课程标准高中物理教科书(人教版)

1、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

2、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

3、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

4、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）

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v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v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

6、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

7、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、位置、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

8、；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

9、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置0到位置5的位移？ 学生A：能。可以用下面的办法估算：x0.38×0.10.63×0.10.88×0.11.11×0.11.38×0.1 学生B：这个办法不好。从表中看出，小车的速度在

10、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

11、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

12、. 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

13、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

14、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

15、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。有一部分学生看到了这个旁批，程度不同地想了一想，编者的教育目的就达到了。 2. 科学探究也是学习内容 过去我们也曾探讨过“发现法”的教学，让学生通过研究自己发现科学规律。这种做法与现在所说的科学探究有相似之处，但那时只是一种教学法，而新课程中的科学探究不但是教学方法，同时也是学习的对象（还是一种精神，前面已经论述）

16、，即学生通过科学课程的学习要学会怎样进行科学探究。让学生自己进行探究是学习“怎样进行探究”的主要途径，但不是惟一途径。新教科书还展示了前人的探究过程，例如伽利略对自由落体运动的研究（必修1第二章），让学生从中领悟科学探究的方法。教科书指出了伽利略研究的线索：绵延两千年的错误逻辑的力量猜想与假设可检验的结论实验验证，但这决不是科学探究的固定模式，科学探究没有一定的模式 。3. 科学探究的要素不能求全，科学探究不能搞形式主义课程标准给出了科学探究的几个要素，这些“要素”不是“环节”。环节缺一不可，链条缺了一个环节就要断裂，而要素只要存在一些就体现了科学探究的精神。多数探究活动都不会包括所

17、有这些要素，例如，不一定都包括实验。谁都不会否认爱因斯坦的工作是科学探究，但谁能找出他亲手做实验的证据？我们说实验是物理学的基础，是说实验可以为物理学提出问题，而且物理学理论的正确与否最终必须接受实验的检验；但不是说每个物理学家都要做实验，更不是说高中物理的内容都要通过实验得出来。讲这个问题，目的是解放思想，更好地落实教学中的科学探究，避免形式主义。国外的科学课程有一种教学形式，叫做“做中学（hands on）”，科学知识几乎全部是让孩子在动手做中学到的，这有积极意义。但是，不能不分学科、不分学段地一味推行做中学，否则只能诱发形式主义，这不只对学科的学习不利，而且不利于学生对于科学的意义、科学

18、方法的领悟。事实上，高中物理中的多数定律都不是，甚至不可能，由直接实验归纳出来，更不用说在中学课堂上做这件事了。它们之所以出现，是由于前辈科学家从不完整的事实中领悟了背后的道理；它们之所以正确，是由于从这些定律得出的推论与事实一致。四、增强实践意识，提供原始材料 我国几十年来的物理教育有一个优良传统强调理论联系实际；但是学生解决实际问题的能力依然很低，这也是事实。原因在哪里？通过分析编者们看到，教科书、习题集以及试卷中的多数所谓实际问题，都是经过编者或者考试命题者咀嚼过的，学生看到的仍然是理想化的物理习题，实际情景只是附加的背景而已。学生所缺的“解决问题的能力”，本质上是把原始问题变成合适的物

19、理模型的能力。编者在这方面做了尝试，在可能的情况下向学生提供原始的材料，使得“从实际问题中抽象出物理模型”这个工作由学生完成。以下是几个例子。1. 磁浮列车的加速度必修1第二章“匀变速直线运动”的章首图是上海磁浮列车的照片，图下有一段话：“据报导，上海磁浮总长 33 km，一次试车时全程行驶了约 7 min 30 s，其中以430 km/h的最高速度行驶约 30 s。磁浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也很大？学过这一章后你会看到，根据报纸上的数据，再按照实际情况做些简化的假设，你自己就能估算它的加速度！”这是读报时的一个活生生的问题，引用的数据对于读者来说是最原始的。我们要把它抽

