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                              课 程 教 材 研 究 所   

                              物理课程教材研究开发中心  张大昌 

 

义务教育课程改革实验已经开展几年了,课程教材研究所组织编写的《义务教育课程标准实验教科书·物理》也已经使用了几年。本文结合九年级物理教材的编写和实验区教师的教学实践,谈一谈我们对物理课程新理念的认识。

 

一、教材的编写指导思想

 

(一)全面落实课程标准规定的三维课程目标

 

过去考虑教学目标时尽管也提到思想教育和能力的提高,但大家的着眼点只在知识,能够落实的也只有知识。新课程与旧课程的根本区别在于明确提出了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这样的三维课程目标,并作出了可操作的规定。

 

人教版《义务教育课程标准实验教科书·物理》所做的改革, 例如加强科学探究的教学、 增加学生的活动 (讨论、 探究、 制作等) 以改变学习方式、 注重学生的经验、 扩大学生的知识面、增加插图、活跃版面等措施,其目的都是落实课程的三维目标。

 

(二)改革不忘继承

 

改革总是继承中的改革。新课程不是空中楼阁,它是在研究国内外几十年来的教育实践与教育理论的基础上产生的。也是这样,可以说,没有过去几十年的教材发展与进步,就不可能有今天的实验教科书。

 

表面上看,与旧教材(指人教版九年义务教育初级中学教科书物理)相比,新教材面貌一新。实质上,它在大多数问题的处理中继承了人教版教材的传统,这一点从以下两例可以看出。

 

物理概念、规律的学习都是从现象开始的。例如运动的描述(旧教材题为“机械运动”),开始时的几幅照片(九年级第20页)为哈雷彗星、喜马拉雅山、猎豹,旧教材为人造卫星、银河系、运动员、火车。不论用什么照片,目的无非是说宇宙万物都在不停地运动。随后引入运动的相对与静止、运动的快慢(速度)等内容,两书也是一样的。不同之处是,旧教材多为作者的陈述,课堂上表现为教师的讲述,而新教材里学生的“想想议议”比较多,引导学生通过自己的实验与思考来学习。

 

物理概念、物理规律的教学要求,新旧教材也是大致相同的。例如重力(九年级第42~44页),两书的教学核心都是重力的大小和重力的方向,教学的思路都是通过实验测出不同质量的物体所受的重力,分析数据得出G =mg 的关系。不同之处是,第一,新教材要求作出G -m 图象,这是为了加强科学方法的教育;第二,新教材在重力之前简单提了一下万有引力,这是为了扩大学生的知识面,与现代科技靠近一些,没有深入的要求。

 

如果逐章逐节分析新旧两套教材,可以看出,多数内容都有类似的继承关系,甚至会发现实质上的继承多于改变。

 

可以这样说,以节为单位的、具体的教学内容与原来相差不多,但按《义务教育物理课程标准(实验稿)》(以下简称《课程标准》)的精神,在前后顺序上作了一些变化,教学时学生的讨论、探究、制作等活动多一些。教学时如果这样做就与教材作者的初衷吻合了。

 

二、教学内容的顺序

 

这套教材的内容顺序与过去教材相比有些不同,引人注意的是将“电学”内容放在了八年级,将“力学”内容放在了九年级。这个变化体现了指导思想的变化。

 

(一)改变学科本位的观念

 

过去考虑内容顺序的主要根据是知识的逻辑关系。力学是物理学的基础,大家都认为在初中也应该先学力学,在对力、功、能等有了相当深入的认识之后,才能学习电学。又如,测量是定量科学的基础,所以,物理课一开始就要学习规范的测量……

 

然而,《课程标准》的精神是,“改变学科本位的观念”(《课程标准》第2页),不过分强调物理学概念之间的逻辑关系。这样,编者在内容顺序的安排上就有了一定的自由度,可以从三维的课程目标出发作出决定。

 

例如,新课标强调学生对科学的兴趣和对自然的热爱,而在过去的教学结构中,开始是测量,涉及自然现象不多,学生多感枯燥;不久在密度的学习中,出现了较复杂的数学计算,一部分学生开始掉队;其后在浮力的学习中又有更多的难题……这套教材考虑到,学生对于电的内容很感兴趣,电学实验比较多,所以,把电的内容放到了八年级。当然,初中声、光的知识更简单也更有趣,所以将它们放在最前面。

 

(二)知识本身的重要性相对下降,科学探究的重要性相对提高

 

