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聚焦核心素養 體現時代要求

———高中物理教科書修訂說明
彭前程

  摘要: 高中物理教科書修訂要全面貫徹黨的教育方針,落實立德樹人根本任務,以社會主義核心價值觀為統領,以普通高中課程標準為依據,以培養高中學生核心素養為宗旨,遵循學生身心發展規律,在繼承和借鑒的基礎上創新,聚焦學科核心素養.以學科知識的學習為載體,并通過情境創設和問題驅動等方式,精心設計系列學習和實踐活動,讓學生在分析和解決真實情境問題的過程中發展核心素養,培養創新精神、實踐能力,體現時代要求,確保科學適宜.

  關鍵詞: 物理核心素養; 科學思維; 科學探究  

  2017年底教育部頒布了《普通高中物理課程標準(2017 年版)》( 以下簡稱《課程標準》),人民教育出版社物理編輯室根據新修訂的《課程標準》,編寫了必修以及選擇性必修共6個模塊的教科書.現將編寫組在教科書修訂時的整體設想及具體做法向各位教育同仁做一介紹,以便大家更好地了解和指正.

  1 修訂指導思想

  以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,全面貫徹黨的教育方針,落實立德樹人根本任務,落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》和教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》的有關要求.以社會主義核心價值觀為統領,以普通高中課程標準為依據,以培養高中學生核心素養為宗旨,遵循學生身心發展規律,在繼承和借鑒的基礎上創新,聚焦學科核心素養,提升教科書育人價值[2].

  2 修訂原則

  2.1 突出育人功能

  物理課程是整個高中課程中的有機組成部分,在進行物理科學教育時,要注意物理課程在培養合格的社會主義接班人這一大的育人目標上的作用.充分體現德育為先、立德樹人的基本觀念,繼承和弘揚中華優秀傳統文化、革命文化和社會主義先進文化,培養學生良好政治素質、道德品質和健全人格,引導學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀.

  深入理解中國學生發展核心素養體系,了解物理學科核心素養的構成,明確物理學科課程的育人價值定位.根據發展學生核心素養的需要,在內容處理、活動安排、作業設計和呈現方式等方面對教科書進行全面修訂. 要以學科知識的學習為載體,并通過情境創設和問題驅動等方式,精心設計系列學習和實踐活動,讓學生在分析和解決真實情境問題的過程中發展核心素養,培養創新精神和實踐能力.

  2.2 體現時代要求

  創新是時代的最強音. 教科書修訂要貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念,創新教科書的內容和呈現方式,以利于創新型人才的培養.

  要結合物理課程內容,盡可能反映現代科技的最新發展,特別是這些科技發展中能體現創新思維的內容.要體現現代信息技術在教學中的廣泛應用.探索紙質教科書與電子音像產品、數字化教學資源的整體設計,促進數字技術和新媒體在教學中的有效應用.

  2.3 確保科學適宜

  要遵循教育、教學的規律,客觀反映人類探索自然和社會發展的研究成果,確保教科書在體系結構上的邏輯連貫性,深度難度的漸進性,內容的準確性,表述的規范性.

  要圍繞學生適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力來選取教科書內容,合理確定內容的廣度和深度,避免過多過難. 內容選取和活動設計等要符合學生的身心特征,體現學生核心素養發展水平的層次性和成長性.

  要緊密聯系學生生活經驗,力求符合我國大多數地區和學校的實際,使教科書利教、利學,適應不同水平學生的需要.

  2.4 優化裝幀設計

  在遵循編印規范、整體美術設計的基礎上,根據物理學科的特點改進版式和插圖,使之更加生動、新穎、活潑、美觀,提高教科書的可讀性和審美性,便于自主學習,提升閱讀體驗.

  3 教科書的特點

  根據《課程標準》所提倡的理念及要求,我們在編寫時力圖體現如下特點.

  3.1 突出核心素養理念,培養全面發展人才

  此次教科書對學生“物理核心素養”的培養,主要是通過如下的安排來實現的.

  3.1.1 物理觀念的培養

  “物理觀念”是《課程標準》中提到的四個物理核心素養之一. 它主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素.