20、象为一个物理模型，才能用物理知识来解决，以满足我们关于磁浮列车的好奇心。看到这个问题之后首先应该有个定性的估计：加速度不会太大，因为全程行驶时间7分多，中间匀速行驶时间只有半分钟。这实际上是在为评估做准备，如果以后算出来的加速度很大，可能有问题了。然后会想到，列车的加速、减速不会是均匀的，但我们只是估算，在中学阶段只好把这个问题当做匀变速运动来处理。第三，还会有不同的可能性。一种情况是，列车加速时的加速度很大，但减速时加速度（绝对值）比较小，也可能相反。如果是前一种情况，列车的动力会很强，对发动机的要求比较高，好像没有这个必要；后一种情况类似于急刹车，正常运行中似乎没有必要急刹车。于是我们假设

21、列车匀速行驶的过程处于运行的中段，加速阶段和减速阶段所用的时间相同。这样，一个来源于媒体的真实问题就变成了理想模型：“某物体从静止开始做匀加速运动，在3.5 min的时间内速度达到430 km/h，求物体的加速度。”这个问题太简单了，几乎所有学生都不会有任何困难。计算结果是：列车加速时的加速度是0.57 m/s2。这个结果使我们联想到什么？重力加速度大约是10 m/s2，列车的加速度大约是它的二十分之一，乘坐磁浮列车大概不会有什么异样的感觉，不能跟宇宙飞船的起飞相比，甚至不会有小汽车加速时乘客体会到的“推背”的感觉。有了这些联想，这道题的目的就达到了。其实，下面就会看到，用不同的假设可以建立不

22、同的模型，运算结果也不一样。我们还假设列车的匀速运行区段处于线路的“中段”，但不是时间的中段而是路程的中段，也就是说，加速运行的距离与减速运行的距离相等。这样可以算出加速运行的距离是( 33 km430 km/h××0.5 h) 14.7 km。知道了初速度与末速度，还知道运动的距离，计算加速度也很容易。结果是0.48 m/s2，与前一模型的结论相差无几。许多人对这个问题有疑问。一个疑问是，两种算法的结果不一样，怎么教？回答是：第一，这是个章首语，目的是启发学生思考，不必“教”；第二，如果有学生问到，可以原原本本地告诉学生由于我们采用了不同的假设，建立的是不同的模型，所以结

23、果有差异。哪个更接近实际？根据我们掌握的原始材料，无法判断。但有一点是确定的：两个结果都能满足我们的需要预测乘坐磁浮列车时的感觉，而且预测结果是相同的。有的老师表示，根据实测，记者所给的数据不准确，实际匀速运动的时间不是30 s，而是接近50 s，改成50 s后两个模型计算结果的差异小得多。编者对此的回答是，不能改，因为公众在报纸上看到的就是30 s，这是真正的原始资料，谁能保证今后遇到的原始资料都可靠呢？何况这个问题中记者的误差并不影响我们关于乘车感觉的预测。另一个疑问是，题目所给的条件多了，应该删去一个。其实“条件多了”、“条件不够”都不可怕，因为现实问题中能够得到的资料就是这样，条件不够

24、我们就要假设一些，条件多了可以相互印证（评估）。有的学生则问，两种计算哪个更准确。这个问题恐怕没有必要。因为假设列车做匀变速运动本身就是一个非常粗略的近似了。列车的速度越来越快，但发动机的功率不可能增加很多，根据PFv，加速过程中的牵引力肯定会越来越小，怎么可能在整个加速阶段的加速度不变呢？对于这样的问题，有人说太容易了，有人说太难了，两者都有道理。说太容易的是指用到的物理公式太简单；说太难的是指把实际的原始问题抽象为物理模型太困难。过去我们对前者过于重视，而实际上主要是后者影响了学生解决实际问题的能力。可喜的是，在物理教育界，已经有越来越多的人重视原始材料的使用 参见邢红军，陈清梅“论原始物

25、理问题的教育价值及其启示”，课程教材教法2005年第1期。 ，考试题也越来越多地出现“情境题”“信息题”等，这些都是好的苗头。石子下落的照片2. 相机快门的曝光时间学过自由落体运动的规律后，在“做一做”栏目中安排了这样一个问题：“从某砖墙前的高处使一个石子自由落下，拍摄石子在空中的照片如图已知每块砖的平均厚度为6 cm，石子起落点距地面的高度约为2.5 m，怎样估算这个照相机的曝光时间？” 编者提倡的解法如下。 通过砖的层数估算A点的高度60 cm，又通过砖的层数估算AB的长度12 cm；石子从起落点到A点的高度是190 cm。由此算出石子经过A点的速度是62 m/s。石子以这样的速度通过AB

