部分，是编好教科书的重要环节。一方面，习题可以起到复习、巩固知识，加深学生对知识理解和记忆的作用；另一方面，习题是培养学生能力的重要载体。因此，对三个版本课程标准实验教科书的习题进一步比较和分析是有必要的，这样更有利于我们正确认识物理教科书的习题形式，进一步理解高中物理课程标准在教学理念的改革、教育技术的应用等方面带来的巨大变化。表2- 11所列的是三个版本在必修模块中的习题题型及数量。

从表2- 11中不难看出，在必修模块中，各版本教科书的习题在题型设计上相差不大，但题型的数量和习题总数相差较大。这表明，各个版本高中物理教科书的编者对新课标的理解有一定的差别。表格中所列的其他题型是指让学生写科幻小说、读书笔记、小论文等。

人教版的习题设置主要有以下五个特点：一是题量小，题型较多，以考察基础知识、规律为主。二是以简答题和计算题为主。加强注重基础知识的具体应用，在此学生需读懂题意，对具体的物理情境进行分析后，运用公式进行计算，难度适中。三是习题的设计注意对学生动手操作的能力和自主探究、发现知识能力的培养，如必修一中让学生自主探究均匀三角形薄板的重心是否与几何学上的重心位于同一点上。四是习题注重体现当前科技与生活中的物理现象。五是相比其他几个版本的教科书来说，增加了单位换算的练习。

司南版的习题设置主要有以下五个特点：一是题量中等，题型丰富，层次多，以考察基础知识、规律为主。二是计算题数目第一，简答题和选择题次之。此部分需要在理解题意的基础上，灵活运用所学知识解题，具有一定的难度。三是有设计题，难度相比人教版要大一些，虽然比例较小，但也体现出司南版教科书对学生动手操作的能力和自主探究、发现知识能力的培养，如同样是测量重心，司南版要求设计测量不规则薄板重心的方法。四是习题中同样注重体现当前的科技、生活现象。五是注重通过多样化的习题培养学生对物理学习的兴趣。

广东版的习题设置主要有以下五个特点：一是题量大、题型丰富、有层次，以课后习题和章后习题为主。课后习题以基本概念、规律、公式的理解和简单应用为主；章后习题以知识的巩固、提升为主。二是以计算题为主，学生在理解概念、规律和公式的情况下，灵活运用所学知识解题，难度在五套教科书中处于中等地位。三是注重培养学生的探究能力，同样探究题难度比人教版大，如让学生设计测量鞋底与地面的动摩擦因素的实验方案。四是同人教版的教科书一样，增加了单位换算的练习。五是习题同样体现当前的科技、生活现象。

二、不同版本教科书“自由落体运动”的文本分析

（一）人教版课程标准实验教科书知识结构分析

人教版教科书把这一内容安排在必修一“匀变速直线运动的研究”一章中，在前面几节已经讲述了加速度概念和匀变速直线运动的规律，教科书中没有给出自由落体运动的公式，学生可以根据匀变速直线运动的规律推导出自由落体运动的公式，体现了从一般到特殊的思维方法。首先创设问题情境，引入新知。从身边的日常生活现象出发，经过思考引出问题，反映了人教版教科书较注重物理知识与现实生活的联系，注重学生的经验水平和认知规律，通过观察真空玻璃管中金属片、小羽毛、小软木塞、小玻璃球等物体的下落情况得出结论：物体下落过程的运动情况与物体的质量无关，进而得出自由落体运动的概念。然后通过实验分析纸带获取自由落体运动的规律，体现了理论须经实验证明，注重知识的获取过程。人教版教科书安排了丰富的图片和各种小栏目，如“做一做”激发了学生的学习热情，在习题设计上基本为主观判断题和实验检验题，目的在于对所学知识的巩固与运用。除此之外，人教版教科书的编著较好地运用了物理学史，在教科书的旁白部分介绍了科学家的研究方法。如爱因斯坦有一句很著名的话：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题有时仅仅是一个数学上或实验上的技巧，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学上的真正进步。”激发学生的学习动力，培养学习兴趣。

（二）司南版课程标准实验教科书知识结构分析

司南版教科书把这一节内容安排在必修一“匀变速直线运动的研究”一章中，在前面几节已经讲述了加速度概念和匀变速直线运动的规律，教科书中没有给出自由落体运动的公式，学生可以根据匀变速直线运动的规律推导出自由落体运动的公式，体现了从一般到特殊的思维方法，注重培养学生演绎的逻辑思维方法。首先从简单的实验入手，激发学生的好奇心，使之产生学习兴趣，创设问题情境，从而引出问题，反映了司南版教科书较重视实验观察，通过“牛顿管”实验进行探究，得出自由落体运动的概念，在自由落体运动规律获取的过程中，是通过分析纸带得出的，反映了司南版教科书较注重知识的获取过程。同时还安排了大量的图片和各种栏目，如“迷你实验室”，激发了学生的学习热情。在习题设计上，多为简单实践应用题和计算题，目的在于自由落体运动规律的应用的评价，较好地应用了物理学史，在教科书的旁白部分介绍了科学家的研究方法，让学生体会先辈们为科学所付出的艰辛，体会科学家们的人格魅力。

