課程標(biāo)準(zhǔn)與教材修訂（九）

作者簡介： 杜明榮（1969-），女，教育學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師，河南大學(xué)物理與電子學(xué)院副教授，物理教育專業(yè)碩士點(diǎn)負(fù)責(zé)人，教育部高校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會中南地區(qū)委員會副秘書長，主要研究方向?yàn)槲锢碚n程與教學(xué)評價(jià)，曾獲河南省教育廳教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、全國第四屆教育碩士優(yōu)秀教師等。

摘? ?要：普通高中物理選擇性必修第一冊教材，從結(jié)構(gòu)上兼顧知識的邏輯順序與學(xué)生的心理順序，從呈現(xiàn)上注重情境的創(chuàng)設(shè)與導(dǎo)入的設(shè)計(jì)，從功能上凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)及育人功能?；谶x擇性必修第一冊教材的內(nèi)容特點(diǎn)，建議在教學(xué)中做到實(shí)驗(yàn)探究與理論推導(dǎo)并重，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力;注重理論與實(shí)際的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)以致用的意識。建議發(fā)揮教材特色欄目的功能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式多樣化;顯化模型建構(gòu)的思想方法，提高學(xué)生的建模能力。

關(guān)鍵詞：高中物理;選擇性必修第一冊;教材分析;教學(xué)建議

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0001-4

1? ? 學(xué)習(xí)內(nèi)容與質(zhì)量要求

選擇性必修課程是以自主選擇為前提的必修課程，是在必修課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)的課程。在2017年版普通高中物理課程結(jié)構(gòu)中，選擇性必修第一冊模塊是繼必修課程之后的第一個(gè)模塊，與必修課程緊密銜接，具有承上啟下的作用。學(xué)習(xí)內(nèi)容共包括三個(gè)主題，分別是“動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律”“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”“光及其應(yīng)用”，在學(xué)業(yè)水平等級考試中屬于必考內(nèi)容。

“動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律”是物理學(xué)中的三大基本守恒定律之一，在高中物理內(nèi)容結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在物理觀念方面，要求學(xué)生能從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)方面理解動(dòng)量守恒定律，深化對物體之間相互作用規(guī)律的理解，能用動(dòng)量、能量的觀點(diǎn)分析和解釋機(jī)械運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，解決一維碰撞問題。在科學(xué)思維方面，要求學(xué)生會用系統(tǒng)的思想和守恒的思想分析物理問題，能恰當(dāng)使用證據(jù)說明自己的觀點(diǎn)，質(zhì)疑他人的觀點(diǎn)，能從運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量守恒、能量守恒等不同角度思考物理問題。

“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”和“光及其應(yīng)用”這兩個(gè)主題相關(guān)的內(nèi)容，在整個(gè)高中物理知識結(jié)構(gòu)中，既是教學(xué)的重點(diǎn)又是教學(xué)的難點(diǎn)。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在物理觀念方面，要求學(xué)生能用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊喼C運(yùn)動(dòng)和機(jī)械波，能說明機(jī)械波的特點(diǎn)，并能解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，知道光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象及其應(yīng)用，認(rèn)識光的波動(dòng)性，知道光是橫波。在科學(xué)思維方面，要求學(xué)生能根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的振動(dòng)或擺動(dòng)的特點(diǎn)，建構(gòu)簡諧運(yùn)動(dòng)、單擺等物理模型，能運(yùn)用這些模型分析問題，通過推理得到結(jié)論，對相關(guān)現(xiàn)象作出解釋。

選擇性必修第一冊模塊包括4個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，其中“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”屬于科學(xué)驗(yàn)證方面的實(shí)驗(yàn)，“用單擺測量重力加速度的大小”“測量玻璃的折射率”“用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長”屬于科學(xué)測量方面的實(shí)驗(yàn)。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面提出了具體的學(xué)業(yè)要求，課標(biāo)要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，認(rèn)識到物理規(guī)律的內(nèi)在一致性和適用范圍，認(rèn)識到物理研究是建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)創(chuàng)造性工作，在研究中必須堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度[1]。