26、所用的时间是s0.19 s，即秒。 有的学生认为用AB的长度除以石子在A点的速度不妥，因为石子在从A到B的运动中仍在加速，应该用hgt2分别算出石子落到A、B两点所用的时间，两者之差才是从A到B所用的时间。北京西至深圳的某一车次的时刻表 第二种解法当然是正确的，但是没有必要。一方面从原始材料看，我们通过砖的厚度获得的数据相当粗糙，计算也就没有必要那么精确；另一方面如果对摄影技术有所了解就会知道，曝光时间的少量偏差对照片的质量不会有什么影响，实际上即使标有快门速度的照相机，其标称值也不是很准确的。3.计算平均速度 在必修1第一章学过速度概念后，教科书有一个练习题：右面是京九铁路某一车次运行的时刻

27、表列车由聊城站开出直至到达菏泽站，运行的平均速度是多少？ 这道题给出的是铁路局印制的时刻表，也是原始材料，学生要把它抽象成一个物理问题：某物体在1 h 21 min的时间内运动了178 km，计算它的平均速度。对学生来说这个计算极其简单，比较难的是从列车时刻表中得到时间和运行路程这两个数据，这道题锻炼的是学生获取信息的能力。某支线车次的时刻表 初中的课标教科书也有类似的题目，时刻表如右图所示，要求计算列车从朱坡到老河口的平均速度。为什么高中与初中选用相同的题目？尽管两题的计算难度一样，但从原始材料中获取数据的难度不同：支线时刻表中对应于一个车站只给出一个时刻，乘客上下车之后车就离站；干线时刻表

28、分别给出了到站时刻与离站时刻，要计算从聊城到荷泽的运行时间，就要弄清这一点。 4. 其他例子必修147页第3题：小石块从井口自由落下，经过 2.5 s 后听到石块击水的声音，估算井口到水面的距离。考虑到声音在空气中传播需用一定的时间，估算结果偏大还是偏小？ 过去这类问题总是说：“不考虑声音传播所用的时间”；现在的计算仍是这样要求，但学生做完之后还要做个评估声音传播所用时间对计算结果的影响。再如，过去讨论抛体运动时总是说“不计空气阻力的影响”实际上对于炮弹等高速运动的物体，空气阻力对轨迹的影响十分明显。必修2在“抛体运动的规律”一节的“说一说”栏目要求学生推测炮弹运动的实际轨迹，这些都是为了建立

29、这样的意识：物理学研究的并不是世界的本身，而是它的模型 参见秦克诚译“外星人”学物理第4页，人民教育出版社。我们对模型的要求是，它既要在某一方面反应真实事物的本性，又要便于我们用已有的知识进行处理。五、重视科学思想与科学方法 科学方法是高中物理三维课程目标的重要组成部分。物理学大厦有坚实的实验基础、严谨的逻辑体系，它的方法已经成为当今各门自然科学的典范。原原本本地把物理学学好，这是在物理课程中进行科学方法教育的最基本的途径。前面提到“落实三维课程目标的前提是学懂物理学”就包含了这层意思。引导学生以独立思考为基础，循序渐进地，条理清晰、层次分明地学好物理学，是落实科学方法教育的前提。然而，目前一

30、方面存在着这样的倾向教学中简化实验过程和理论分析，简单地把结论告诉学生，而后迅速进入解题教学；另一方面也存在着形式化的倾向，把丰富多彩的物理学过程归纳为××法、××法，让学生在学习中机械地背诵和套用。教科书的编者根据自己的研究，在以下几方面做了努力以突出科学方法的教育。1. 从特殊到一般的科学方法人类对于事物的认识都是从特殊开始的，但又有不止于具体的事物。（1）匀速圆周运动的加速度的方向过去往往按下面的思路认识匀速圆周运动的加速度的方向。用细线系一个小石块，手握细线的另一端把它抡起，使它绕手做匀速圆周运动；石块没有沿切线方向飞出去，那是因为受到了细线对它

