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人教版義務教育教科書物理的科學分析
2011年底教育部頒布了修訂后的《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱《課標》),根據(jù)新修訂的《課標》,人民教育出版社修訂了原《義務教育課程標準實驗教科書·物理》�，F(xiàn)將修訂中的一些考慮及修訂后教科書的主要變化向大家做一簡要介紹。
一、教科書特點
(一)把科學探究的學習和科學內容的學習放到同等重要的地位
科學的本質是對未知事物的探究。通過科學探究活動,學生不僅可以學到科學知識,還可以體驗科學的過程,了解科學方法,受到科學價值觀的熏陶。
基于這樣的認識,本著循序漸進的原則,新教科書加強了科學探究的設計。
教科書從序言“科學之旅”開始,通過教師演示一些有趣的實驗及學生親自動手做一些與生活聯(lián)系密切的實驗、活動,通過“伽利略對擺動的研究”的學習,初步了解、體會探究的含義及探究的方法。當學生對探究過程有了較多的感性認識之后,再讓學生親自探究“固體熔化時溫度的變化規(guī)律”,將《課標》中所提到的探究七要素寫出來,并對學生提出要求。之后,為了避免重復和僵化,根據(jù)探究活動的不同特點,教科書只重點標出了幾個要素。我們希望,這種安排有利于學生對于科學探究的學習,并且不影響科學知識學習的連貫性。
學生學習中的探究活動,大多數(shù)不同于實際生活及科學研究中的探究,其本質區(qū)別在于前者的結論是已知的,后者的結論是未知的。在做這兩種不同的探究時,心理活動不完全一樣,體驗也就有很大的差別。為了縮小這種差別,對有些規(guī)律的探究,書中不直接給出結論,而是讓學生通過探究活動,自己思考、總結出相應的結論。例如第五章《探究凸透鏡成像的規(guī)律》,教科書是作為教學重點處理的,但書中沒有直接給出結論,而是要求學生自己通過探究得出�？紤]到實際與可能,對于大部分的探究活動,教科書都給出了結論。但是,在文字處理上一般都淡化結論和探究過程的直接聯(lián)系,例如不出現(xiàn)“通過以上探究我們可以看到……”等字樣,而由教師在適當時機向學生介紹結論。這樣處理的目的同樣是縮小學習中的探究與真實探究的差距。
(二)激發(fā)和保持學生的學習興趣
興趣是一個人做好一件事的重要保證。調查發(fā)現(xiàn),初中生在剛開始學習物理時興趣都較高,但是隨著時間的推移,越來越多的學生學習物理的興趣變低,甚至厭惡物理。究其原因,多數(shù)是因為教學中忽視了初中生學習物理的特點,一味地灌輸知識,求解難題、偏題,學生活動越來越少。為了激發(fā)和保持學生學習物理的積極性, 我們在教科書編寫時做了多方面的努力。例如八年級剛開始學習物理時,遵循循序漸進的原則,盡量安排“熱現(xiàn)象”“聲現(xiàn)象”“光現(xiàn)象”等相對簡單的內容;注意對較難理解的內容,做好鋪墊、搭好臺階;結合所學內容盡可能地設計學生喜歡、有趣的活動,如“會跳的小人”“用牙齒聽聲音”“小小音樂會” 等活動;注意聯(lián)系學生的生活實際,使他們感到親切、有趣;盡可能地安排一些與所學內容有關的有趣、有用的事例,如“蟈蟈是如何發(fā)聲的”“唱片是如何記錄聲音的”“因特網(wǎng)是怎么回事”等;每一章的開始,都有一幅與本章內容相關并引人入勝的照片,照片旁或配有優(yōu)美的短文,或提出有趣的問題,以使學生有想進一步學下去的愿望。
(三)理論聯(lián)系實際,擴大學生的知識面
理論聯(lián)系實際,是真正學好物理、培養(yǎng)學生實踐能力最有效的途徑。只有在學習中注意和生活實際相聯(lián)系,才能很好地建立概念、掌握規(guī)律、應用知識。我們在教科書編寫中注意實驗及活動的設計盡量與學生生活相聯(lián)系;概念和規(guī)律的學習盡量從學生熟悉的生活實際出發(fā);注意引導學生運用物理知識解釋物理現(xiàn)象,分析和解決各種實際問題。