2? ? 教材結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)分析

2.1? ? 兼顧知識的邏輯順序與學(xué)生的心理順序

教材在內(nèi)容的組織上，不僅考慮到了學(xué)科知識的邏輯體系，同時(shí)也關(guān)注到了學(xué)生的認(rèn)知心理發(fā)展特點(diǎn)。教材內(nèi)容在橫向上，按照課標(biāo)要求的三個(gè)主題展開，第一章反映了“動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律”這一主題，第二章和第三章反映了“機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波”這一主題，第四章和第五章反映了“光及其應(yīng)用”這一主題。縱向上，進(jìn)一步優(yōu)化了有關(guān)物理知識的結(jié)構(gòu)，使之更能反映知識之間的邏輯關(guān)系，同時(shí)進(jìn)一步理順了知識展開的線索，對知識的鋪墊、概括和引申進(jìn)行了規(guī)劃，使之更加符合科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律。例如，第一章“動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律”，教材以“從天體到微粒的碰撞”導(dǎo)入（圖1），首先介紹了動(dòng)量的概念，通過理論推導(dǎo)，引入沖量的概念和動(dòng)量定理，通過實(shí)例分析了緩沖運(yùn)動(dòng)中動(dòng)量定理的應(yīng)用;接著，通過實(shí)驗(yàn)探究獲得動(dòng)量守恒定律，通過實(shí)例分析反沖運(yùn)動(dòng)與火箭;最后，在碰撞問題的解決中實(shí)現(xiàn)了全章內(nèi)容的融會貫通。

2.2? ? 注重情境的創(chuàng)設(shè)與導(dǎo)入的設(shè)計(jì)

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，保留學(xué)生的探索興趣，使學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容充滿好奇，教材注重教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)與課程內(nèi)容的導(dǎo)入設(shè)計(jì)，在每一章的開始，都設(shè)置了與本章內(nèi)容相關(guān)的精彩導(dǎo)入[2]。例如，教材用“從天體到微粒的碰撞”導(dǎo)入了第1章“動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“從古代魚洗說起”導(dǎo)入了第2章“機(jī)械振動(dòng)”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“身邊的波”導(dǎo)入了第3章“機(jī)械波”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“美妙的彩虹”導(dǎo)入了第4章“光的折射和全反射”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“神奇的光”導(dǎo)入了第5章“光的干涉、衍射和偏振”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這些章首導(dǎo)入新奇有趣，啟迪思維，能夠有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)探究之中。

教材不僅每一章都有精彩的導(dǎo)入，而且在每一節(jié)的開始也都以不同形式精心設(shè)置了情境導(dǎo)入。這些情境導(dǎo)入有的是從學(xué)生身邊的生活現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理;有的是從現(xiàn)代科技的應(yīng)用入手，啟發(fā)學(xué)生深入思考;有的是通過展示大自然的奇妙，激發(fā)學(xué)生的好奇心，使之產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣;有的是從常見的體育娛樂活動(dòng)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生體會其中的物理奧秘（圖2）。

另外，教材在內(nèi)容上注重基礎(chǔ)性、科學(xué)性、選擇性和適用性，體現(xiàn)教材的人文關(guān)懷，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)，關(guān)注全體學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，反映學(xué)科動(dòng)態(tài)，體現(xiàn)了時(shí)代特點(diǎn)。在內(nèi)容呈現(xiàn)上有利于教與學(xué)，發(fā)揮了教材對教學(xué)的支架作用，促進(jìn)物理課程育人功能的落實(shí)，注重教材的物理形態(tài)，有利于激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。

2.3? ? 凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)與育人功能

教材在知識結(jié)構(gòu)上與課標(biāo)保持一致，在具體內(nèi)容上對課標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，充分落實(shí)課標(biāo)中關(guān)于學(xué)科核心素養(yǎng)各個(gè)方面的要求，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教材的育人功能。

為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，教材中根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的具體功能與特點(diǎn)，安排設(shè)計(jì)了不同類型的實(shí)驗(yàn)，包括演示實(shí)驗(yàn)、迷你實(shí)驗(yàn)室、師生共同參與的實(shí)驗(yàn)與探究、學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)等。例如，在簡諧運(yùn)動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)中，為了讓學(xué)生理解、體會簡諧運(yùn)動(dòng)是一種非常完美的運(yùn)動(dòng)，且可以用數(shù)學(xué)圖像直觀地表征這種完美的運(yùn)動(dòng)，教材在“迷你實(shí)驗(yàn)室”欄目設(shè)計(jì)了一個(gè)彈簧振子在紙板上繪圖的小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生勻速拖動(dòng)紙板，與彈簧振子相連的筆頭就會在紙板上留下彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像。通過這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，不僅可以幫助學(xué)生理解位移-時(shí)間圖像的物理意義，還可以讓學(xué)生親身體會將運(yùn)動(dòng)物體的位移在時(shí)間軸上展開的思想方法，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。

