人教版高中物理教科书中的科学探究及其呈现方式-最新教育资料

1、人教版高中物理教科书中的科学探究及其呈现方式科学探究是指个体通过自主地调查和研究来认识和解释自然的活动。1 从普通高中物理课程标准（实验）可以看出，新课程注重学生科学探究的培养，科学探究既是学生的一种学习方式，也是学生完成物理课程所要达到的学习目标。2 因为，科学探究不仅可以使学生学习到物理知识，形成物理思维，还有助于学生掌握物理学中的科学方法，培养科学素养。因此，教师想要有效实施科学探究，首先就要了解教科书中的科学探究及其呈现方式。本文以人教版高中物理教科书必修模块（以下简称“教科书”）为例，对教科书中科学探究的呈现方式进行分析。一、教科书中的科学探究教科书中的科学探究处处可见，内容极其丰富

2、。包含科学探究的相关内容有：物理学史的引入、物理概念规律的探究、STS教育、与科技发展相关、与其他学科或高等物理联系、联系生活实际和物理实验探究等。包含科学探究的上述内容在教科书中所占的比例，如图1 所示：图 1 教科书中各探究内容所占比例由图 1 可以看出，教科书中科学探究涉及最多的是联系生活实际的内容，通过与学生最为贴近的生活实际激发学生的探究兴趣， 有利于科学探究的进一步开展，同时也充分体现了“从生活走进物理，从物理走向社会”的基本理念。 物理概念规律和物理实验的科学探究所占比例相差不大、且比例较大，充分体现了物理学的学科特性。科学探究在其他学科或高等物理联系与科技发展相关的内容中所占比

3、例均为8.99%。可见，在教科书中科学探究的内容还引入了与其他学科或高等物理以及现代高科技的相关内容， 具有较强的时代感，让学生体会到科技发展离不开物理知识， 使学生在体验科学探究的过程中学习物理知识、培养创新意识。教科书中的科学探究关于物理学史及STS教育的内容相对较少，仅占3.37%。二、教科书中科学探究的呈现方式教科书中的科学探究，不仅内容十分丰富，呈现方式也是多种多样的；不仅有物理学中的实验、演示、思考与讨论常见性栏目和说一说、做一做、科学漫步等扩展性栏目，还有以整节内容安排探究以及书末的课题研究等独立的科学探究呈现方式。其中整体探究比较少，教材中大多数的探究都属于部分探究。科学探究在

4、教科书中的呈现方式，如图2 所示：图 2 教科书中科学探究的呈现方式1. 常见性栏目中的科学探究及其呈现方式。 “实验”、 “演示”和“思考与讨论”是教科书中常见的栏目， 在这些栏目中科学探究是如何呈现的呢？（ 1）“实验”栏目中的科学探究。物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验不仅可以训练学生的实验技能，而且有利于了解科学探究的过程，掌握科学探究的方法。新课标中也指出：观察实验是物理科学探究的基本方法之一。3 教科书中的实验探究有两种形式：一种是以小节的形式呈现在教科书中，如必修2 第 5 章第 3 节实验：研究平抛运动；一种是以小栏目的形式呈现， 如必修 1 第 3 章第 4 节“实验”

5、栏目“探究求合力的方法”。不论哪种形式的实验探究，大都是先提出问题，然后给出实验方案，实验过程中会提出新的问题，进而引发学生猜想，继续进行实验、收集证据，然后对实验结果进行分析。如，“探究求合力的方法”中， 标题就提出了要探究的问题， “探究时要注意下面几个问题”中就包括了： 进行实验与收集证据、分析与论证 2 个探究要素，在探究的过程中还会给学生以提示： “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”。可见，教科书还注重实验过程中对学生的正确引导。实验中的探究主要是对物理原理、规律的探究，通过探究加深学生对物理知识的理解，培养学生动手操作能力，感受科学探究在物理实验

6、中的重要作用。（2）“演示”栏目中的科学探究。“演示”栏目中的科学探究， 大多是通过教师课堂上演示的实验，让学生观察物理现象，从而激发学生兴趣、引发学生思考，或解释物理现象。该部分的探究旨在激发学生进一步探究的兴趣，加深学生对知识的理解。如，自由落体运动这一节中的“演示”栏目，如图 3 所示：图 3 自由落体运动一节中的“演示”3 可以看出，教师可引导学生先通过教科书给出的器材，猜想第一次的实验现象，待学生各抒己见之后，通过演示这 个实验让学生仔细观察这些物体的下落情况，验证他们的猜测。此时，教师提出问题：“若把玻璃筒里的空气抽出去，会是什么现象”， 这就激发了学生进一步探究的兴趣，从而再一次