  我們認為要想使學生很好地理解物理觀念,首先,要注意物理概念、規律的準確學習,促成學生對概念、規律的深度理解.為此,我們加強了概念、規律的探究學習,以使學生對相關的概念、規律等有深入的理解.例如,瞬時速度概念的建立對多數學生來說是比較難的,需要一個逐漸建立的過程.教科書在平均速度之后,先向學生提出“平均速度描述物體在一段時間內運動的平均快慢程度及方向. 那么,怎樣描述物體在某一時刻運動的快慢和方向呢?”的問題,讓學生主動思考,提出自己的想法. 隨后,教科書通過形象的語言向學生滲透“極限”的思想,使學生對瞬時速度建立起正確的概念.

  在學生有了一定的基礎之后,教科書注意將有關概念、規律適時加以提升,形成科學的物理觀念.例如,為了加強物質觀的教學,教科書在必修第一冊“質點參考系”一節安排如下旁批:“我們生活的這個客觀世界是物質的,物質由分子、原子等組成,我們所看到的物體是物質的聚集狀態.機械運動主要描述物體位置變化的規律”;在第二章運動學之后安排如下旁批:“世界是由物質組成的,物質的運動有多種形式,例如機械運動、熱運動、電磁運動、微觀粒子的運動等.這些不同的運動形式,有著不同的運動規律,我們將陸續學習”;為了加強能量觀的學習,教科書在必修第二冊“機械能守恒定律”一節安排了如下旁批:“能量是人們研究物質世界非常重要的概念,是物質運動的統一量度. 物體運動雖然形式各異,但是每種運動都具有相應的能量. 能量及其轉化將各種運動統一、聯系起來.”

  我們認為,只有在進行概念、規律的教學中適時注意將有關概念加以提升,才能使物理觀念的教學得以水到渠成地建立起來.

  3.1.2 科學思維的體現

  科學思維是人們對客觀事物進行分析、推理,從而概括、總結出事物的本質及內在規律等科學的思維及方法,是物理教育中特別關注的一個方面. 培養學生的科學思維是物理課中非常重要的任務,也是此次課程改革的重點.為了使學生的科學思維得到更好的培養,我們在教科書中做了如下的安排.

  ①加強模型建構思想的培養

  模型建構是物理學習及研究中非常重要的方法和手段,其中包含了分析、抽象、概括等思維方法,對學生科學思維的培養有很好的作用.為了加強這種方法的學習,教科書首先是在相應的正文學習中突出建模的思想.例如,在分析物體是否可以看成質點時,課文就從以下幾種情況進行了分析:有時物體上各點的運動有差異,但差異很小,如果這種差異對所研究的問題影響很小,就可以把它看成質點;有些運動的物體雖然各點運動的差異不小,但是所研究的問題并不關注物體的細節變化,而是考慮物體整體的變化,這時也可以將物體看成質點來處理;有些物體雖然不能忽略大小和形狀,但是物體各點的運動情況完全一樣,這樣的物體也可以當成質點來處理.再比如,在勻速直線運動、點電荷、彈簧振子等內容的學習中也都努力體現理想化、建模的思想.

  除了在正文中體現模型建構的思想外,教科書還特意在適當的地方用“旁批”的形式對模型建構的思想加以提示,以引起學生對這一方法的重視.例如,在正文“質點”的概念旁,加有旁批:“在物理學中,突出問題的主要因素,忽略次要因素,建立理想化的物理模型,并將其作為研究對象,是經常采用的一種科學研究方法.質點這一理想化模型就是這種方法的具體應用.”在伽利略理想實驗旁邊,加有旁批:“伽利略理想實驗的本質是想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉,抓住事物的本質.這種依據邏輯推理把實際實驗理想化的思想也是研究物理問題的重要方法之一.”類似的旁批在教科書中還有多處.

  ②加強科學推理、論證等科學思維的培養

  科學推理和科學論證是物理學習與研究中重要的思維方法,是科學思維的主干,教科書主要的概念、規律學習都用到了推理與論證.例如,在自由落體的學習中,教科書首先通過伽利略富有說服力的推理,得出“重的物體與輕的物體下落同樣快”的結論.接著教科書又設計實驗,用實驗證明了重的物體與輕的物體下落得確實同樣快.再比如,在牛頓第二定律的探究中,教科書先根據學生的生活經驗,提出加速度與力、質量有關,接著請學生自己設計實驗、收集數據得出具體的關系,這實際上就是一個獲取證據,進行推理、論證的過程.