教材也非常關(guān)注科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面的素養(yǎng)，注重科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。例如，在光的全反射相關(guān)內(nèi)容中，教材以“物理聊吧”欄目為載體（圖3），引導(dǎo)學(xué)生討論“什么情況下看見虹，什么情況下看見霓，為什么現(xiàn)在很難看到天空中的彩虹？你對環(huán)境保護(hù)有什么設(shè)想？”等問題，從而讓學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)，認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境之間的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。

3? ? 教學(xué)理念與方法建議

3.1? ? 實(shí)驗(yàn)探究與理論推導(dǎo)并重，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究在物理學(xué)研究中發(fā)揮著同樣重要的作用。一方面，物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，我們要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在選擇性必修第一冊中，課標(biāo)共給出了13條基本要求，其中8條要求通過實(shí)驗(yàn)完成，同時(shí)還包括了3個(gè)科學(xué)測量性質(zhì)的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)和1個(gè)驗(yàn)證性的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。可見，實(shí)驗(yàn)探究對于物理知識學(xué)習(xí)的重要性。因此，在教學(xué)中我們要重視通過實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。另一方面，在重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，我們也同樣要重視理論推導(dǎo)在科學(xué)研究中的重要作用。選擇性必修第一冊中關(guān)于動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律的學(xué)習(xí)，課標(biāo)中明確要求“通過實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，理解動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律。”教材中為了落實(shí)這一要求，在動(dòng)量定理的內(nèi)容編排上，首先假設(shè)了一個(gè)物體在恒力作用下的運(yùn)動(dòng)情境，然后利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律公式以及牛頓第二定律，通過理論推導(dǎo)物體動(dòng)量的變化量與作用力和時(shí)間的關(guān)系，從而得出沖量的概念以及動(dòng)量定理。在這部分內(nèi)容的教學(xué)中，我們可以參考教材內(nèi)容的編排與呈現(xiàn)方式，通過實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)論證過程，理解動(dòng)量定理的物理實(shí)質(zhì)與牛頓第二定律的一致性。

3.2? ? 注重理論與實(shí)際的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)以致用的意識

物理教學(xué)中注重理論聯(lián)系實(shí)際，既符合物理學(xué)科自身的特點(diǎn)，又可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的飛躍。課標(biāo)中對選擇性必修第一冊的相關(guān)內(nèi)容提出了明確的理論聯(lián)系實(shí)際的要求，如“理解動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律，能用其解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象”“能列舉多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例”“初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用”等。因此，理論聯(lián)系實(shí)際是物理教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)。

教材中也有很多緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活、現(xiàn)代科技和社會活動(dòng)過程的內(nèi)容素材，例如，在講多普勒效應(yīng)時(shí)，讓學(xué)生解釋當(dāng)救護(hù)車鳴笛從身邊飛速駛過時(shí)，聽到的鳴笛音調(diào)為什么會發(fā)生變化;在講共振的防止與應(yīng)用時(shí)，讓學(xué)生理解共振破碎機(jī)的工作原理以及塔科馬海峽大橋垮塌的原因。類似的還有讓學(xué)生了解光纖通信，認(rèn)識美麗的彩虹，欣賞漂亮孔雀羽毛形成的光柵，觀察超市里用激光掃描條形碼等等。物理學(xué)與人們的生活緊密相連，物理現(xiàn)象就存在于我們周圍。因此，教學(xué)中我們應(yīng)充分挖掘?qū)W生熟悉的生活素材，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識解決這些生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題，潛移默化地使學(xué)生養(yǎng)成有意識地運(yùn)用所學(xué)的物理知識分析、思考并處理各種現(xiàn)實(shí)問題的習(xí)慣，將物理學(xué)與生產(chǎn)生活聯(lián)系起來。同時(shí)，我們還要注重物理學(xué)與現(xiàn)代科技的聯(lián)系，反映物理學(xué)習(xí)的時(shí)代特征，使學(xué)生意識到物理學(xué)在現(xiàn)代科技中所起到的關(guān)鍵作用，認(rèn)識到今天學(xué)習(xí)物理學(xué)的意義所在[3]。