31、的力，这个力指向圆心；石块运动的加速度的方向与力的方向一致，因此也是指向圆心的。由此得出结论：做匀速圆周运动的物体的加速度是指向圆心的。这个教学思路的问题是：从一个特例得到的结论没有进行分析就推广到一般情形了。如果经常这样处理，久而久之会使学生形成以偏盖全的思想方法。新教科书是沿以下线索展开的。做匀速圆周运动的物体的加速度沿什么方向？先分析右图并仿照过去的思路得出结论：在这两种情形中，加速度的方向是指向圆心的。然后用运动学的方法分析速度矢量的方向，得出一般性的结论。新教科书分析加速度的方向时不涉及任何石块、小球、地球等具体的物体，得到的是普适的结论，没有右图那样的实例同样可以得出结论。那么，实

32、例在这里有什么作用呢？实例给了我们强烈的提示：“虽然没有十分的把握，但很可能是这样的！”没有逻辑推理不可能得出普遍性的结论，而脱离实际的推理可能使我们迷失方向。这样做的目的之一是向学生展示科学的本来面目科学是在猜测、分析与验证的过程中前进的。（2）匀变速直线运动的规律在匀变速直线运动的教学中，编者也遵循了从特殊到一般的科学方法。第二章的第一节是“实验：探究小车速度随时间变化的规律”。在这一节，学生运用第一章学到的使用打点计时器的技能、利用图象研究运动的技能，以及速度、加速度等概念，研究小车在重物牵引下的运动。通过对小车运动图象的分析，学生会看到：自然界存在着这样一种运动它的速度时间图象是一条倾

33、斜的直线！这是一个具体的事例，学到这里，第一节课的任务就完成了。第二节课对这个事例进行分析，于是发现，如果速度时间图象是一条倾斜的直线，这个运动的加速度就是不变的。这样我们就能定义匀变速直线运动。从此以后教科书脱离了小车这种具体运动，进行匀变速直线运动的一般性研究，最后得到匀变速直线运动的几个量之间的三个关系式。这段教学始于对“小车在重物牵引下运动”这样一种具体运动的研究，结束于匀变速直线运动的普遍性规律。教学中不一定要把这句话告诉学生，但是教师心中应该明确，要清清楚楚地按这个思路去讲。久而久之，这种科学方法会自然而然地在学生头脑中生根。 2. 解决问题时强调规范化的方法在物理学中，不同的问题

34、有不同的特点，解决起来要遵从不同的程序，也就是说有不同的规范。这也是科学方法的问题，编者在这方面做了一些努力。例：坐标在描述质点运动时的作用 物理学离不开数学，而要用数学描述和解决质点运动的问题，就要用到坐标系。教科书比过去强调了坐标系和质点的坐标，以使学生在刚刚开始高中物理学习的时候就能自觉地、规范地运用坐标系这个数学工具。这样做的结果是增加了还是降低了学习的难度？编者认为是降低了。例如，过去在教学中不明确区分矢量和矢量的投影，解决比较复杂的问题时学生经常困惑。现在主要在坐标系中讨论矢量，学生的精力放在投影正负号的确定上，剩下的只是代数运算，问题简单多了。具体地说，过去告诉学生，在直线运动中

35、，加速度的正负号决定于速度是增加还是减小，新教科书则强调，速度、加速度（以及力和位移等各种矢量）的正负号都决定于它的方向与坐标轴的方向相同还是相反。这样，有了一个普适的、单一的准则，学起来、记起来就容易了。例：抛体运动原来的教学大纲对抛体运动的要求是“平抛运动（B）”，这是一个干巴巴的知识点；课程标准的要求则是“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动”，其中的“分析”、“用方法”体现了对于过程与方法的要求。按照课程标准的精神，新教科书在抛体运动的教学中，展示了质点在平面内运动时解决问题的规范化的方法，教学层次如下。 （1）以红蜡块的运动为例，按下面的步骤介绍普遍性的方法。坐标与时间的关系：x =