  在物理研究與學習中,有些思維方法對科學推理與論證體現得比較直接,例如,由一般性結論推出個別性結論的演繹推理,或由部分推出一般的歸納推理.但是有些物理學方法則有可能含有多種思維方法,如物理研究中常用的控制變量的方法,其中就含有推理與論證的成份.

  除推理與論證思維方法之外,像觀察、控制變量、用物理量之比定義新物理量、極限這些物理學科的方法雖然與推理與論證思維方法不在同一個層面上,但是卻是物理研究中常用的方法,是學生應該了解和學習的,所以我們根據學習內容的不同在適當的地方對這些方法進行了介紹.例如,在說明如何探究加速度與力、質量的關系時,教科書在旁批提到:“從實驗的角度,同時研究某個物理量與另外兩個或多個物理量之間的定量關系是非常困難的. 面對這樣的問題,我們通常采用控制變量的方法進行研究.”另外,還在這節的最后專門設置了“科學方法控制變量”.關于“科學方法”欄目,教科書的整體安排是:必修第一冊“控制變量”,必修第二冊“演繹推理”,必修第三冊“物理量之比定義新物理量”,選擇性必修第一冊“抽象與概括”,選擇性必修第二冊“歸納推理”,選擇性必修第三冊“理想模型”.

  ③設置開放性問題加強質疑創新思維培養

  創新是當代社會的主旋律,而創新往往從質疑開始.為了加強質疑創新思維的培養,教科書或提出問題引起學生思考,對原有的結論提出質疑;或給出典型的質疑創新的例子( 如,伽利略對亞里士多德的質疑);或給出開放的解決問題的方法,如探究中給出多個方案,體現解決問題可有不同的路徑思想;或給出開放性的課題讓學生自主探究;或提出問題,讓學生從正反兩方面來闡述.

  在培養學生的創新能力方面,教科書重視系統性布局,形成循序漸進、前后呼應的線索. 例如教科書在安排學生設計和應用加速度傳感器的創造性活動時,首先在學習自由落體運動時,讓學生用手機中的加速度傳感器測量自由落體加速度,知道手機可以同時測量并顯示三維空間三個不同方向的加速度( 圖1);在學習牛頓第二定律時,在理解“可以通過力的測量求解加速度”原理的基礎上,讓學生用彈簧和小球設計一個能測量并顯示豎直方向加速度的傳感器,并進一步要求學生設計一個水平方向的加速度傳感器;隨后,在必修第二冊的“課題研究”中,教科書編寫了一個用手機測量甩手時手腕的向心加速度課題研究范例.這樣,學生在理解物理原理的基礎上,應用所學知識循序漸進地完成一系列創造性活動,增強了創新意識,提升了創造能力.

  3.1.3 科學探究的設計

  我們認為廣義的科學探究應該是:探究者通過自身主動參與、發現問題、解決問題的過程,科學探究應該體現在整個的學習過程中.鑒于此,教科書沒有設置單獨的“探究”欄目,而是從整體上以探究的思路展開.因為如果設置這樣一個欄目,易產生“不是這個欄目的內容就不是探究”的誤解.其實科學探究是一種精神,是一種思維方式.為了加強科學探究,本套教科書主要采用了以下一些做法.

  ①問題導向

  任何有意義的學習一定發生在學生思維充分活躍的情境下,學生在主動的思考下經常地運用科學的思維方法與方式,久而久之就會培養出聰慧、科學的頭腦.為此,教科書在每節的開始都提出一個盡可能賦予具體情境的問題,以引發學生的思考,培養學生的問題意識、思維習慣.這種問題意識既可以培養科學探究中要求的“提出問題”的能力,又可以使學生帶著問題進行概念的建構、規律的探究.例如,學生在初中學過牛頓第三定律,在高中再學習這部分內容時往往不重視,但是一涉及到類似教科書必修第一冊第三章第3節圖中所示大人小孩掰手腕的問題時,許多學生腦子里已有的錯誤前概念就會暴露出來.在每節課的開始都設置一個能引發學生思考的問題,可以使學生們圍繞具體的問題展開討論和探究.

