《科学(试验本)》(高三年级)

1、 科学（试验本）（高三年级）教材介绍 华东师范大学 张沁源 2005年8月23日一、教材编写过程2004年3月7日，上海市教委教研室和华东师范大学出版社联合召开了上海市高中科学教材编写工作座谈会，以沟通上海市高中科学标准（以下简称“标准”）编写者与准备参与教材编写同志之间的思想，为教材编写工作进行思想和组织准备。高中科学教材的编写工作也就随之启动。从正式启动教材编写工作至今年8月20日教材第一册出版，历时1年5个月。若扣除书稿在出版社、印刷厂和市审查办的时间，那么教材编写也实足化费了整整一年的时间。在2004年6月份完成教材初稿后，先后进行了8次较大的修改，直至今年7月才最后定稿。其间，为了统

2、一思想和交流编写心得，编写组的同志（包括部分课程标准编写同志），集中学习和讨论就达20余次，并多次听取有关专家、部分中学教师和学生的意见。 最后的定稿则吸取了审查专家的许多意见和建议。在这里我们从内心深处感谢所有为本教材提供宝贵意见和建议的专家、教师和学生。高中科学的编写过程，是一个探究过程。虽然审查专家在初审和复审中，在提出宝贵意见的同时，肯定了教材“内容丰富、收集资料比较详尽，视角新颖，具有科学学科的综合特点”、“体现对高一、高二内容的整理、贯通，系统化和结构化原来的知识”、“教材的呈现形式比较好地体现了基础型课程教材的要求”。这样一些肯定性的评语，是对我们的鼓舞。但是我们知道，必定存在着

3、我们料想不到的问题和疏漏之处，尤其是教学量和难易程度的把握以及问题训练系统的完善等还必须通过教学实践才能更好地适应教师和学生。我们恳切希望使用本教材的教师、学生和其他关心本课程的人士提出宝贵意见和建议。（意见和建议可邮寄华东师大出版社高中科学编写组）下面就一些在编写过程中对若干一度困扰我们的问题或方面谈谈我们的认识和想法。1、 在与课程标准实现互动的过程中完成教材编写根据上海市普通中小学课程方案和上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要，在十二年级设置综合的科学课程。虽然在教材编写时，有关课程标准还没有完成（处于初稿阶段），但指导纲要已经明确提出“这是在小学、初中综合和分科课程基础上更高层面的

4、综合。高中科学课程以物质、能量、信息和科学、技术与社会为综合的基本线索，有机整合自然科学学习领域各学科科学知识，强调科学知识在具体问题中的应用，提高学生对自然和科学的整体认识。” 为高中科学教材的编写指明了方向。 课程标准是指导教材编写的纲领性文件。由于高中科学课程标准尚处于初稿阶段，市教研室的领导多次强调我们这本教材的编写应与课程标准互动，在教材编写过程中进一步完善课程标准的制订。为此，我们与课程标准编写组的同志进行了多次讨论，通过讨论，大家逐步统一了认识，认为课程标准（初稿）的理念、定位、内容目标等都很好，起点高，要求高，强调科学技术与社会的关联，符合上海市二期课改的总方向；课程标准（初稿

5、）把自然界的基本要素物质、能量、信息作为整合各分科领域的主线，符合科学内在统一性的规律。此外，大家对课程标准过分求全和要求过高有不同意见。因此我们认为编写教材时既要体现课程标准（初稿）的精神，又要考虑学生和教师的实际情况和教材的许可容量。我们希望通过教材的编写为课程标准的最终定稿提供有益的建议。 2、 在教材中如何体现课程的定位根据上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要，本课程在十二年一贯的“合分合”课程体系中处于第二次“合”的位置。高中科学与小学和初中科学的综合课程有所不同，是更高层面的综合。它应当“根据现实需求，以物质、能量、信息和科学、技术、社会为综合的基本线索，把自然科学各个领域的科