36、 vxt，y = vyt轨迹：消去t，得到速度的大小和方向：，tan =红蜡块问题是由分速度求合速度及轨迹；接下来的是下面的例题，要由速度求它在互相垂直的两个方向上的分速度。（2）例题：已知飞机起飞时的速度和仰角，求它在水平方向和竖直方向的分速度。通过（1）和（2）要让学生悟出一个道理：物体在平面上的运动可以在相互垂直的方向上分别研究（或者相反） 。（3）把这个道理应用于平抛运动水平方向：力F = 0，初速度v0 = v，由此可以得到抛体在x方向的位移x = vt。竖直方向：力F =重力，加速度= g，初速度v0 = 0，所以抛体在y方向的位移是y =gt2。有了x、y两个方向的坐标与时间的关

37、系之后，仿照红蜡块问题的程序，可以得出抛体轨迹的表达式及速度的大小、速度的方向。（4）如果抛出时的速度不沿水平方向，那么学生按这个思路学习，不仅得到了平抛运动的几个结论，而且学会了解决这类问题的一般性方法： 两个方向上的受力两个方向上的运动方程两个方向上的位置与时间的关系平面中的运动轨迹（消去t）平面中速度的大小和方向（勾股定理、三角函数） 必修2“抛体运动的规律”一节中的旁批把这个思想明确地写出来了： 在第四章牛顿运动定律的学习中我们已经体会到，已知物体受力情况而想知道它的运动情况时，要先对物体所受的力进行分析，然后应用牛顿定律得到物体的加速度，进而根据运动学的规律得到物体的位置与时间的关系

38、。在研究抛体运动时，我们的思路完全相同有的老师提出，新教科书不仅要求平抛，而且要求斜抛，比过去难了。其实这里不仅不要求学生背诵斜抛的结论，甚至连平抛的结论也做了淡化处理：平抛轨迹只是在一个例题中做了讨论。从科学方法的角度看，解决平抛问题的方法与解决斜抛问题的方法没有区别。还有的老师提出，红蜡块的实验是多余的，直接通过平抛运动学习科学方法，可以一举两得。其实不然。教学活动的原则之一是分散难点，解决质点在平面中的二维运动的方法对学生来说是新东西，不很容易；抛体运动是新知识，也有一定的难度，两者合在一起就更难了。教科书这样分层次、搭台阶的处理比较好：从知识的角度讲，红蜡块的问题没有难度，学生可以把注

39、意力放到方法上，通过简单问题认识方法，然后运用这个方法解决抛体的问题。教科书看起来好像在红蜡块上多做了一些文章，用了一些时间，但是“磨刀不误砍柴工”，整个抛体运动的学习时间并不比过去多。例：数据处理的方法教科书中数据处理方法的教学是以图象为中心展开的。这也是一个规范化的科学方法。在必修1第一章第4节，从高中物理的第一个学生实验开始，就要求用图象表示手拉纸带的速度与时间的关系，并提出用平滑曲线来“拟合”坐标系中所描的点的思想。拟合时对曲线的要求是“顺势”“平滑”，如果不能使所有的点都恰好落在曲线上，那么曲线两侧的点的个数要大致相同。在以后的学习中，学生将反复运用图象来处理数据：第二章第1节探究小

40、车速度随时间变化的规律第二章第3节研究自由落体运动的小实验（“做一做”栏目）第三章第2节课后习题第4题（关于弹力）第四章第2节探究加速度与力和质量的关系的实验第五章第5节探究弹性势能的表达式第五章第6节探究功与速度变化的关系教科书特别指出了运用图象处理数据时的以下技巧。在通过实验探究加速度与质量的关系时，当然可以做出加速度随质量变化的图象，由图中曲线的形状判断两者的关系。但是实验得到的曲线的形状比较复杂，难以断定它的性质，而曲线是否直线就很容易判断。因此教科书指出了一个方法：不作a-m图象，而作a-图象，通过这个图象是否直线来判断a是否与m成反比。如果这个图象不是直线，再尝试a-或其他关系。这

