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编写新的高中物理教材的思考与实践

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国家教委1996年5月颁布了《全日制普通高级中学物理教学大纲(供试验用)》(以下简称新大纲)。根据新大纲我们编写了供高中新教材试验地区试用的新的高中教材。高中一年级教材是为全体学生必修的内容。从高中二年级开始,根据新大纲分别编写两种要求的教材。

下面就编者对新大纲的理解谈谈教材编写中的一些考虑和做法。

一、教材的弹性和因材施教

新大纲根据我国高中物理教学的实际情况,考虑到高中物理课程设置的经验教训,将高中物理分为两类课程,并提供了两类课程的教学内容和教学要求。为了便于实施,在高中一年级,两类物理课的内容和要求完全相同。学生进入高中二年级后,分别学习上述两类物理课。我国幅员广大,经济、文化、教育的发展很不平衡,即使一地之内,客观上也存在差异很大的几类学校。高中一年级两类物理课的内容和要求都一致,虽然便于实施,但仍不能完全适应不同类型的学校和不同程度的学生的需要。教材要面对差异很大的各类学校和不同程度的学生,必须具有弹性,以便于教学中因材施教。

按照新大纲的规定,我们在教材编写中将教学内容分为必学和选学两部分。必学内容是对全体学生的基本要求,也是全体学生经过努力可以达到的要求,应引导学生首先扎扎实实将它们学好。选学内容不作考查,由教师根据实际情况自行选择。为了保证选修内容的落实,按照新大纲的要求,必须选讲一定课时的选学内容。选修内容可以扩展知识面,补充知识面偏窄的不足,同时给程度较好的学生留有进一步钻研的余地,又不会给大多数学生增加负担,有利于因材施教。除了新大纲中规定的选学的知识点,教材中还补充了少量的选学内容。教材中的选学内容用*号标出。在课文、习题、学生实验中都编有选学内容。教材中设有“专题”,对某些问题作比较深入一些的探讨,留给程度较好的学生进一步钻研。“专题”全部都是选学。“阅读材料”多是扩展知识面的内容,也具有选学的性质。

新大纲对知识点划分为A、B两个层次。这是对全体学生的基本要求,而且是学习结束时应达到的要求。教学要求分层次,有利于教学,可以在一定程度上控制教学上的过高要求和学生学习的难度,减轻学生过重的学习负担。虽然教材是按照新大纲的层次要求编写的,但是对于程度较好的学生可以“上不封顶”,应该鼓励他们在力所能及的条件下课外自己钻研。对于程度较好的学生,同样要注意循序渐进。教学中“上不封顶”,主要应调动学生学习的积极性,鼓励学生课外主动地钻研,而不应一味地追求“讲深讲透”,任意提高程度。

与现行大纲相比,新大纲中“划线”较少,这是一个进步。所谓“划线”,是指对教学中一些问题的限制,如“不得如何”、“只能如何”等。现行大纲中作这些限制,有当时的背景,有些限制也是必要的。但是限制过多过细,会对教学产生许多不利的影响。新大纲减少了一些限制,有利于因材施教,有利于鼓励学生学习、探索的积极性。对学生学习的积极性,应该加以引导,而不要挫伤他们的积极性。按照新大纲的精神,教材编写中已充分注意到这一点。如现行大纲中关于图线的要求限制过死,新大纲不加限制。教材编写中适当地加强了图线,而又不作过高要求,以求学生能够逐步熟悉和运用图线。

总之,新教材力求掌握好教学要求和程度,增加弹性。建议在试教中能够因材施教,这是提高教学质量和教学效率的一个重要方面。

二、循序渐进

教学过程既是学生学习知识的过程,也是学生领会方法、提高能力的过程。无论是掌握知识,还是领会方法、提高能力,都不可能一蹴而就,都要有一个符合学生认识规律的逐步积累的过程。“拔苗助长”,不但长不起来,还容易挫伤学生的学习积极性,欲速则不达。新大纲明确指出:“应注意循序渐进,知识要逐步扩展和加深,能力要逐步提高。”因此,在教材的编写中,对教学内容的安排和讲述方式的选择,都充分注意贯彻循序渐进的原则。

力和对物体受力的分析,是高中物理教学中重要的、基本的内容,在教材的编排上,我们特别注意了循序渐进的原则。物体的受力分析没有单独列节,而是分步地提高要求。在第一、第三、第四章都有受力分析的内容。在第一章只分析简单的受力问题,主要结合力的性质来分析。第三章则结合物体的运动状态分析物体的受力问题。第四章教师指导学生自己总结物体的受力问题。