6、学知识有机地统合在一起，灵活运用在具体的问题情境中，有效地解决一些实际问题，为学生的终身学习和可持续发展奠定良好的基础”。再根据高中科学课程标准（初稿），课程定位被具体为四方面的要求，即：沟通自然科学各分科之间的联系、发展学生的科学探究能力、提高学生对科学的历史和本质的认识以及深化学生对科学技术社会之间关系的认识。教材中如何体现这些要求，是我们编写教材时必须解决的问题。譬如，“现实要求”中怎样理解“现实”这两个字？怎样才能以物质、能量和信息作为综合的基本线索？怎样去沟通自然科学各学科之间的联系？在高三阶段应如何实事求是地去发展学生探科学究能力？在编写实践中我们体会到，“现实”既指科学技术发展的

7、新事实和新理论以及当代社会对人才的现实要求，又指高三学生现实的知识和能力基础，还指高三学生面临毕业和升学的心态、心理和时间安排等现实状况。我们认为，物质、能量和信息既是综合的基本线索，又是沟通自然科学各学科之间联系的重要纽带，在教材中应有相当的篇幅以物质、能量和信息中的某一方面内容为主题来沟通自然科学各学科的联系。我们还认为，在发展高三学生科学探究能力上，一是要发展综合探究的能力，二是要发展思维探究的能力，但是又不能过多占有高三学生太多的课内外时间。因此我们希望教材本身就具有探究的特点，在规定的教学时间内来提高学生科学探究能力，另外，适当给出一些科学探究的题目，在教师的指导下，选择性地进行综合

8、型探究。3、 高中科学的基础知识与高一、高二理化生知识的关系 高中科学课程仅仅是把学生在高一、高二学过的理化生知识综合在一起呢还是要增加新的理化生知识？在知识层面上我们究竟拿什么去给学生？在这些问题上，我们的认识也是有一个过程的。最初，我们希望能多给一些学生现代的科学知识，以扩充学生的知识面，在选材上特别强调新。但是这样选材的后果必然带来太多的新名词、新概念，例如量子力学中的几率波、相对论中的时间变慢、 长度缩短以及还有系统论、暗能量等。但是我们很快发现，教材中出现为数不多的若干新概念问题或许不大，若在每一专题都有新概念出现必然会大大加重学生和教师的负担，个别学生或许会对这些新概念很感兴趣，但

9、是作为面向全体学生的基础课，就不合适。于是我们开始把重点由寻找新知识放在寻找学生已经学过知识的新的结合点上。例如，学生学过许多物质的化学性质和物理性质，我们不是去介绍更多物质的更多性质，而是对这些性质放在物质结构与功能关系这一新情景中去介绍。让学生更好的认识结构与功能的关系。我们认为，在高中科学课程中要给予学生的是：关于自然科学各分科之间深层次联系的、关于科学统一性的、关于科学是一个不断探索的过程以及科学技术社会始终在互动发展等方面的知识；给予学生在阅读科学性文章或探究生活及社会中的现象时发现问题、解决问题的能力。我们还认为，高中科学课程应以进一步提高学生科学探究能力和提升科学思想、科学方法上

10、的观念以及科学与人文的融通和耦合等观念为己任。所以，本教材给学生的主要知识着重反映在观念的提升上，为了提升观念而必须用到的具体的科学知识，应尽量选用学生已经在高一、高二学过的知识，当然也适当选择一些较容易理解或在媒体上出现频率较高的新概念，如耗散、微波背景辐射等。4、 基础型和综合型的关系高中科学教材是面向全体高三学生的基础型教材但又是综合性很强的教材。综合往往涉及的知识面广，难度也相应提高；基础则应考虑到绝大多数高三学生认知水平。怎样处理好基础型和综合型的关系是教材编写面临的又一问题。在编写实践中，我们逐渐认识到：讲基础，不等于降低要求，讲综合，也不等于脱离学生实际、超标准要求。我们的基础应