41、个方法在第五章第6节探究功与物体速度变化的关系时再次出现。在以后的选修课中也将多次运用。 3. 一些学科性的科学方法与科学思想高中物理中有一些科学方法与科学思想，只涉及物理学及与之相关的学科，但对学好中学物理及以后学好相关学科是至关重要的。这些科学方法与科学思想的教学，是“过程与方法”的重要组成部分。（1）守恒的思想守恒的思想在物理学中一直起着重要的作用，近代物理学的发展更是伴随着对守恒量的追求。新教科书力求渗透这个思想。过去学习机械能守恒定律的时候，往往先学习重力势能、动能的表达式，然后分析一个实例，指出在这个过程中重力势能与动能之和保持不变；而新书这一章的第一节就是“追寻守恒量”，在学习势

42、能、动能之前就通过伽利略的工作介绍了“守恒”的思想。这样做的目的是使学生体会到，在伽利略以后的物理学中，“守恒”或说某量在某个过程中“不变”，往往不是碰巧发现的，它是物理学家追求的目标。在选修3-5学习动量的时候也十分明确地体现了这样的思想。 （2）通过做功研究能量的思想能量的概念十分抽象而功的概念比较具体，也容易量度，在物理学中人们总是通过做功了解能量的变化，从而认识能量。新教科书反复突出这个思想。以重力势能表达式的引入为例。必修2的“重力势能”一节有两条线索。首先，分析重力做功的特点，得知物体在h1和h2两个高度之间移动时重力做的功是WG = mgh1mgh2，从中发现“mgh”可能具有特

43、殊的物理意义。另一条线索是：通过对势能概念的分析，我们已经知道，物体的重量越大它的势能越大、物体的位置越高它的势能越大。从第一条线索得到的“mgh”与第二条线索一致，所以我们想到，物体的重力势能应该用“mgh”表示。在过去的教学中，我们说“物理学中规定”说得比较多，其实“规定”总是有道理的，新书要讲一讲这个道理。发现规律、提出物理量的表达式，就像刑警在破案，我们不仅告诉学生结论，而且告诉学生结论是怎样得出来的，这就是重视科学过程的做法。动能表达式的得出是另外一个例子。教科书探索动能表达式的过程集中于“机械能及其守恒定律”一章的6、7两节，线索与重力势能相似，出发点也是做功与能量的关系。教科书首

44、先指出，根据我们对于动能的初步理解，它的表达式除了应该与质量有关外，还应该与速度有关：速度越大，动能越大。另一方面，物体受力时力对物体做功，物体速度也会增加。这就是说，速度这个物理量联系了动能与力对物体做的功。编者因此设计了第6节的实验，研究力对物体做的功与物体速度的关系，以期从中获得动能表达式的一些信息。这个思路可以图示如下：动能的定性概念及力与速度变化的关系 动能与速度有关 动能与做功有关 通过实验研究功与速度变化的关系v2与做功的多少成正比动能的表达式中可能包含v2这个因子 第7节则沿另一条线索展开：从牛顿第二定律和运动学的关系得到速度与功的关系W =mv22mv12。mv2是个状态量，

45、它在一个过程始末的差值等于力对物体做的功，其中又包含了v2，在与实验结果印证之后我们判断，它极可能是我们寻找的动能的表达式。新课程重视科学过程，这有两重意义。一重意义是要适当展示前辈科学家建立科学概念、发现科学规律的过程；另一重意义是在学生自己的学习中有根据、合逻辑地进行学习，了解知识是怎样得来的。要让学生体会：一个重要的科学结论不是几个实验或者几篇运算就能做到“板上钉钉”的，人们认识复杂事物时，直接经验与逻辑分析缺一不可，人的认识不是直线式的。 第五章第5节“探究弹性势能的表达式”的出发点同样是功与能量的关系，同样是通过对做功的定量描述来寻找弹性势能的表达式。在后面的选修教科书中，内能的引入

46、、电势能的引入、焦耳定律、电源和电动势、闭合电路的欧姆定律光电效应等，出发点都是做功与能量的关系。 （3）“以不变的量代替变化的量”的方法 这段素材取自黄恕伯老师的研究工作。 从两道高考题说起。第一题（大意）：来自质子源的质子被直线加速器加速（加速器中电场均匀）。在质子束中，与质子源相距l和4l的两处，各取一段极短的相等长度l的质子流，其中的质子数之比为 _ 。第二题（大意）：真空中速度为v = 6.4×107 m/s的电子束连续射入两平行极板之间，极板长度为l = 8.0×102 m，间距d = 5.0×103 m。两极板不带电时，电子沿两极板之间的中线通过。在