  ②多數內容以探究形式展開

  為了調動學生的思維,加強探究式的學習,教科書多數情況下以問題串的形式展開學習.例如,必修1第二節開始提出“要討論物體位置隨時間的變化,就要涉及位置、時間等概念.如果要想準確地描述一輛行駛在北京長安街上的汽車所處的位置,你認為應該采用什么方法?”,這個問題是這節課要討論的主要問題,因為“要討論物體位置隨時間的變化”,首先要知道如何描述位置.在學習完如何描述位置后,教科書又緊接著提出問題:“物體位置的描述我們清楚了,那么,物體位置的變化該怎樣描述呢?”,引導學生圍繞這一問題展開學習,得出“位移”的概念.在學習過位移的概念及如何在數軸上表示位移后,教科書接著又提出:“一個物體從A運動到B,xA=5m,xB=2m,物體的位移大小等于多少?方向如何?”的問題,使學生對如何在數軸上表示位移進行不同情景的學習.通過對這些問題串的學習,學生的思維層次不斷深化,科學思維的習慣也會不斷地養成.為了將這種探究的思想貫徹始終,教科書在整個的編寫過程中注意適時設置“思考與討論”“做一做”欄目,使學生在“動腦”與“動手”兩個維度,進一步展開討論與探究.

  ③設置專門的實驗探究

  對于一些需要通過較大的實驗來學習的內容,教科書多數都安排了專門的“實驗探究”,如“實驗:探究加速度與力、質量的關系”.這類實驗對探究的定位體現在實驗的名稱上,通常是“實驗:探究……”.而其他實驗則沒有“探究”二字,如“演示靜摩擦力的大小隨拉力的變化”“實驗驗證機械能守恒定律”,這類實驗不以探究為主,而以演示、驗證為主. 為了體現探究性實驗的探究性,教科書只從思路上引導學生如何開展探究,而不給出具體的實驗操作步驟.思路討論清楚后,教科書給出1~2個參考案例,而不是固定的一個方案,以便充分體現探究思想.

  ④設置“課題研究”

  為了將學生的探究活動拓展到課外,培養學生將探究的思想應用于日常生活問題,本套教科書還在每冊書的最后設置了“課題研究”欄目.欄目中給出一個具體的探究案例,然后給出供選擇的探究課題.這些案例與課題都與學生生活緊密相關.例如,必修第一、二、三冊及選擇性必修的研究課題樣例及參考選題分別為:“球形物體所受空氣阻力大小與速率關系的研究”“橡皮筋的伸長和拉力大小的關系”“關于甩手動作的物理原理研究”“標槍投擲動作的物理原理研究”“充電寶不同電量時電動勢和內阻的研究”“手機耗電因素的研究”“單擺周期與重力加速度定量關系的實驗研究”“彈簧振子運動周期的實驗研究”“半導體薄膜壓力傳感器特性的實驗研究”“熱敏電阻特性的實驗研究”“燃氣灶火力對燒水效率的影響”.這種課題研究既能鍛煉學生研究綜合問題的能力,也能培養學生關注科學、技術以及社會的相互聯系思想,提高學生自覺做有社會責任感的公民意識.

  3.1.4 態度與責任的體現

  在科學研究中,嚴謹認真、實事求是、持之以恒的科學態度非常重要.為了加強這種科學精神的培養,教科書在科學探究以及實驗操作等相應部分,多次滲透這樣的科學精神.例如,教科書在緒言中就特別指出:“物理學的目的是求真,客觀事實是判斷對錯的標準,對就是對,錯就是錯.猜想和論斷必須能經受得住實驗的檢驗和邏輯的推敲.”在必修第一冊“學生實驗”中專門提到:“實驗來不得半點粗心和虛假.實驗數據從來不以人的意志而改變.要獲得正確的實驗結果,離不開嚴謹、求真的態度.實驗中觀察到的現象、測量的數據、得出的結論,很可能跟預期的不一樣,這時我們要實事求是,尊重事實.不能隨意更改記錄去‘湊數'.”