3.3? ? 發(fā)揮教材特色欄目的功能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式多樣化

提倡教學(xué)方式多樣化，是高中物理課程的基本理念之一。為了給教師實(shí)施多樣化的教學(xué)方式提供有力的支撐，教材中設(shè)置了豐富多彩的特色欄目，諸如 “本章學(xué)業(yè)要求”“素養(yǎng)提升”“實(shí)驗(yàn)與探究”“迷你實(shí)驗(yàn)室”“科學(xué)書屋”“方法點(diǎn)撥”“策略提煉”“拓展一步”“物理聊吧”等。教師可以充分利用這些特色欄目，創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，理解物理學(xué)的本質(zhì)。例如，我們可以利用“實(shí)驗(yàn)與探究”欄目中規(guī)范的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力;利用“迷你實(shí)驗(yàn)室”中妙趣橫生的趣味小實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣（圖4）;利用“DIS實(shí)驗(yàn)室”引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)代信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)有機(jī)融合;利用“科學(xué)書屋”中的科技信息拓展學(xué)生的視野，彰顯物理學(xué)的人文關(guān)懷;利用“方法點(diǎn)撥”欄目向?qū)W生滲透科學(xué)研究方法和科學(xué)思想;利用“策略提煉”教給學(xué)生物理問題解決的方法;利用“物理聊吧”引導(dǎo)學(xué)生暢所欲言，培養(yǎng)學(xué)生的交流合作能力[4]。

3.4? ? 顯化模型建構(gòu)的思想方法，提高學(xué)生的建模能力

模型建構(gòu)是一種認(rèn)識客觀世界的手段和思維方式，是指學(xué)生根據(jù)研究問題和情境，利用抽象化、理想化、簡化和類比等方法，抽象出研究對象的本質(zhì)特征，構(gòu)成概念或者體系的過程[5]。物理教學(xué)中注重物理模型的建構(gòu)與應(yīng)用，有利于加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，對提高學(xué)生的深層次學(xué)習(xí)具有重要意義。選擇性必修第一冊內(nèi)容中包含有彈簧振子、單擺、簡諧運(yùn)動(dòng)、彈性碰撞等多個(gè)物理模型，且課標(biāo)對這部分內(nèi)容的教學(xué)也提出了明確的建議“通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的概念和規(guī)律分析常見的碰撞、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波等現(xiàn)象，建構(gòu)彈性碰撞、簡諧運(yùn)動(dòng)、單擺等模型，在研究碰撞現(xiàn)象、單擺運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)過程中，提高建模能力。”因此，我們在教學(xué)中要充分利用這些模型的教學(xué)，顯化模型建構(gòu)的思想方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力。

例如，在單擺模型的教學(xué)中，我們可以引導(dǎo)學(xué)生分析教材中關(guān)于單擺的表述：“把一根不能伸長的細(xì)線上端固定，下端拴一個(gè)小球，線的質(zhì)量和球的大小可以忽略不計(jì)，這種裝置稱為單擺?！笔紫?，這里是將研究對象模型化，球的大小忽略不計(jì)，是將球抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)模型，細(xì)線的質(zhì)量忽略不計(jì)且不能伸長，是將細(xì)線抽象為物理學(xué)中的輕繩模型和非彈性繩模型，它們的組合產(chǎn)生一個(gè)新的模型，即單擺模型。單擺在小角度擺動(dòng)時(shí)所做的運(yùn)動(dòng)為簡諧運(yùn)動(dòng)，我們平時(shí)所說的單擺模型是指單擺在小角度擺動(dòng)時(shí)做簡諧運(yùn)動(dòng)的模型，這里既包含研究對象的模型化，又有研究對象所處的條件模型化以及物理過程的模型化思想。物理模型是感性思維與理性思維相統(tǒng)一、具象與抽象相結(jié)合的產(chǎn)物，教學(xué)中我們可以通過分析物理模型的建立和發(fā)展過程，展示物理模型所包含的豐富內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理模型建立的過程，體會物理模型建立的思想方法，提高學(xué)生的物理建模能力。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 廖伯琴）