7、产生猜想；教师继续演示，让学生观察物体下落的情况，通过这两次教师演示实验，学生观察现象，便可引导学生进行分析与讨论，从而引入自由落体运动的概念。虽然“演示”栏目都是教师在课堂中操作的演示实验，但通过教师的引导，学生便可进入探究的状态，不断激起学生的兴趣，不仅有助于学生对物理知识的理解，还有利于学生体会科学探究的过程。（ 3）“思考与讨论”栏目中的科学探究。“思考与讨论”中的科学探究大多是以生活实例导入，然后以提问的形式引导学生探究， 这种探究不仅有助于学生新知识的建构，对教师有效教学也有一定的辅助作用；也有部分探究是针对教材中所学的内容提出问题，引导学生进行思考、讨论或进一步自学。该栏目中的探

8、究在帮助学生深刻理解知识的同时，还注意发展学生独立思考的能力，注意培养学生的物理思维能力。如，速度变化快慢的描述一一加速度一节中的“思考与讨论”栏目，如图 4所示:图4速度变化快慢的描述一一加速度一节中的“思考与讨论”图 4 中的“思考与讨论”由生活中常见的小型轿车和旅客列车入手，通过“谁的速度增加的比较快”提出问题，引发学生思考讨论，再根据“它们的速度平均 1s 各增加多少”，引导学生进行计算分析、验证谁快谁慢，这一过程就包括了提出问题，分析问题和解决问题这三个环节。通过这个栏目，教师不仅可以轻松地引入加速度的内容，还可以培养学生独立思考、举一反三的能力。2. 扩展性栏目中的科学探究及其呈现

9、方式。新课程倡导的科学探究，在教科书中的扩展性栏目渗透的也比较多，不仅涵盖的内容极其丰富，包括物理学史、现代高科技、STS教育、生活实际以及和其他学科联系等，呈现方式也是多种多样，包括“说一说”、“做一做”、“ ST6、“科学漫步”和“科学足迹”等栏目， 而且扩展性栏目中的内容不是基本教学内容，学生可以根据自己的条件在教师指导下选择学习。（ 1）“说一说”栏目中的科学探究。“说一说”栏目中的内容具有一定的开放性，此栏目中的探究也是以问题的形式引发学生深层次的思考，重在师生、生生间的交流互动，学生在相互交流的过程中学习物理知识，掌握物理规律，有利于学生养成勇于质疑的习惯。例如，重力势能一节中的“

10、说一说”栏目，如图 5 所示：图 5 重力势能一节中的“说一说”由图 5 可以看出，该部分先给出假设“如果重力的功与路径有关”，进而提出问题，引导学生探讨在这种情况下还能否把mgh叫做物体的重力势能，并且给出理由。学生通过思考分析、交流讨论，不仅可以加深学生对重力势能的理解，还有助于学生养成质疑的习惯，培养辩证性思维，从而形成科学的价值观。（2）“做一做”栏目中的科学探究。“做一做”栏目中的科学探究操作性比较强，主要包括两方面的内容：一种是贴近生活实际的物理知识应用：一种是科学技术在物理教学中的应用。该栏目通过身边实例启发学生善于观察、发现， 有助于培养学生的科学探究能力。如， 必修 1 第

11、1 章第 3 节 运动快慢的描述速度中的“做一做”栏目，就是让学生设计方法，测量自行车在不同情况下行驶（如长距离和短距离）时的速度，测量蚊香燃烧的速度，并对测量结果的可靠性作出评估。设计方法、测量速度、 评估结果这三个过程就包括了制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估这4 个科学探究要素，但教科书中并未直接呈现科学探究4 要素，而是简短精炼地隐含在了“做一做”这一栏目中， 这样不仅让学生感受到物理在生活中处处可见， 而且还可以让学生逐渐掌握科学探究这一方法，培养科学探究的能力。该栏目还包含科学技术应用的内容，通过计算机、传感器等高科技技术，使学生了解物理探究中的其他方法，有助

12、于培养学生的发散性思维及数据分析能力等。如， 必修 2 第 7 章第 6 节 实验： 探究功与速度变化的关系节末的“做一做”栏目“利用数表软件进行数据处理”， 就指出借助于常用的数表软件就可以迅速准确地根据表中的数据做出图像，甚至能够不用把图像变换成直线就写出图像所代表的公式。学生通过该栏目了解到除了传统的数据处理方法，还可以利用计算机处理实验数据，并且该方法更加准确快捷，但这些技术应用仅限于有条件的学校或学生个体。(3) “ST6栏目中的科学探究。”ST6栏目中的科学探究呈现多是以现实问题为题材，融入社会发展、环境能源与可持续发展等方面的内容，引导学生深入思考科学技术与社会、环境、资源之间的