（三）广东版课程标准实验教科书知识结构分析

广东版教科书也把这一节内容安排在必修一“匀变速直线运动的研究”一章中，前面只讲述了加速度概念，匀变速直线运动的规律在其后进行探究。广东版教科书首先从伽利略佯谬引发问题，由小实验观察“不同情况下硬币与纸片的下落情况”得出结论：物体下落过程的运动情况与物体的质量无关。再“牛顿管”实验进行讨论，得出自由落体的概念，在自由落体运动规律获取过程中，是通过分析纸带得出的，学生利用打点计时器记录自由落体的运动轨迹进行分析，从而得出自由落体运动的规律。课文中给出了自由落体运动的公式，从对自由落体运动研究得出的结论出发，学生自主推导出匀变速运动规律，体现了实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想。由小实验观察“不同情况下硬币与纸片的下落情况”得出结论：物体下落过程的运动情况与物体的质量无关，再对“牛顿管”实验进行讨论，得出自由落体的概念。从身边的生活现象出发，指导学生从不起眼的小事思考物理学的问题，旨在吸引学生的学习兴趣。同时还安排了丰富的图片和各种栏目，如“实践与拓展”栏目中“测量反应时间”的实验，很好地激发了学生的学习兴趣。在习题设计上，多为简单实践应用题和计算题。

三、比较结果分析

通过对三个版本课程标准实验教科书“自由落体运动”知识结构的分析，可以看出，三个版本课程标准实验教科书在知识结构上各具特色。在导入方面，司南版从简单的实验入手，人教版、广东版从身边的生活现象出发。它们有很多共同点：人教版、广东版和沪科版教科书都较重视物理与生活的联系，注重学生的经验水平和认知规律。在自由落体运动规律获取的过程中，司南版、人教版、广东版教科书是通过分析纸带得出的，反映了司南版、人教版、广东版教科书注重知识的获取过程的教学。从三维课程目标落实上来看，在“知识与技能”培养目标方面，全面反映了课程标准中的内容标准；在“过程与方法”方面，注重科学探究过程、研究方法、科学思想的渗透；在“情感态度与价值观”方面，注重科学态度、科学精神及科学探究志趣的培养。

除此之外，司南版教科书较注重物理学史的引入，介绍了很多物理学家的研究方法，让学生体会先辈们在科学道路上所付出的艰辛，激发学生的学习动力。广东版较注重与实际生活的联系。

在知识内容的选择上，要注重基础性，把握时代性，体现选择性；在知识内容的呈现方式上，要符合学生的认知和心理发展规律；在文化价值观念上，要体现相应学习领域的核心文化价值观：在教学观念上，要体现现代教育思想，促进学生有效地提升学习能力。

（一）三个版本普通高中物理课程标准实验教科书的共同特点

第一，教科书内容注重基础性、具有时代性、体现生活性。课程标准要求“在教科书内容上注重基础性，体现时代性，加强与学生生活的联系”。根据课程标准的要求，在内容设计上注重基础性，选择最有价值及学生终身发展必备的知识，强调基本知识技能的掌握，在此基础上注重和其他学科之间的交融。增加了现代物理学的内容，尤其是20世纪以后物理学上的新成果。生活性体现在加强了课程内容与学生生活及现代社会科技发展的联系，关注学生的学习兴趣和经验。

第二，注重科学实验和科学探究。课程标准要求“在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化”。要求促进学生自主学习，积极参与、乐于探究、勤于思考、勇于实验。课程标准实验教科书贯彻并体现这一理念，将科学探究和科学内容的学习放到了同等地位。安排了一些典型的科学探究内容，除专门实验课中的探究内容外，还在小栏目中设置了一定量的探究内容。通过科学探究活动，学生不仅可以获得科学知识和技能，而且可以体验科学的过程，学习科学的探究方法，领悟科学的思想和精神。

第三，体现STS理念。STS探讨和揭示了科学、技术以及社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产生的正负效应，其目的是要改变相互脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。教科书中介绍了科学技术的发展给社会带来好的作用的同时，也不可避免地给社会带来不良后果。

第四，设置形式多样的小栏目。每套教科书都有形式多样的小栏目，如司南版最具特色的“迷你实验室”，让学生利用身边的简单装置进行物理实验；广东版最具特色的“我们的网站”，提供了丰富的物理资源。

第五，图文并茂，形式活泼。教科书上插图的数量越来越多，有精美的实物照片、幽默风趣的卡通图片、简单明了的工笔图，还有结构图、真实人物图等。这些插图和文字相辅相成，能够引起学生的注意，拓展学生的视野，成为不可或缺的一部分。

（二）三个版本普通高中物理课程标准实验教科书的各自特色

第一，人教版教科书较注重知识的基础性，语言通俗易懂。

第二，司南版教科书较注重把物理学史引入教科书。

第三，广东版教科书较注重利用信息技术，构建教学媒体一体化教科书。