11、与课程定位一致起来，基础是关于自然科学统一概念的基础，是关于科学的历史和本质及科学技术社会之间关系的基础。也是了解自然学科各学科之间的联系、发展学生的科学探究能力的基础。我们的教材应当通过对学生已有知识的综合来达到掌握以上基础的目的。正因为此，教材对内容的综合没有采取以具体事件为中心的综合，而是采取了以观念为中心的综合。5、 怎样体现以学生为本的理念我们的设想是把教材编写成“学本”，即通过学生的自主学习，把握教材中的知识点，并逐渐掌握自主探究的能力。在内容组织上力争探究性和趣味性的结合，把“要我学”改变为“我要学”。正是在这样的设想下，我们摸索出了“阅读加问题”的呈现方式。后来发现，单调的“阅

12、读加问题”，缺乏归纳性、总结性的文字，对一般学生可能有困难，而且在教学的组织上也会带来一定困难。所以在不改变学生自己阅读的方式上，教材增加了叙述性的文字。总之，教材的呈现方式必须以学生为本，为学生的终身学习和可持续发展奠定良好的基础。二、教材编写的指导思想 教材编写的指导思想是在编写和修改过程中逐渐明确的。我们认为，教材必须体现上海市中小学课程教材改革第二期工程精神、实现上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要的总体目标和上海市高中科学课程标准（与教材编写互动中形成）的具体要求，为上海市高三年级科学课程的教学提供具有先进理念和探究式呈现形式、反映21世纪人才要求、沟通分科科学知识、整合科学方法

13、、提升科学思想和观念、挖掘科学内涵以及反映科学技术社会整体关系（STS）的面向全体高三学生的基础型教材。其中特别容易疏忽却又特别不能疏忽的是“面向全体高三学生”和“基础型”这样的要求。因此，教材编写必须在高一高二分科学习的基础上，按照“面向全体高三学生”和“基础型”的要求，提高学生对科学的整体认识，提升学生对自然界物质性、运动性、统一性、人与自然之间的协调性以及科学技术社会三者的紧密关联性等观念。具体地说，一是通过教材的选材和编写，实现各分科科学知识之间以及知识与技能之间的沟通与联系，让学生得以进一步理解自然界的物质性、运动性和统一性，并提高学生对科学统一性的认识；二是通过对科学、技术与社会关

14、系的探讨，提高学生对科学、技术与社会之间互通与关联的认识，三是通过人与自然关系的探讨，提高学生对人与自然协调和可持续发展观念的认识；四是通过对科学探究的方法、过程以及科学理论的形成等方面考察，加深对科学本质与历史的理解。根据高中科学课程标准精神，教材的知识点侧重在思想、方法和观念等方面，因此在具体的科学知识上一般不超过高一高二分科知识的难度，有些为说明观念而引入的新的科学知识或理论只起到资料或陪衬作用，对学生不从知识层面上提要求（如理解、应用等要求）。例如在专题4中有许多具体的科学知识（如DNA、万有引力定律、宇宙大爆炸、光电效应、能量、电磁波、数据、编码、电子计算机等）是学生在高一、高二阶段

15、学过的，也有少数知识或名称不太熟悉（如地震波、3K微波背景辐射、信息论等）。那么在教学和评价中，对那些新的名词或概念一般只要求知道就可以了。因为这些新概念或新名称是为了说明该专题的核心知识（信息是客观存在的事物运动的状态和状态变化的方式，它通过物质载体和一定的能量转化过程传递给接收者，使接收者在认识上的不确定性得以消除或减少。信息离不开物质和能量，信息又是独立的自然要素）而引入的。三、教材结构本教材有10个专题（第一册中4个专题分别为：科学探究的过程和成果、物质的结构和性质、能量的守恒和耗散、信息的物质基础）分属于科学的本质与历史、科学中的统一概念、人与自然、基于科学的技术以及科学技术与现代化