47、两极板间加50 Hz的交变电压u = U0sin t。如果所加电压的最大值U0超过某一值Uc时，开始出现以下现象：电子束有时能通过两极板；有时间断，不能通过。求Uc的大小在第一题中，实际速度在l小区间中是不断增加的，但由于题目说明了l<<l，因此可以用质子在l一端的速度代表在整个小区间的速度（用一个不变的量代替变化的量）。这样，两个小区间中的质子数就可以用质子在两处的速度的反比来表示。在第二题中，尽管电子飞行时两板间的电场在变化，但变化的周期是0.02 s，在这段时间里电子会飞过1.28×106 m的距离！因此电子在区区宽度为8 cm的两极板间飞行时，电场的变化完全可以忽

48、略。也就是说，完全可以应用学生熟悉的平抛运动的方法和结论。这两个问题都要用到“以不变的量代替变化的量”的思想，但是很多学生不敢用。为什么？因为学生不了解这个方法，即使有所接触，但是不知道什么时候可以用，什么时候不能用。要让学生掌握方法性的东西，不能靠灌输，只能靠学生的实践。只有学生多次接触这类问题，才能在以后见到时“掌握分寸”。下面是新教科书为这个方法的教学所做的系统化、结构化的设计。必修1第一章：平均速度和瞬时速度一个小区间里各点的瞬时速度可能不一样，但只要区间足够小，可以用这小段的平均速度来代替。必修1第一章：用打点计时器测速度让学生在实验中亲手用平均速度来代表瞬时速度。必修1第二章第3节

49、“思考与讨论”：已知相隔0.1 s的几个时刻的瞬时速度，估算这段时间中的位移。这里要用各点的瞬时速度乘以0.1 s，表示质点在这个时间间隔中的位移。必修1第二章：通过v-t图象导出匀变速运动的位移公式，这是前面思考与讨论中阐述的思想的发展。 必修1自由落体运动之后的“做一做”：通过照片估算照相机的曝光时间。编者提倡的方法是：计算石子落到A点时的速度，AB距离与速度之比即为曝光时间。应用这个解法的前提是石子的速度在A、B之间没有多大的变化，可以用一个不变的量（A点的速度），代替变化的量（实际上在变化的速度）。必修2“探究弹性势能的表达式”一节：计算变力做的功。随着弹簧的伸长，弹力在不断增加，但伸

50、长的长度很小时，可以用一个不变的力代替这个变化的力。在这样多次接触中，学生将体会运用“以不变的量代替变化的量”的方法。方法的教学也像知识的教学一样，不求一次到位，而是要多次运用、逐渐领会。 4. 对于“科学定律是怎样建立的”的认识 前面说到的科学方法都比较具体，教师可以教，学生可以照着做，在做中体会。新教科书还涉及一种更深层次的科学方法，即建立科学定律的方法，它关系到人们认识新事物的一般性过程，包括认识日常生活中的新事物的过程。这种方法在教科书和教师的教学中只能渗透，学生只能去领悟。 过去的教学容易造成一个假象，好像科学家做了“大量的”实验，得到“大量的”数据，把这些数据按一定的方法处理，于是

51、就归纳出了某某定律。这个图景忽略了创造性思维中最活跃的因素：猜想与假设。 我们日常生活中对新事物的认识，与科学家对未知科学规律的认识，两者的模式其实是一样的：通过不完整的事实，经过不严谨的推理，得到带有猜想与假设性质的结论，而后以新的事实一次又一次地检验这个结论及它的推论，逐渐使我们的认识深刻化和确定化。这里的关键是能否做出相对符合实际的猜想与假设，比较聪明的人和比较愚钝的人，区别也就在此。 为了使学生领悟这种方法，教科书在多处做了与过去不同的处理。 在必修1最后的“学生实验”（相当于一章）第2节“怎样做好物理实验”中有这样一段话：实验的结果往往不尽人意，得到的数据不那么完美。不过，不要气馁，

