课程标准高中物理教科书(人教版)必修1、必修2编写思想人民教育出版社物理室张大昌自2003年初以来,编者以《普通高中物理课程标准(实验)》为依据,编写了全套《普通高中课程标准实验教科书?物理》。
本文结合共同必修《必修1》和《必修2》两本书,谈一谈编者在落实新课程理念时的想法和所做的努力,希望能与老师、学生们交流,也希望更多地听到大家的意见。
一、循序渐进,步步登高任何教学活动都要使学生学会所教的内容,对于高中物理课程来说,就是要学会物理学的内容,否则无论知识与技能还是过程与方法、情感态度价值观的教育都无从谈起。
落实三维课程目标的前提是学懂物理学!要学懂物理学,有很多应该注意的事情,但有极其重要的一条,那就是循序渐进。
一个5米高的峭壁,没有专门的工具、没有经过专门训练的人难以攀登,而泰山高1 524米,一般的人都能爬上去,这是因为泰山路上开凿了所有健康人都能接受的台阶。
教学也是这样。
凡是教学中的难点,一般说来都是新内容与学生已有的认知之间存在较大的落差。
正确分析这个落差,搭好合适的“台阶”,正是教学艺术性之所在。
教科书的作用之一是做好教师的助手。
编者在分析难点,帮助教师搭设教学台阶这方面做了很多工作。
1. 矢量的教学编者是通过以下几个阶段来引导学生学习的。
(1)通过位移初步接触矢量几十年来,我国高中物理教科书既有从力开始的,也有从运动学开始的;国外教科书也是这样。
两种安排各有道理。
课标教科书从运动学开始,目的之一是使矢量的教学能循序渐进。
在高中阶段,对矢量的认识要突出两点:方向性和加法法则。
对于高一学生来说,两者都不容易。
如果先学力,学了方向性后,几乎立即就要学习相加的法则,两个难点相距太近。
因此,新教科书先学位移,通过位移初步接触矢量。
在《必修1》第一章第2节说“像位移这样的物理量叫做矢量,它既有大小又有方向……”这里描述了矢量的一个特征,但不是下定义。
(2)通过思考与讨论?领悟?到矢量相加具有特殊的规律《必修1》第一章第2节有个“思考与讨论”:一位同学从操场中心A出发,向北走了40 m,到达C点,然后又向东走了30 m,到达B点……你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗?这里并不要求学生完整地得出平行四边形或三角形的法则,但一定要让学生思考。
只要能够认识到最终的位移并不是把40 m与30 m相加就可以得到的,这就可以了。
教学中要设法让学生心里存疑。
新课程不是鼓励学生的探究精神吗?存疑就是教师预先埋伏下的问题,探究的开始。
学生会不自觉地对这个问题做出或浅或深的猜想与假设……这对于后来的学习是很有意义的。
(3)通过实验探索矢量相加的法则《必修1》第三章,学生通过实验了解了力相加的法则,为矢量的完整定义打下了基础。
(4)矢量的定义在第三章,学过了力的合成、力的分解这两节之后,教科书才给出矢量的定义。
这里强调的是,并非所谓有“方向”的量都是矢量,矢量必须遵从一定的加法法则。
(5)通过?说一说?深化矢量相加的法则知道了定义并不等于掌握了这个概念。
在知道了矢量的定义之后,教科书以速度矢量为例详细地讨论了在一条直线上的v1、v2与它们的变化量Δv之间的方向关系,为以后学习加速度的方向与速度方向的关系打基础。
在这样的讨论之后,“说一说”栏目又引导学生进一步讨论当v1、v2不在一条直线上时求它们的变化量Δv 的方法。
到了《必修2》,研究做匀速圆周运动的物体的加速度方向时(小字),又一次运用求矢量之差的方法。
经过这么几个台阶,学生对于矢量的认识才能达到较高的水平。
2. 匀变速直线运动的教学教科书关于匀变速直线运动规律的写法是循序渐进的又一个例子。
我们提倡素质教育。
什么人的科学素质比较高?除了比较丰富的科学知识之外,一个重要的表现就是他应该“说话有根据、说话有条理”。
后者实际上指的是逻辑思维的能力,讲述一件事时“一步一个脚印”地循序渐进,这是表现之一。
怎样能使学生的思维做到这样?这不是靠“教导”能够解决的,要靠“示范”。
教科书、教师这样做,时间长了,学生也会这样做的。
在过去的教科书中运动学集中于一章,课标教科书把它们分在两章之中。
两章的分工是:第一章学习基本概念(时刻和时间间隔、坐标系、位移、速度、加速度)、基本技能(用打点计时器测瞬时速度、用图象表示速度、从速度-时间图象获取有关运动的信息……)第二章则是利用第一章学到的基本概念和基本技能来研究匀变速运动的规律。
编者在这里及在整套书的编写中的指导思想之一是要做到“线索清晰、节奏分明”,这既是思维能力的基本功、交流能力的基本功,也是循序渐进原则的一种表现。
第一、二两章的教学节奏是这样的(中间的一排星号是两章的分界):时刻、时间间隔、位臵、位移、速度、加速度等基本概念↓用打点计时器测瞬时速度的技能(测手的速度)↓用图象表示速度和从速度图象获取信息的技能****************************************************实验:探究小车速度随时间变化的规律↓通过实验发现自然界存在这样的运动:v-t图象是一条直线(由学生作出)↓这样的运动叫做匀变速直线运动↓利用图象对匀变速直线运动做普遍性的分析(陆续得出三个公式)在过去的教学中,第一次正式使用打点计时器时测量的就是匀变速直线运动,要用到测量的结果;新教科书则是测量手拉纸带速度,而且要作出手的运动速度与时间关系的图象。
这样做的目的是在教师和学生的心目中淡化物理规律,把注意力集中于打点计时器的使用技能和从图象获取信息的技能。