16、5大主题。专题序专题名含小节数所属主题1科学探究的过程和成果5科学的本质和历史2物质的结构和性质7统一的科学概念3能量的守恒和耗散64信息的物质基础65地球演化过程中的生物进化（待定）待定人和自然6人和生态系统（待定）待定7空间技术（待定）待定基于科学的技术8科学和技术的结合促进材料技术发展（待定）待定9生物技术和人类健康（待定）待定10现代科学的发展及其特点（待定）待定科学技术与现代化教材中另有4个课题探究建议。这4个课题研究建议可以由教师选择1个让学生完成，也可由教师根据教材内容自己设计1个课题探究让学生去做。课题探究建议序题目1探究物质、能量和信息的关系2人工生态系统健康状态的比较研究（

17、待定）3空间生物搭载设计（待定）4科学技术与我们（待定）四、教材特点本教材有以下特点一是突出内容的整合。不仅重视各分科知识、技能的整合，还重视科学、技术与社会的互动与关联，科学与人文的结合与渗透，在培养科学精神的同时人文素养也得以提升。虽然上述整合思想是贯穿全书的，例如科学精神、科学思想、科学方法及科学探究过程的曲折性等在专题1科学探究的过程和成果中集中地做了介绍，但是在专题2 、专题3和专题4都有反映。专题2 中介绍了诺贝尔奖获得者的科学成果和精神，专题3 中介绍了能量守恒定律发现的曲折过程，专题4中介绍了宇宙大爆炸学说发展的曲折性等。其他，如科学技术社会的关系也在各专题中都有反映。当然，各

18、专题还是有所侧重，如专题2物质的结构和性质整合了学生在物理、化学和生命科学中学过的各类物质和特性，统一地阐述结构与功能的关系；专题4信息的物质基础进一步反映了自然界物质、能量与信息这三个基本概念的统一性，并在此基础上对各科知识与技能进行沟通与联系；与技术相关的一些专题则着重于科学与技术，科学、技术与社会之间的互动与关联；专题1科学的探究过程和成果以及涉及人与自然的专题则着重于科学与人文的结合与渗透，科学、技术与社会的互动与关联。二是强调观念的提升。我们认为这一特点（或可称为教材的观念性特点）是本教材最为突出的特点之一。力求使学生通过本教材相应内容的学习，能以对科学整体认识的视角，在原有分科知识

19、基础上对一些基本的科学观念的认识有所提升。例如物质、能量和信息是自然界的基本要素，物质、能量和信息三者关系，物质结构决定功能、功能又影响物质结构，守恒与耗散，演变与平衡，有序与无序，科学探究过程的曲折，科学探究和科学精神，技术进步离不开科学发展、科学发展也离不开技术进步，人与自然和谐发展，可持续发展等观念在教材中都是各专题的核心知识。本教材的最重要的知识就是那些观念型知识。三是不强调体系结构的理论逻辑性，而是以具体事例、科学问题或历史资料为线索，引出主题，进而通过丰富的背景材料将主题向深度和广度展开。也就是说内容按“从点到线、再从线到面”的思路推进。例如，在专题2中以水稻和玉米为例自然地引出结

20、构决定功能的观念、在专题4中以获得诺贝尔奖的事例引出了自然界信息与物质运动的关系等。四是体现学生发展为本和主动探究的要求，充分展示学习过程。我们认为这一特点（或可称为教材的动态性特点）也是本教材最为突出的特点之一。在本教材中，学习过程和目标是统一的，甚至可以说过程就是目标。在许多段落，学生可以自己阅读，阅读过程往往也是探究的过程或者说是思维探究过程，学会探究和思维探究正是本教材的主要目标之一。教材的多数知识点基本上以“阅读+问题”的形式呈现。同学们在一些引领型问题的指引带着问题阅读相应文字，在此基础上通过思考与讨论把握材料中的核心内容，并对这些问题作深入的思考以获得观念上的提升。五是所选内容力