52、更不能任意修改数据去适应书本上的结论。为什么会出现这样的差别？自然，中学物理实验器材的精密度不高，但是，也可能有更深层次的原因。 例如，在通过实验探究加速度与物体受力的关系时，我们根据现象的分析和粗略的数据，猜测加速度可能与物体所受的力成正比。这是一个猜测，需要实验的验证。于是我们做了几次实验，作出了几条直线。这些图象并没有完全验证我们的猜测，但它们强烈地向我们提示：这样的猜测很可能是正确的！你可能说，中学物理实验器材的精密度不够，用更好的仪器就能得到过原点的直线了。但是，如果用了更好的仪器，就要用更高的标准来检验这些直线，这时仍然会发现它们不过原点物理学的规律不是通过有限的几个实验就可以“归

53、纳”出来的，它们之所以正确，归根结底是因为由它们得出的无数结论都与事实一致 在必修1第一章研究小车速度随时间变化的规律的实验中，作出小车的速度时间图象后，教科书写道：对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。因此，可以有很大的把握说，如果是没有实验误差的理想情况，代表小车速度与时间关系的点真的能够全部落在某条直线上。有了这些考虑之后，我们就可以用一条直线去代表这些点 过去在类似的情况中总是说：“在误差允许的范围内”但是，在我们的教学中，谁定量地分析了误差？谁说过多大的误差是可以容忍的？这样的说法除了培养学生说套话、说空话之外，没有任何作用！在新教科书中，编者恢复了事物的本来面目：这些粗略

54、数据的作用不是自然而然地产生科学定律，而是给我们启发，使我们想到，真实的情况可能是第二章第5节“伽利略对自由落体运动的研究”有个旁批，说道：“后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现：铜球沿斜面滚下，如果斜面倾角超过5就很难准确计时。伽利略把他的结论外推到90是需要很大勇气的”。教科书介绍科学研究时说到“勇气”，这是第一次，体现了编者对于科学过程的本质的认识。第四章第2节在探究加速度与力、质量的关系的实验中，教科书写道：“如果这个猜想是正确的，那么，根据实验数据以a为纵坐标、F为横坐标，和以a为纵坐标、为横坐标作出的图象，都应该是过原点的直线。但是实际情况往往不是这样：描出的点有些离散，并不是严

55、格地位于某条直线上；用来拟合这些点的直线并非准确地通过原点。这时我们会想，自然规律真的是、吗？如果经过多次实验，图象中的点都十分靠近某条直线，而这些直线又都十分接近原点，那么，实际的规律很可能就是这样的。”这里用的是讨论的口气、试探的口气，目的也是为了展示科学的过程。第五章第6节通过实验探究功与物体速度变化的关系时，也是这样的思想使我们意识到可能存在的关系。这个思想也将贯穿到后面的选修教科书中。总之，教科书要传达一个思想：科学不是知识的堆砌，科学是人对自然的无尽的探索过程。科学家研究科学、学生学习科学，都像刑警在破案，要找出事件的真象。 六、渗透情感态度价值观的教育有机玻璃的形变1. 热爱科学

56、通过科学课程的学习使学生热爱科学，这是情感态度价值观教育的重要组成部分。怎样使学生通过学习而热爱科学？编者认为最重要的途径是使学生的学习过程成为审美体验的过程。右侧的图片是教科书在介绍力与形变的关系时给出的，许多人说科学美体现在这里。的确如此，但远不止于此。漂亮图案所展示的更多的是外在的东西，物理课程中的科学美其实是让学生在学习中感到舒服、愉悦、痛快、振奋当然，要做到这一点，最重要的还是要让学生学懂物理学。编者为此做了努力。例 万有引力定律的建立（必修2第七章）教科书的线索是这样的：神奇的行星运动（行星的逆行），第谷的观测数据开普勒行星运动定律太阳对行星的引力行星对太阳的引力（作用力与反作用力）太阳与行星之间的引力F = G虽然这个公式的形式与我们熟知的万有引力定律的公式相同，但它还不是万有引力定律。它来源于开普勒行星运动定律，而这个定律只适用于太阳系的行星，所以我们还远不能称它为“万有”的引力。牛顿的创造性工作是设想行星与太阳