既然新课标从过去单纯强调知识的传承变为全面落实课程的三维目标,于是知识本身的重要性相对下降,科学探究教学的重要性相对提高。因此,编写教材时应该比较多地考虑怎样有利于学生循序渐进地学习科学探究。

 

初中电磁学的探究活动比较单纯,容易进行,实验成功率也比较高。例如,八年级(上)的最后,“探究串并联电路中电流的规律”虽是一个典型的探究活动,但它的“猜想与假设”无非是A、B、C三点的电流哪处大、哪处小,可以很明确地表达出来;实验设计的难度也不大,一般都能想到用电流表进行测量,看看哪里电流大,哪里电流小。相比之下,力学部分探究活动的因素比较复杂。例如九年级第13页“探究:同种物质的质量和体积的关系”、第43页“探究:重力的大小跟什么因素有关?”都需要用图象处理数据;第60页“探究:比较定滑轮和动滑轮的特点”,滑轮、弹簧测力计的精确度、可靠性要比电灯、电表差,实验中可能出现的问题也多些,探究的结论涉及是否省力、省距离,以及使用定滑轮和动滑轮的场合等,比较复杂。第83页“探究:浮力的大小等于什么?”的思维线索也比较复杂。此外,力学实验的成功率比电学低,出现问题时学生可能无所适从。

 

出于以上考虑,传统的力学内容放到了电学内容之后。简言之,教学内容顺序的改变源自课程目标重点的改变。

 

三、科学探究

 

(一)科学探究不仅是教学方法,也是教学内容

 

过去也谈要使学生通过实验、思考,自己获得知识;理由是这样的学习使学生对知识的理解更深刻、更会运用、更不容易忘记。其实这样做的着眼点仍然只是知识,与《课程标准》的三维课程目标并不一致。

 

在《课程标准》中,科学探究不仅是一种教学形式,也是一个教学内容,在《课程标准》中,“科学探究”是与“科学内容”并列的。教材编者所关注的,不仅是使学生通过探究活动获得知识,而且要使学生通过探究活动学习怎样进行探究。

 

为使学生学习探究,在八年级(上),最初的几个探究都是非常简单的、定性的,例如第14页“探究:声音怎样从发声的物体传播到远处?”、第21页“探究:响度与什么因素有关?”……这几个探究都是一两步就能解决的。此后的几个探究逐渐复杂,到八年级(上)的最后,关于串并联电路电流、电压关系的探究已经是十分完整的、典型的探究活动了。

 

然而,整个八年级的探究仍然比较单纯,线索清晰,教学中的不确定因素较少。九年级的探究活动则高出了一个层次。

 

九年级第13页“探究:同种物质的质量和体积的关系”、第43页“探究:重力的大小跟什么因素有关?”要用图象处理数据;第35页“探究:摩擦力对物体运动的影响”要求两次改变实验条件;第38页“探究:二力平衡的条件”、第83页“探究:浮力的大小等于什么?”,实验的设计需要教师提示;第100页“探究:斜面的机械效率”需要较复杂的数字计算……

 

可以看出,这套教材的确是把“怎样进行探究”当做一个教学内容来处理的,它像物理知识的学习一样,也需要循序渐进。

 

(二)科学探究是一种精神,贯彻了全书

 

在新的课程理念中,科学探究不仅是一种教学方式、一个教学内容,同时还是一种精神。对未知事物的探索精神贯穿本套教材的始终。实验器材的教学就是一例。

 

过去我们认为,实验器材的使用只能用“灌输”的方式,否则可能引起人身伤害、仪器损坏,或形成不良习惯。实际上,学生今后在生活中、工作中遇到新器材,需要摸索其使用方法的场合是很多的,这是一种十分重要的能力。出于这样的考虑,本书对天平使用方法的教学进行了较大的改革。

 

首先,几个强制性的要求还是需要的,但这只限于保护人身和器材的安全(九年级第10页上部的1、2、3)。即使是强制性的要求,本书也要求学生“逐条分析,如果不按这些要求做,会出现什么问题”(该页旁批)。

 

关于天平以及其他器材的使用,本书有两个原则:一是器材不局限于某种形式、某种规格(如托盘天平还是学生天平);二是尽量让学生边思考边操作,自己摸索,从中学到规律性的东西。

 