  科學家在科學研究中所體現出的科學態度是學生形成正確的科學態度與責任的又一重要來源.為此,教科書在適當的地方注意這種科學精神的體現.例如,教科書設置專門的欄目介紹伽利略、法拉第等科學家在科學研究中所體現出的科學精神與態度;在談到萬有引力各科學家的貢獻時特意加旁批:哥白尼、第谷、開普勒這些科學家,不畏艱辛、十年如一日刻苦鉆研的精神是成功的基石,值得我們學習;在電磁感應相應內容處加旁批:法拉弟對科學的熱愛以及對科學研究持之以恒、堅忍不拔的態度是他獲得巨大成就的重要原因之一.

  另外,教科書每章前富有針對性的名人語錄也能在態度責任方面起到很好的教育作用.

  3.2 考慮學生認知特點優化教科書結構

  教科書從學生認知水平及物理學科特點兩方面出發,力圖在學生合理的認知水平發展下學習物理概念、規律,形成物理觀念,發展探究能力.例如,教科書先從簡單的直線運動開始學習相關的概念、規律,同時注意將在直線運動中學習到的分析問題的方法遷移到曲線運動中.如,在分析平拋運動時教科書寫道:在研究直線運動時,我們已經認識到,為了得到物體的速度與時間的關系,要先分析物體受到的力,由合力求出物體的加速度,進而得到物體的速度與時間的關系.關于平拋運動,我們仍然可以遵循這樣的思路,只是要在相互垂直的兩個方向上分別研究.這種考慮學生認知水平、由淺入深、強調規律的做法,可以方便學生學習、形成結構.

  再比如,矢量在物理中有著非常重要的地位,但是矢量概念的建立不能一蹴而就,要循序漸進、逐步形成.為此教科書在學習位移概念的時候提到它不僅有大小,還有方向,使學生意識到這個量與只有大小的量不一樣;接著在學習力的合成時,發現這種量所遵循的加法法則和質量等量的加法法則不一樣,這時對矢量這一概念認識就進一步加深了;再后來,在牛頓定律的不斷學習、運用中,以及在后面曲線運動中有關運動的合成與分解的不斷學習中,學生就會對矢量形成較豐富、正確的認識與理解.

  教科書在整體的結構安排上,遵從人們認識事物“先現象,后本質”的一般規律.人們在接觸和研究具體的事物時,多數是觀察現象,進而再探究現象背后的原因,教科書也是按照同樣的邏輯來安排相關的學習內容.例如,機械運動的學習是先學習運動學方面的內容,再學習動力學方面的牛頓運動定律;簡諧運動的學習先從運動學方面進行描述,然后再從動力學的角度進行概括與總結;電學中先學習不同的電路中電流、電壓的規律,再學習之所以呈現如此規律背后的電源電動勢、全電路歐姆定律等內容.

  上面是教科書在結構安排方面整體的考慮.另外,為了符合學生的認知特點,教科書還做了一些局部的調整與安排.例如,原教科書將“牛頓第三定律”放在“牛頓第二定律”之后.此次修訂,考慮到降低難度的需要,將牛頓第三定律提前,放在“共點力”的內容后,這樣在剛開始學習共點力的平衡時只涉及物體靜止的情況,對學生而言就會更簡單些;再比如,為了使學生對每一部分內容的特點區分得更清楚,修訂后的教科書將原教科書“曲線運動”一章,分為“拋體運動”和“圓周運動”兩章,前者更能體現處理一般性曲線運動的方法,后者則主要討論如何處理“圓周運動”這種特殊運動的方法;為了突出能量的觀念,修訂后的教科書將原教科書“靜電場”和“恒定電流”兩章,分為“靜電場及其應用”“靜電場中的能量”“電路及其應用”和“電能能量守恒定律”四章.

  3.3 注重基礎,兼顧差異

  3.3.1 打好基礎

  此次課程改革強調學生核心素養的培養.我們認為,核心素養的培養要以概念、規律的學習為載體,所以要打好培養核心素養的基礎.為此,我們對概念、規律的學習基于學生的前認知展開:設計啟發式問題引導學生思考,以使學生對相關概念等有深入全面的理解.例如,加速度概念的建立對多數學生來說是比較難的,需要一個逐漸建立的過程.教科書在節前的“問題”中就火車和小汽車同樣從靜止加速到100 m/s,但是所用時間不同,提出“你覺得用‘速度大'或‘速度變化大'能描述這種不同嗎?”的問題讓學生進行思考.然后在正文中經過分析后向學生提出“如果兩個物體速度變化不同,所用時間也不同,怎么比較他們速度變化的快慢呢?”的問題,讓學生主動思考,提出自己的想法.在學生充分思考、分析的基礎上,得出加速度的概念.加速度的概念得出后,教科書又通過矢量圖進一步分析加速度的方向性.這些基本概念的分析與建構對學生概念的建立、思維的培養非常重要.