对弹力的分析,一般只限于绳的弹力和平面的支持力。对摩擦力特别是静摩擦力的分析,是教学的难点。讲述摩擦力时,对相对运动的方向或相对运动趋势的方向,一开始只限于物体相对于静止物体(相对地面)的情形,而对比较复杂的情况不作分析。至于摩擦力作为动力的问题,则准备放在高中三年级的专题中逐步解决。

力的合成和分解,不要求用公式计算合力的大小和方向,不要求用力的分解来解静力学的问题。静力学的问题放在第四章,用平衡条件解决。力的正交分解在第三章采取渗透的办法学习。大力和小力的问题需要深入理解,教材设有“大力和小力”专题,供程度较好的学生钻研。

瞬时速度和加速度的概念是学生不易理解的难点。课本在开始讲述瞬时速度时,只给出最浅显的说法,即瞬时速度是运动物体经过某一时刻(或某一位置)的速度,继而以小字(选学)用极限的思想说明了怎样理解瞬时速度,供学习较好的学生课外钻研。对加速度概念,在第二章只要求学生理解匀变速直线运动的加速度。为了澄清概念,在节后用花边框的形式将加速度与速度加以对比,以求学生确切地理解加速度的概念。到第二册讲到曲线运动和向心加速度时,对加速度的认识还要加以扩展。

第三章讲牛顿运动定律,只限于它的简单的应用。例如,关于物体在斜面上的运动对全体学生来说不应作为重点,对程度好的学生可以多讲一些。有关连接体的问题,在高中一年级一般不涉及,待高中三年级在专题中讲述。对全体学生来说,应当强调在高中一年级要着重打好基础,而不应要求“一次到位”。“一次到位”实际上做不到,因为它违反了学生的认识规律。循序渐进地逐步加深,逐步提高,对程度较好或较差的学生都是必要的。

三、讲清思路,渗透方法

教材的叙述对于学生确切地、有效地理解和掌握知识有很大影响,不仅如此,它还会潜移默化地影响学生的思维方式。在物理教学中强调能力的培养,要求教材的叙述和对知识的讲法有利于学生掌握知识,有利于提高学生的思维能力。

教材的叙述注意讲清思路,力求简洁、顺畅。新大纲指出:“要通过概念的形成,规律的得出,模型的建立,知识的运用等,培养学生抽象和概括、分析和综合、推理和判断等思维能力。”“教学中要重视概念和规律的建立过程,要重在理解。”切实提高理解能力是培养思维能力中基础的一环。教材的叙述,特别是在引入概念、得出规律、分析例题等方面,注意讲清思路,理清来龙去脉,力求思路简洁、顺畅,使学生知道为什么要引入一个新概念,怎样在分析事实的基础上进行抽象和概括;使学生知道为什么要建立某种物理模型;使学生知道解决物理问题,首先要弄清物理情景,学会对具体问题进行具体分析;使学生知道推理的过程;等等。培养思维能力,关键在于思路清晰,在这方面我们做了一些努力,希望教材的叙述能够对提高学生的思维能力有所帮助。

教材注意渗透分析问题的方法。物理学在长期的发展过程中形成的科学方法,不仅对物理学的研究,而且对整个自然科学甚至社会科学的研究都有较大影响。能力的高低,一定意义上表现为掌握方法的多少和运用方法的灵活、熟练程度。在高中物理教学中,要让学生初步领会和掌握一些科学方法。领会方法重在“潜移默化”和“渗透”,而不可把方法“当作知识向学生灌输”。在教材编写中,我们注意了逐步“渗透”方法。如理想化模型的方法、极限的思想、等效的方法、控制变量的方法等,都在书中适当位置如“正文叙述”、“旁批”、“思考与讨论”、“小结”等以不同形式加以渗透或指点,建议教学中对此给予注意。

四、鼓励独立思考

培养独立思考的能力和习惯,是全面提高学生素质的重要方面,从大处说,独立思考是有所发现、有所突破、有所创造的前提。没有独立思考,谈不到创造。就学习过程而言,只有独立思考才能真正做到对知识的理解,才能有效地提高思维能力。

培养独立思考的能力和习惯,在教材中应该有所体现,同时,要求教师转变教学思想和教学方法,对知识既要讲清,又不能什么都讲清,要给学生留有独立钻研、独立思考的余地。主干知识要讲好,派生性的知识不一定全由教师讲述。不分巨细,都“嚼碎”了“喂”给学生,这种传授知识的方法不利于学生独立思考。对学生提出的似乎“出圈”的,但有利于拓宽思路的问题,简单地以“不考”为由而不去涉及,容易挫伤学生独立思考和钻研的积极性,在教学中应该注意避免。这次新编教材,我们初步地探讨了这个问题,从以下几方面作了一些尝试。