从这两个原则出发,本书把天平的使用放到“想想做做”栏目中,引导学生在四个方面进行思考和尝试性操作(九年级,第10页至11页)。这样做可以避免学生死记操作步骤,使学生养成思考的习惯,学会思考。考查学生的学习时,也不只考查是否会用课堂上使用过的天平,而是看学生会不会用另一种“没讲过”的天平──台秤(第12页图10.24)。如果会用了,说明学生学会了天平的原理,以后遇到这类器材都会用了。

 

在本书八年级(上),电流表、电压表的使用方法,九年级47页“探究:弹簧测力计的制作和使用”,也有类似的特点。

 

探究精神还表现在是否具有提出问题的意识。每章最后的栏目“我还想知道”,目的在于鼓励学生提出科学问题,并把这些问题表达出来。栏目的第一行是示范,由学生填写下面的空白。教师的注意力应放在“鼓励”提问和让学生试图表达,至于问题恰当与否并不重要,教师也不必解答。

 

(三)科学探究是创造性活动,避免形成新八股

 

关于科学探究,课程标准归纳出了几个要素,这是为了便于学生对科学探究进行分析。实际上,正因为科学活动是创造性活动,所以不会有完全相同的两次科学探究。教学中应该注意不能使学生误认为科学探究有现成的“套路”。

 

为了使学生明确探究的要素,在八年级(上),叙述探究的课文旁边有批注,指明这里是提出问题、这里是猜想和假设……到了九年级,因为学生对科学探究的几个要素已经有所了解,这样的批注就不出现了,以避免形式主义。

 

(四)科学探究重在参与,重在过程

 

科学探究是落实三维课程目标的重要途径。尤其是过程与方法、情感态度与价值观方面的目标,只有在科学探究的过程中进行体验才能实现。以往的教学过分重视终结性的要求,为了改变师生这样的习惯,本书特意安排了一些探究活动,课程标准对这些探究的结果并没有终结性要求。这样更有利于师生在教学中把注意力集中在探究的过程上。这类例子有九年级第100页“探究:斜面的机械效率”,第111页“探究:比较不同物质的吸热能力”。进行其他探究活动时,也应更多地让学生体验探究的过程。

 

四、从生活走向物理,从物理走向社会

 

理论联系实际是我国中学物理课程的好传统。《课程标准》把它发扬光大,提出了“从生活走向物理,从物理走向社会”的口号。

 

遵照《课程标准》的精神,本书所有科学内容在引入时都充分考虑学生的经验,列举大量生活中的事例。科学结论也都有大量应用的实例。不仅如此,在“动手动脑学物理”中也特别注意物理与自然现象和各种技术的联系。这些例子举不胜举。过去的物理课对此就很重视,本书在这方面更有加强。

 

仅举一例。在学“平均速度”时,教师的注意力往往是它的概念,即应该用总的路程除以总的时间。甚至有人出过这样的题目:“一辆汽车以40 km/h的速度行驶了20 km,又以60 km/h的速度行驶了80 km,这辆车的平均速度是多少?”与过分强调概念准确性的做法不同,本书更重视与平均速度相关的实际能力的提高。现代社会中到处都会看到各种表格,读表,例如列车时刻表,是现代公民应有的一种很重要的能力,为此编者设计了九年级第26页第1题。这题的计算很简单,但由于列车时刻表是真实的,它提供了很多信息,其中有些是与本题无关的,学生要从中找到所需要的信息,这就是生活中常用的一种能力。

 

与过去的物理课程还有一点重要区别,那就是本书大大加强了科学技术与社会关系的内容。“STS”栏目是专门用来讨论这个课题的。

 

第九册中的STS有两类。一类与资源、环境有关,谈的是在利用自然资源和改善人类物质生活的时候,要考虑可持续发展的问题,如“地球的温室效应”“气候与热污染”“石油危机和能源科学”“核电站和核废料处理”。过去在讲科学技术时,谈它为人类创造福利这方面比较多,现在则不能忽视它所带来的问题。这是当前社会讨论的热点,本书选得比较多。另一类是“从火车到火箭”和课文“能源革命”(九年级第138页),它讲的是科学技术的发展是社会需求的结果,科学技术促进了人类生产方式和生活方式的变革。“灾害──失控的能量释放”的视角比较独特,是从对社会的破坏性来看能量的释放。

 

对于科学·技术·社会问题,要求初中学生具有这种意识就可以了,即在涉及科学技术问题时,能有意识地从它对社会的正反两方面的影响去考虑,能积极地发表自己的看法。不要求学生能重复课文中所说的事实和观点。

 

五、几个具体问题

 

(一)功和能

 