21、求与学生的社会生活和社会实践紧密相关，并在学生可接受的水平上反映当代的科学成果和科学思想，使学生关注社会、关注科学，关注中国的现代化，并获得综合运用科学知识及STS思想认识或处理相关社会问题的能力，进一步强化学生的方法和能力，提升学生的科学态度、情感与价值观，培养学生树立科学的发展观。例如，专题1中“丁肇中一问三不知”、专题2中“水的反常性质”、“水稻和玉米茎的结构与功能”、专题3中“能量转化的方向性”、专题4中“获取信息的方法”等，都在介绍新知识的同时，注意提升学生的态度情感价值观以及培养学生处理相关社会问题能力。六是兼顾高三学生的认知基础与心理特征，设置了可自行学读的内容（教材中印有底色的

22、文字）、资料（包括科技发展史料、科学家生平事迹、新的科学技术成果以及名词解释、数据等）、思考与讨论和客体探究建议等栏目。语言比较生动，版面较活泼，图文并茂，注意所选内容的新颖性与可读性。此外，为便于学生掌握每个专题的核心思想，每个专题题首设置导图与导入语，题尾有专题小结，并配以适当练习性问题。课题研究属有较高需求的学生活动，学生可自行选择其中之一在课外进行。课题研究的形式有实验、观察、调查、考察、上网、制作课件、写小论文等。五、教学建议 这里就教材的教学在总体上提一些建议，至于各专题的教与学将在后面各专题介绍时提出具体建议。 1、高中科学教材在高三年级第一和第二学期使用，根据市教委规定共60学

23、时。教材共10个专题，分属科学的本质与历史、科学的统一概念、人与自然、基于科学的技术和科学技术与现代化5大主题。这次出版的是教材第一册，第二册将在年底出版。我们建议第一册教材的4个专题为必教（读）专题，它们分属2大主题。第二册的6个专题分属3个主题，可以选读。同一主题内至少应选择1个专题进行教学。 2、课时安排平均每个专题在7学时左右，如教学8个专题则需56学时。具体的安排在教学过程中可根据实际情况灵活处理。有些专题的课时可适当延长，有的则可以适当压缩，有的专题（如专题10科学技术发展与中国现代化建设）甚至可以完全让学生自己阅读，教师只用少量课时略作辅导。但是不管怎样安排，必须事先制订详细的教

24、学计划，按既定的教学计划执行。 3、教学形式可以灵活，可以教师讲，可以学生自学，可以学生讨论，可以走出去请进来，可以充分利用课件、录像等信息技术和现代化教学工具。个别专题（如专题10）可以采取听专家报告、讨论和自学相结合的形式进行教学。但是，我们认为无论采用何种教学方式，教学时都应充分注意本教材中的“观念性”和“动态性”两大特点，尽量引导学生提升观念，培养学生的科学态度、情感和价值观，尽量让学生自主探究。4、在教学时牢牢把握住观念性的知识和尽量回顾学生在高一高二已经学过的知识。对于那些为了说明观点而不得不选用的学生没有学过的科学知识，不必花精力去过多讲述，也不要学生掌握，它们只是为说明观点而被

25、教材采用的资料性内容。5、高中科学课程是一门全新的课程，它与目前一些学校在高三阶段开设的综合理科课程不同。高中科学面向全体学生，是二期课改上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要中规定的基础课，是在课程标准（初稿）指导下开设的课程。所以，本教材是一本全新的教材，我们编写时遇到的困惑和疑难，教师们在教学过程中也会不同程度地遇到。特别是“专和博”的矛盾，是教师们在教学中遇到的第一大拦路虎。科学课程要求教师有较宽的知识面，但是大多数教师长期从事的是分科教学。一些教师担心自己的知识结构能否适应科学课程的教学。我们编写者中多数也是教师，也各有自己的专业。我们认为，有些知识不懂不要紧，重要的是教师应具有从不知道到知道的能力，而且在教学过程中不断提高这样的能力，并把这样的能力传递给学生。各试验学校应成立科