為了更好地貫徹“從生活走向物理,從物理走向社會”的理念,在聯(lián)系實際方面,教科書除在學過重要的物理規(guī)律后,注意聯(lián)系實際,講一些應用問題外,還特別注意在學習物理概念、規(guī)律前,更多地從生活實際中引出問題,使學生習慣于從生活中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,教科書在許多地方都貫徹了這樣的思路。例如在“探究凸透鏡成像規(guī)律”前,先通過觀察生活中有關透鏡的現(xiàn)象,做些相應的活動,從而引發(fā)學生“凸透鏡成像到底有什么樣的規(guī)律”的追問,還是先學習凸透鏡成像的規(guī)律,再講生活中的透鏡?教科書編寫時就有兩種不同的意見。但是最后我們還是堅持先由生活中的照相機成縮小的實像、投影儀成放大的實像這些生活實例,引發(fā)出學生想探究凸透鏡成像規(guī)律的愿望。同時,在學習凸透鏡成像規(guī)律之前,做做“模型照相機”和“放大鏡”的活動,演示投影儀成像現(xiàn)象,學習何為“實像”,何為 “虛像”,也為下一節(jié)“探究凸透鏡成像規(guī)律”做好了必要的鋪墊,化解了難點。又如學習電路時,教科書先是提供給學生電源、導線、小燈泡,讓學生自己試著連接電路,使小燈泡發(fā)光。然后再讓學生總結電路有幾種連法,進而學習串、并聯(lián)電路;而不是先講串、并聯(lián)電路,再讓學生連接。
理論聯(lián)系實際不僅可以使學生深刻地理解物理規(guī)律,同時也可以激發(fā)起學生的興趣,擴大學生的知識面。為此,書中特意設計了“科學世界”欄目,用于介紹應用性的或細節(jié)性的知識。
(四)體現(xiàn)開放性,培養(yǎng)實踐能力
我國傳統(tǒng)教學注重問題的唯一性,沒有唯一答案的問題不上課本,沒有固定答案的問題教師不講。這樣久而久之不利于培養(yǎng)學生靈活的思維,而實際中的問題往往是開放性的,沒有唯一正確的答案。所以我們在教科書編寫中特別注意了這方面的問題。
教科書中開放性問題主要是讓學生自己查找資料,回答問題。答案可能不是唯一的,學生可能會有不同的設計或解釋。例如八年級上25頁“動手動腦學物理”中第 4題“有一個量程為1 m的卷尺,請你設計一個簡單的方法估測你家到學校的路程,寫出具體的步驟”;八年級上102頁的第1題“根據(jù)眼睛的構造和成像原理,和同學討論:為了保護我們的視力,應該注意哪些用眼衛(wèi)生,為什么?”
實踐類的問題多數(shù)是需要學生親自動手或調查才能完成的。例如八年級上45頁中的第1題“調查一下校園里或者你家周圍有什么噪聲。應該采取什么控制措施?與班里的同學交流,看看誰的調查更詳細,采取的措施更好。”八年級上102頁“科學世界”中的第1問“看書上的字,測出你的近點,和其他同學的近點比較一下。正常眼、近視眼、遠視眼的近點相同嗎?有什么規(guī)律?”八年級上99頁中的第3題“學習使用照相機,向有經(jīng)驗的人了解光圈、快門和調焦環(huán)的作用。‘傻瓜相機’有沒有光圈和快門?是不是需要‘調焦’?”這類問題主要是培養(yǎng)學生的動手能力及實踐意識和能力,重在學生解決問題的過程,教師可以提供線索,但絕對不能包辦替代。
(五)加強STS教育,注意人文精神的滲透
科學技術問題都是直接或間接與社會相聯(lián)系的。強調科學技術的社會意義,是當前科學教育的一個重點。教科書特意安排了STS欄目,介紹、探討科學技術與社會之間相互關聯(lián)的問題。這種科學、技術、社會相互聯(lián)系的觀點既可以使學生了解到科學、技術對社會的積極作用,還可以使學生了解科學對社會的不利影響,同時也可以了解科學、技術、社會是如何相互促進和發(fā)展的,有利于培養(yǎng)學生用聯(lián)系、發(fā)展的觀點看待問題。另外這種科學、技術、社會的問題多數(shù)是學生日常生活中常遇到的問題,只有廣泛地聯(lián)系這些問題,才能使學生覺得物理是有用的,是活生生的。
這套教科書不僅單獨設置了STS欄目,在書中其他部分也盡可能滲透STS的思想和科技人文意識。
(六)形式生動、活潑