13、关系，培养他们与时俱进的科学精神和合理利用科学技术的意识。该栏目在联系科学技术与社会发展、人类生活的基础上， 引导学生思考一些实际问题，从而激发学生进一步探究的兴趣。如，必修1第1章第3节运动快慢的描述一一速度的“ST6栏目“速度与现代社会”，介绍了城市规模的大小与车速提高的密切关系、速度与现代战争间的关系及交通网的形成对社会的促进，这都是速度对现代社会发展有利的一面，该栏目还介绍了速度制约社会发展的方面，比如大量汽车带来的交通堵塞、能源过度消耗、尾气与噪声污染等带来的社会问题。面对这些社会问题，人们需要去探索有效措施来达到可持续发展，比如研制绿色汽车、对现有汽车的使用在时间和道路上进行限制等

14、。通过这些介绍，让学生感受科学技术就在身边，它不仅促进着人类社会的发展，同时也制约着社会的进步，在人类应用科学技术同时也会带来一系列的问题，但当这些问题出现时，我们需要去探索如何处理这些矛盾，以达到能源的可持续发展。该栏目最后 还提出一个问题“讨论： 交通工具的速度是不是越快越好？”引 发学生进一步思考与探究。（4）“科学漫步”与“科学足迹”栏目中的科学探究。 “科学漫步”与“科学足迹”栏目中主要是与现代科学理论、 现代科技和物理学史的有关内容，通过这类学生知其然不知其所以然的知识， 激发学生进一步探索其物理根源的冲动和欲望，物理学史中不仅涉及了科学家的成长历程，而且还有科学方法与科学精神的渗

15、透。 该栏目侧重物理学与人类文明的关系，这些都让学生在较高层面上理解科学的意义。4 如，必修2 第 6 章第 6 节经典力学的局限性的“科学漫步”栏目“时间和空间是什么”，该部分简单的讲解了经典时空观，随后又提到爱因斯坦提出了一种崭新的时空观念，但都是简单的介绍，供学生了解，但最后指出：即使是今天，也有许多物理学家在思考研究时间和空间呢。由此可见，该栏目并没有打算讲清时间和空间的问题，只是提出问题“时间和空间是什么”， 让学生有一个初步的认知，激励感兴趣的学生对这部分知识的探索与讨论。又如， 该节的“科学足迹”栏目“牛顿的科学生涯”， 学生通过阅读该栏目，不仅对牛顿一生有了了解，还从中学习到了

16、牛顿勤奋学习、积极探索的精神，以及对牛顿的科学方法也有了一定的认识。可见，该栏目物理学史的介绍，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以渗透科学方法的运用，培养学生严谨认真的科学精神，促进了学生情感态度价值观的发展。3. 独立的科学探究及其呈现方式。教科书中独立的科学探究的呈现方式包括以小节形式和书末的课题研究两种呈现方式，这两部分相对其他的科学探究比较独立，是专门引导学生学习如何开展自主探究学习的。（ 1 ） 小节形式呈现的科学探究。教科书中共有2 个专门以小节形式呈现的科学探究，在学生学习知识的同时，更注重科学方法与科学精神的培养。小节探究以栏目的形式循序渐进，逐步引导学生进行探究。如，必修1

17、第 2 章第 6 节“伽利略对自由落体运动的研究”， 从“绵延两千年的错误”开始，以“逻辑的力量”、“猜想与假设”、“实验验证”等栏目逐步深入，通过一条清晰的逻辑线索，引领学生走向伽利略的探究之路。教科书中把伽利略的抽象思维过程、数学推理过程、实验验证过程结合当时的科学条件、社会背景、文化环境进行详细展示，展现了科学探究的丰富内涵和非凡魅力，不仅使学生了解了近代科学产生的背景，领略了伽利略的研究过程和科学方法，同时也培养了学生不畏权威、坚持真理、勇于创新的科学精神。 5（ 2）课题研究。教科书中的课题研究，旨在指导学生开展扩展性的自主探究学习，引导学生从自己感兴趣的方面入手，查阅资料、深入研究，从而提高学生发现问题、综合分析问题和解决问题的能力。如， 必修 1 的课题研究“桥梁的研究”， 通过“课题的得来”启发学生发现问