课本中设有“思考与讨论”栏目,其中提出的问题多是基本的问题,供学生钻研或讨论。弄清这些基本问题,可以加深对知识的理解和掌握,明确知识之间的区别和联系。我们希望教师根据学生的实际,对他们提出恰当要求,鼓励学生自己独立钻研,并给以指导。也可以组织学生进行讨论,培养他们分析问题、讨论问题的能力。

能让学生自己概括、推理、证明的,应该尽量鼓励学生自己去做。如关于初速度为零的匀加速直线运动的公式,教材在正文中没有列出,要求学生自己推导。根据学生的实际情况,经常要求学生这样做,预料可以大大提高学生的思维能力。

有些非主干知识,可以放在习题中解决,这样,不面面俱到,可以减轻学生过重的负担,又有利于学生独立钻研。如新大纲中没有列入“竖直上抛运动”这一知识点。但这一知识可以作为匀变速直线运动规律的具体实例,让学生独立习得。课本在“直线运动”一章的B类习题中安排一个有关的习题,可以让有余力的学生独立解决。

适时总结,可以使学过的知识和方法系统化,而且总结本身也是一种方法的训练和能力的培养。教材中,在一些重要之处,如物体受力分析、动力学问题的解法、静力学问题的解法等,都要求适时地进行总结。课本中有提示,鼓励学生自己总结。章后设有“本章小结”,要求学生通过对比、归纳、总结,对学过的知识和方法加以条理化,以便深入、概括地理解。

五、灵活渗透,扩展知识面

著名物理学家杨振宁曾多次对中美学生的学习特点加以比较,指出中国学生按部就班地学习多,灵活渗透地学习少,应注意将二者很好地结合起来。在这次课本编写中,我们注意到这一点,试着采取灵活渗透的方式扩展知识面,引导学生逐步习惯于灵活渗透地学习。

有些内容适合用渗透的方式学习,一开始不一定要求学生有深入的理解,经过一段熟悉、积累之后,逐步有所体会,再加以总结提高。对知识要么不讲,要么就讲深讲透,这是不符合认识规律的。其实对问题的理解、认识和运用都需要有一个逐步深入的过程。本书对某些知识的讲法就采用了灵活渗透的讲法,对这些知识不专门设题,逐步渗透,逐步提高,逐步积累,适时总结,系统提高。如力的正交分解法,在解决力学问题时应用很广泛,用起来也很方便,但课本不单独设节讲述正交分解法,而在第三章应用牛顿运动定律解决问题时采取渗透的方法来学习,让学生在应用中逐步习得。又如熟悉“同一直线上的矢量运算”对处理矢量的运算很重要。本书也没有单独设节,而是在解决具体问题时,告诉学生需要先取一个正方向,以确定矢量的正负,然后进行运算。经过几次熟悉之后,在适当的时候,教师再加以提高。为此,书中设有一个专题,讲述“同一直线上的矢量运算”,教师可根据实际情况,在适当的时候给学生讲述,或者让程度较好的学生自己钻研。

对有些在高中阶段无法讲清或不能证明,但实际中又需要明确的问题,如动量定理、动能定理不但适用于恒力,而且适用于变力,以及机械能守恒定律的适用条件等,则直接告诉学生,并说明它可以证明,但在高中阶段无法证明。学生知道这一点和不知道这一点是不同的。知道这一点,一方面,学生运用这些规律时心中有数,另一方面,也给他们留下进一步钻研的念头。

采取灵活渗透的方式学习,可以有效地扩展学生的知识面。从一定意义上说,在基础知识的学习阶段,知识面越宽,越有利于学生触类旁通,相互借鉴地学习。与世界上主要发达国家的教学内容相比,我国高中物理教学内容的知识面是比较窄的。在不增加课时、不造成过重负担的前提下,应尽可能多地扩展学生的知识面,以弥补学生知识面过窄的不足。

课本中设有“阅读材料”,供学生课外阅读。阅读材料中,有很多属于扩展知识面的内容。灵活渗透的学习方式跟按部就班的学习方式有所不同,采取灵活渗透的方式学习,不必给出某些概念和术语的严格定义,让学生了解一个大意,知道有这么一回事,开扩了眼界,激发了兴趣,就达到了目的。教师应该指导学生学会灵活渗透地吸取知识,并且跟按部就班的学习方式结合起来。教学中,教师可根据学生实际指导学生进行阅读,适当给予补充和指点,有条件的,还可以结合课程内容指导学生阅读其它课外科普读物。