此套教科書編寫力求生動活潑。編者嘗試以視覺形象向讀者傳遞更多的信息,為此使用了很多彩色照片和圖片。書中能夠用圖表達的意思就用圖片表達,不追求圖文必須一一對應,以適應當代少年的閱讀習慣。
插圖在注重科學性的同時,注重人文性。例如《機械運動》章首圖人與鳥“比翼齊飛”,在引導學生學習機械運動,啟發(fā)思考參照系問題的同時,也會引發(fā)學生體會人與動物和諧相處的美好;《質量和密度》章首圖展現(xiàn)了“苗山銀月”的舞蹈,用漂亮的苗銀飾物引出枯燥的密度問題;《光現(xiàn)象》章首語用中國的神話故事和希臘的神話故事,引導學生思考對神秘彩虹的解釋,從神話步入科學。
本書的插圖人物以漫畫形式出現(xiàn),有女孩、男孩和老爺爺三個固定的人物形象,有時更以滑稽的卡通方法表現(xiàn)嚴肅的科學內容。這些做法都是為了貼近初中學生的生活,適應初中學生的學習水平,也希望他們通過物理課的學習,逐漸形成熱愛科學的態(tài)度和樂觀向上的人格。
二、主要變化
(一)調整框架結構,滿足師生要求
根據(jù)幾年來實驗區(qū)老師們反饋的意見,我們對教科書中一些主要內容的次序做了調整,以適應大多數(shù)老師和學生的需要。
原教科書將電學放在八年級,當時的考慮是,新課程學生自主探究的內容較多,電學活動所用的儀器相對力學所用的儀器要少些,探究活動較易安排,也容易提高學生的學習興趣。幾年實驗下來,大部分教師也逐漸習慣這種安排。但是仍然有一部分地區(qū)的老師不習慣這樣的處理,而且反應比較強烈�？紤]到這些不適應地區(qū)教師的意見,同時我們也征求一些較認同電學放在八年級學習的教師的意見,他們認為如果將電學調到九年級學習也能夠接受。故此次修訂將電學內容調到九年級學習。
根據(jù)實驗區(qū)老師們的意見,將原教科書九年級《機械運動》調整到現(xiàn)在的第一章,先學習《速度》,為后面《聲速》《光速》的學習做好鋪墊。另外,有了第一章測量的知識,在學到后面的溫度計、天平、彈簧測力計等儀器時,也有了讀數(shù)的基礎。
根據(jù)實驗區(qū)老師們的意見,將《重力》《彈力》提前到《二力平衡》之前,以便學習二力平衡內容時所提及的例子是學生已經(jīng)學習過的重力和彈力的內容�？紤]到修訂后的課標增加了“測量摩擦力”的實驗,實驗中要用到二力平衡的知識,故將《摩擦力》調整到《二力平衡》后。
實驗中教師們反映,光學中的“凸透鏡成像規(guī)律”是教學中的難點,新教科書將《物態(tài)變化》一章提到《光學》前,以延后難點的學習。
(二)加大文字量,增加可讀性
為了加強學習的探究性,課改以來,教科書文字量較之前的人教版九年義務教育初中物理少了許多,很多問題希望學生思考后自己來回答。幾年實驗下來,大多數(shù)師生反映教科書文字量過少,不利于學生自學和復習。如何解決好這個矛盾,是個非常重要的問題。教科書既要堅持學生帶著問題自主探究的原則,不包辦代替;同時也要注意適當?shù)匿亯|,適量的案例分析、說明,便于學生自學。經(jīng)過廣泛深入地調研,我們覺得原來的教科書文字量略少,應適當增加。
為此我們在原教科書的基礎上增加了文字。對有些較復雜的問題,注意多講些分析思路,為學生搭好“腳手架”。例如在“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗中,如果讓學生隨意地改變物距,然后找出成像的情況與物距的關系,學生就會花很多時間,也很難找出正確的關系;如果告訴學生研究物距在二倍焦距以外、二倍焦距與一倍焦距之間、一倍焦距之內的情況,學生又會不認可這是個探究活動。為了既體現(xiàn)探究的思路,又不至于浪費太多時間,教科書合乎情理地做了鋪墊、引導:“由于凸透鏡對光的偏折程度跟透鏡的焦距有關,所以研究物距的變化時,焦距可能是個應該注意的參照距離。比如,我們可以注意觀察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……物體成像的情況”。這樣學生在學習這個問題時,就既有自主的探究,又不至于漫無邊際地探究。