在过去的教学中学生先学功,然后把能理解为“做功的本领”。以此为基础,引入机械能,再从能的转化扩展到其他形式的能。可以说,在过去的学习体系中,功是基础的基础。然而为什么功是力乘距离,只能告诉学生,这是物理学的“规定”,不讲任何道理。我们常说,物理学要“就物说理”,而关于功和能的教学是违背这个原则的。

 

根据编者的调查,现代少年儿童的意识中早已有了能的概念,尽管不能自主地表述出来,但经过提示,都可毫无困难地理解能的概念。例如,可以通过飞行的炮弹和高处的石块的破坏力说明它们具有能,通过连在电线上的电灯可以发光说明电流具有能,然后,学生就能自己说出电池具有能、汽油具有能、食物具有能……实际上,学生能做到这个程度已经很好了,因为“能”是科学上以至哲学上的一个基本范畴,只能从不同方面进行描述,不能定义。勉强下定义无异于画蛇添足。基于这个认识,本书从八年级(上)就开始讨论声与能量的关系(第28页),其后的教学中也都涉及能量,使学生对能量有较多的感性认识。

 

遵照《课程标准》的要求,本书在能量的基础上引入功的概念(课标第27页第3条)。首先,定性地谈功:物体在力的作用下动能或势能发生了变化,我们就说力对物体做了功。然后,分析使用动滑轮增加物体的重力势能的例子。我们发现,为了使重力势能增加一定的量,在使用或不使用动滑轮时,尽管力不一样,力移动的距离也不一样,但力与距离的乘积却相同。看来,这个乘积具有特定的物理意义,它应该是功的表达式。

 

以这个方式引入功,很容易解释为什么有力而没有距离不能说做了功,力与距离的方向垂直也不能说做了功:这两种情况都不能改变物体的能量(九年级第96页)。这里讲的是道理,而不是强制性的“规定”。

 

(二)简单机械

 

原来的试用修订版《教学大纲》 关于简单机械的规定是:“理解杠杆的平衡条件”“知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用”“会组装简单的滑轮组”,选学轮轴,没有提及斜面(大纲第14页)。《课程标准》则规定:“通过实验探究,学会使用简单机械改变力的大小和方向”(课程标准第23页)。《课程标准》没有对杠杆、滑轮及其平衡条件、省力多少等提出具体要求,它的规定比教学大纲更具有原则性,这是《课程标准》与《教学大纲》的重要区别。

 

本教材依据《课程标准》的精神,让学生用两节课分别探究杠杆的平衡条件和定滑轮、动滑轮的特点,轮轴和斜面则放到“科学世界”栏目中由学生阅读。教学重点也应该是探究过程,让学生在操作中学会使用杠杆和滑轮,了解它们的特点,而不必进行这方面的复杂计算。

 

(三)浮力

 

这套教材依然给出了阿基米德原理的公式,但这个公式是,而不是,因为阿基米德原理说的是“……浮力等于……重力”,而不涉及排开液体所受重力的计算方法。后一个公式给出了比阿基米德原理更多的内涵,它只能方便做题,无助于认识原理本身,对学生有不好的导向。

 

这部分教学应该抓住两点,一是阿基米德原理本身,即浮力与所排液体所受重力的等量关系;二是浮沉条件,即物体的浮沉决定于浮力与物重的关系,它是二力平衡条件的延伸。书中给了一些计算题,但只限于这两个条件的直接运用。过多的综合计算会冲淡学生对这两个重要物理规律的认识。

 

(四)学生实验

 

《课程标准》没有像原来的《教学大纲》那样刚性地规定若干个“必做、必考”的学生实验,但是对学生实验的要求实际上是加强了。遵照《课程标准》的要求,本书的学生实验有两个特点。

 

第一,本书的科学探究全部是实验性探究,其绝大部分要求学生自己动手操作。过去的初中实验全部是验证性实验或测量性实验。相比之下,本书的探究性实验在操作上的要求可能与之相仿,有的甚至还要低一些,但在科学方法和科学价值观的教育上,要求却高得多。

 

第二,本书利用身边易得的材料所做的实验比过去多。这样处理的目的不只因为一些学校的条件还不是很好,更多的考虑是,这样做可以使学生感到科学并不神秘、科学就在我身边。用身边易得的材料做实验,它在情感态度价值观方面的教育价值不容忽视。

 

总的说来,对学生实验的要求比过去高了。学生在整个学习过程中,如果哪一节课没有动手做实验,这节课恐怕是有很大缺欠的。

    
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