循序渐进的原则不仅适用于知识的学习,也适用于科学方法的学习和训练,后文还要涉及。
二、改变学习方式高中学生正处于生理、心理发育的十字路口,这三年正是他们规划人生的阶段。
多数学生将来的职业不会与高中物理直接相关,其他课程也是如此。
所以,高中阶段教育的任务之一是:培养学生终生学习的愿望和能力。
提高学生的学习能力是包括物理在内的所有高中课程的任务。
怎样提高学生的学习能力?就像前面谈到的提高思维能力一样,不是凭说教,而是让学生按正确的方式去学习。
过去的学习方式基本是“老师讲,学生听,学生练”。
不应该全盘否定过去,今后老师还要讲,学生还要听、还要练;但是在讲、听、练的过程中我们提倡“独立思考,同伴交流,师生互动”。
教科书的作用之一是引导课程方向,包括对学习方式的引导。
下面是一个很好的例子(《必修1》第二章第3节“思考与讨论”):老师:能不能根据表中的数据,用最简便的方法估算实验中小车从位臵0到位臵5的位移?学生A:能。
可以用下面的办法估算:x=0.38×0.1+0.63×0.1+0.88×0.1+1.11×0.1+1.38×0.1=……学生B:这个办法不好。
从表中看出,小车的速度在不断增加,0.38只是0时刻的瞬时速度,以后的速度比这个数值大。
用这个数值乘以0.1 s,得到的位移比实际位移要小。
后面的几项也有同样的问题。
学生A:老师要求的是?估算?,这样做是可以的。
老师:你们两个人说得都有道理。
这样做的确会带来一定误差,但在时间间隔比较小、精确程度要求比较低的时候,可以这样估算。
要提高估算的精确程度,可以有多种方法……此外,新教科书中的很多素材与过去完全一样,但写法不同,原因之一同样是要促进学习方式的改变。
关于平行四边形定则的学生实验的写法也是一个例子:……要注意下面几个问题:……怎样表述合力的大小、方向与分力的大小、方向的关系?建议用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接,也许能够得到启示……如果照过去那样一步一步详细地告诉学生“……在力F1和F2的方向上各作线段OA和OB,使它们的长度……以OA和OB为邻边作平行四边形。
量出这个平行四边形的对角线的长度。
可以看出,合力F……?,学生按部就班地照着做就可以了,完全可以不动脑筋。
新教科书没有这样做,它让学生自己去研究,但又给学生指出了方向,让学生通过自己的思考而获得知识。
这样,学生不仅学会了知识,而且会逐渐习惯于以独立思考为基础的学习方式。
三、探究精神贯穿始终科学探究是新课程的一个亮点,同时也是大家讨论的热点。
课程标准指出了教学中科学探究的几个要素:提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析与论证、评估、交流与合作。
1. 科学探究是一种精神编者认为科学探究是一种精神,它应该贯穿整个课程。
这样的例子在教科书中俯首皆是。
例如,在前面用过的例子中,教师提出了问题,学生A说出的方法实际是一种猜想和假设,学生B、学生A及老师随后的发言则体现了分析论证、评估、交流与合作等要素。
在一节课或一个教学片段中,有一两个、两三个科学探究的要素,它就体现了科学探究的精神,不一定要七个要素一一具全,特别是没有实验的教学片断也可以体现探究精神。
又例,在《必修1》第三章第1节,引入强相互作用之前有一个“说一说”:质子带正电,但质子却能聚集起来构成原子核。
根据你的推测,原因可能是什么?学生学到这里时会想到:是啊,我在初中时就知道原子核里面有质子,质子带正电,还知道“同性相斥、异性相吸”……老师提的这个问题我怎么没有想过?也许质子之间除了静电力之外还有……这里面有提出问题,有猜想和假设,有简单的分析……它体现了科学探究的精神。
久而久之,学生会形成质疑的习惯,提高认识新事物的能力――科学探究的能力。
在《必修2》学过圆周运动之后有这样一个“思考与讨论”:地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球的半径。
会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,地面对车的支持力是零?这时……这个思考与讨论是在引入“航天器中的失重现象”前请学生做的工作。
待解决的问题是教科书的编者提出来的,学生要根据拱形桥问题的经验,尝试提出自己的猜想和假设,进而应用牛顿运动定律和匀速圆周运动的知识进行分析论证,得出结论。
如果学习失重时(以及稍后学习第一宇宙速度时)教师板着面孔平铺直叙地讲解一遍,教育效果就完全不一样了。
编者在以探究的方式展示物理内容时,想到了印度哲学家菩德曼的一句名言:播种一种行为,收获一种习惯。
一次一次这样做,时间长了,学生见到一件事情就会不由自主地提出疑问,遇到问题就会不由自主地做出简单的推测。
这样一代新人的气质就与上一代不同了。
教师是人类灵魂的工程师,我们的责任不只是传授知识,我们还在塑造人。
在《必修1》学过重力加速度之后有一个表格,列出了从赤道到莫斯科的重力加速度,几十年来国内外几乎所有教科书都有类似的数据。
然而新书比过去多了一个旁批:你从表中发现了什么规律吗?你能尝试解释这个规律吗?尝试解释就是做出假设和猜想。
这个旁批在鼓动学生从习以为常的事物中发现问题并尝试做出解释。
这是什么精神?这是科学探究的精神。
至于重力加速度与纬度的关系及其产生原因,并非课程标准要求的内容,因而书上并未讨论,教师更不用讲解,甚至不必提及这个旁批。