除了在分析上給學生搭好“腳手架”,修訂后的教科書還注意多增加實例,幫助學生更好地理解所學知識。例如在學習速度內容時,增加學校百米賽跑的照片;在學習力與運動的關系內容時,增加男孩玩滑板車的照片;在學習沸點與壓強的關系內容時,增加高原邊防哨所的戰(zhàn)士煮飯的照片。練習的設計也更加注重聯(lián)系實際。例如學習摩擦力時增加“冰壺運動兩只鞋底材料不同”的分析題;學習連通器時增加“家庭地漏存水杯的功能”說明題;學習機械能時結合我國運動員在2011年蹦床世錦賽的杰出成績增加“蹦床運動機械能轉化過程”的陳述題等。
(三)注意解決教學中的難點問題
1.理順牛頓第一定律的思路
原教科書為了說明阻力對物體運動的影響,讓學生分別做小車從同一斜面滑下,通過表面為毛巾、棉布、木板的平面時滑動的實驗。雖然實驗過后教師也能引導學生得出阻力越小,滑動越遠,沒有阻力小車可能會不再停下的結論。但是由于此實驗多次改變摩擦面的材料,易將學生的注意力分散到阻力與什么因素有關的問題上去。另外,此實驗與后面研究摩擦力與哪些因素有關的實驗極其相似。所以,此次修訂將此實驗改寫成演示實驗,注意引導學生觀察阻力不同,小車的運動情況會怎樣的問題上去。這樣既抓住了問題的本質,符合《標準》的要求,同時避免了兩處實驗的雷同。
2.為阿基米德原理的得出搭好臺階
浮力的產(chǎn)生及阿基米德原理的學習向來是初中物理教學的難點之一。為了在這部分給學生的學習做好鋪墊、搭好臺階,修訂后的教科書利用前面學過的液體內部深度不同,壓強不同的知識,分析了浮力產(chǎn)生的原因;另外,從浮力與排開液體的體積有關、與液體的密度有關,引導學生得出與排開的液體所受的重力有關。這樣就較原教科書的設計梯度更小些,利于學生理解。不然學生在得出排開的液體越多所受的浮力越大后,總是很難想到為什么要稱排開的液體所受的重力。
3.加強功引入的必要性教學
“功”向來是比較抽象,較難理解的概念。原教科書在說明力學中的“功”與生活中的“功勞”“成效”既有聯(lián)系,又不相同后,直接給出:“如果一個力作用在物體上,物體在這個力的方向移動了一段距離,力學里就說這個力做了功”,不免有生硬之嫌。修訂后的教科書在給出功之前,通過分析叉車舉起重物的實例,說明在豎直方向上在托力的作用下,貨物被舉高,在豎直方向上移動了一段距離,機械工作的成效就顯現(xiàn)出來了。隨后給出力學中“做功”的含義。
4.突出“能做功的物體具有能量”的思想
動能的得出是通過運動的鋼球能推動另一物體移動一段距離的實例,說明運動的物體能做功,得出運動的物體具有動能;重力勢能的得出也是通過分析打樁機打樁的實例,說明高處的重錘落下時,對樁做功,得出高處的物體具有重力勢能;同樣,彈性勢能的得出也是通過實例,說明發(fā)生彈性形變的物體在恢復形變時能夠對物體做功,得出發(fā)生彈性形變的物體具有彈性勢能。這樣就便于學生從整個思路上理順做功和能量間的關系。
5.修改難做的習題
在征求意見中,老師們反映節(jié)后的習題有些不易做,為此我們專門成立了習題研究小組,刪去了一些不易操作的實踐類問題和一些較難的習題,替換了一些聯(lián)系生活實際且符合初中生認知水平的習題。例如原教科書中的習題:“查閱汽車、拖拉機的技術手冊,或向司機、維修人員詢問,了解各種汽車、拖拉機的耗油量、最大功率,結合當?shù)厝加偷膬r格及其他因素,對各種運輸工具的經(jīng)濟性做出評價。”該題要求太高,不適合作為新課后的學生練習題,因此刪去。又如原教科書在講過摩擦力后,安排了“科學作文: 沒有摩擦的世界”的練習題,該題的優(yōu)點是能發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力,但缺點是開放度太大,學生完成此類問題的課業(yè)負擔較重。修訂時,我們把此題改成“如果上課時教室內的摩擦力突然消失10 s,我們身邊的情境將會發(fā)生哪些變化?描述兩個可能出現(xiàn)的場景。”仍然保留了發(fā)揮學生想象力和創(chuàng)造力的功能,但題目的要求更貼近初中生的水平,且能大大減輕學生課外練習的負擔。
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