本书的绪言改变了过去用长篇文字叙述的写法,用八个彩页以插图的形式对物理学的概貌、物理学的重要性作了说明,以激起学生学习物理的志趣;同时,也采取灵活渗透的方式,使学生知道一些知识,开扩学生的眼界。绪言中涉及的知识面很广,不可能逐一向学生讲解,这是灵活渗透学习的一个实例。

六、加强实验

实验对学习物理以及培养学生能力的作用,是不言而喻的。课本在编写中从以下几方面注意加强实验。

为了加强演示实验,课本中编入的演示比新大纲中规定的有所增加,对演示实验的写法更加醒目,在课文中用【实验】标出,希望在教学中按照要求进行演示。为了鼓励学生多动手,尽可能增加学生动手机会,有的演示实验可以采取边讲边实验的做法,以利于学生更好地观察现象,提高实验能力,希望在教学中创造条件将有些演示实验变为学生的随堂实验。

新大纲中规定的学生实验个数比现行大纲略有增多,在总课时减少的情况下,实验的比重已有所增加。课本中编入的学生实验比新大纲规定的又增加了“练习使用打点计时器”和“验证牛顿第二定律(选做)”两个。实验要求注意分出层次:前几个实验分条写明“实验目的”、“实验器材”、“实验步骤”等,有的还给出填写数据的表格;以后的实验不再这样分条写明。这样做的目的是逐步引导学生在理解实验课文的基础上,自己独立地列出实验步骤等,以利于培养学生的实验能力。

为了增加学生动手的机会,课本中设了“做一做”栏目,介绍简单易做的小实验。既可以鼓励学生多动手,又有利于学生更好地理解知识,希望帮助学生独立完成这些小实验。有条件的,在不过多增加负担的前提下,还可鼓励学生结合所学内容自己设计一些实验,这会大大提高学生的能力和学习积极性,加深对知识的理解,是一举多得的好事。

七、安排好练习和习题

安排好节后的练习和章后的习题,是编好教材的重要一环。这次教材在习题的编排上着重从以下几方面做了改进。

教材中的练习题更注意了题目的针对性。每设一题必须明确目的,或辨析概念、澄清认识,或巩固知识、加深理解,或训练方法、提高能力。基本题覆盖面大,突出重点,力求每道题都发挥它应有的作用。练习题的数量较现行教材略有增加,一般来说,节后的练习为3~6个,章后A类题为8~10个。

教材更加注意了练习题的编排层次,以利于循序渐进、因材施教、分类指导。节后的练习题多为理解和巩固知识、辨析概念而设,一般较简单,多为基本题,综合题少,目的是让学生扎扎实实把基本知识学好。

章后的习题分A、B两组,题目是对全章知识的深化和综合,还有与前面所学知识的综合。A组为必做题,是对全体学生的要求;B组为选做题,供学有余力的学生选做,希望教师根据实际情况加以掌握。

题目的内容更注意了联系实际,注意贴近学生生活、联系生产实际和现代科学技术,注意有现代气息。联系实际可以提高学生分析问题和解决问题的能力,可以培养学生将所学知识应用于实际的意识。联系实际是我国物理教学的一个好的传统,新编教材努力继承和发扬了这个传统。

八、注意形式活泼

一本好的教材,应做到从内容到形式都是完美的。本次课本编写中我们朝这方面做了努力,注意使形式新颖、活泼,有助于开阔学生的思维,加深对内容的理解。

在版式上,采用16开本,并在每页的一侧留出一列空间,放置插图、旁批或留给学生利用。在视觉上和心理上给出了较为宽阔的空间。

在栏目的设置上,以有利教学为原则。为了突出重点,用不同的字体区分不同的内容;在演示实验、重要的公式和定律下,铺设彩色衬底,力求形式活泼、醒目又不“喧宾夺主”。

适当增加了插图,尤其是情景图和漫画式插图。绪言全部用彩色照片和插图。通过插图帮助学生理解,力求做到图文并茂。

在每章的前面,我们精心选择了科学家(或名人)的一句名言,力求与课文内容有内在联系,希望先哲们的思想能够对学生有所熏陶,有所启迪。这也是对学生进行思想教育和科学素质教育的一种尝试,希望在教学中充分发挥它们的作用。

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