  3.3.2 體現彈性

  《課程標準》在整個高中物理課程設置中除了必修課程外,還設置了選擇性必修和選修課程,為了配合這種課程的設置,我們在注重加強統一基礎的前提下,在內容的設計上還體現了一些彈性,兼顧不同學生的需求,為不同潛能學生的發展提供空間.主要做法如下.

  ①設置“拓展學習”欄目

  此欄目內容多為知識或方法方面的拓展,供學有余力的學生選學.例如,微元求和的思想在物理學習中非常重要,但是其中極限的思想對全體學生都作要求,顯得有些過高,為此我們對這類問題作了系統的考慮和系列的安排.例如,位移為什么等于v-t圖象的面積? 如何證明重力做功與路徑無關? 為什么可以引入電勢能等內容的安排都放在這個欄目里.

  ②章后設置A、B兩組習題

  對于學完必修課程以后選學選擇性必修及選修課程的學生,除了有必要在學習內容上有一些彈性外,習題的設置也應體現彈性.為此,我們在教科書每章的習題中設置了A、B兩組習題.A組習題對應《課程標準》中必修內容的要求,B組比《課程標準》中必修內容略有超出,供學有余力的學生選做.

  ③每冊書后設有“課題研究”

  前面提到,為培養探究能力,修訂后的教科書增加了“課題研究”.這部分內容不是學生必須要學習的,除了有將探究的領域拓展到課外的考慮外,它另外的一個目的是給不同的學生提供進一步學習研究的渠道,供學有余力的學生開闊視野、繼續學習.

  3.4 聯系實際突出STSE的思想

  3.4.1 聯系實際

  理論聯系實際,是真正學好物理、培養學生的實踐能力的有效途徑.只有很好地將學生已有的生活經驗同物理問題緊密結合,才能使學生很好地建構起科學的概念,感到物理是生活的;只有將學到的物理知識應用到實際中去,才能使學生感到物理是有用的.為此,教科書從多個方面來貫徹聯系實際的原則.

  ①問題引入聯系實際

  通過問題創設情景是引導學生展開學習、探究很好的做法,而問題是否聯系實際,能否引發學生的思考則是學習能否有意義進行的關鍵所在.為此,教科書每一節開始的問題盡可能是學生實際中能遇到的、能引發他有興趣深入思考的問題.例如教科書在第一章第一節安排的是學生在生活中能見到的運動的汽車或飛禽運動的內容,如何描述這些常見物體的運動,是他們愿意思考的問題.

  ②分析的實例聯系實際

  教科書在舉例分析概括、推理論證中,盡可能以學生已有的社會生活經驗為基礎,以喚起學生已有知識與將要學習的知識間的聯系,激發學生的學習興趣,增強他們對科學的親切感.例如在物理必修1中講到“時間”和“時刻”的區別、“路程”和“位移”的區別時,教科書從上課、下課以及乘坐不同交通工具到同一地點這些非常生活化的例子出發,逐漸展開對這些問題的討論.

  ③概念、規律的應用聯系實際

  說到應用一般都應該是實際的,但是教科書中所涉及的應用則應是學生熟悉的,或者是聽說、見到過的.這樣學生才會覺得所學的內容有興趣、有親近感,覺得物理是有用的.例如,在“牛頓定律的應用”一節中所舉的例子,一個是學生在電視中能見到的冰壺的運動問題,一個是學生比較熟悉的滑雪問題.其實牛頓定律這一章章首圖殲-20就是一個很好的聯系實際的例子,教師在學生學過這一章的內容后,可讓學生考慮飛機的運動問題.又比如,必修第一冊第二章第四節“做一做用手機測自由落體加速度”、第三章第五節應用共點力的知識解決小孩滑梯設計的問題等都是學生身邊的實際例子.

  ④練習、習題聯系實際

  教科書在練習、習題的編排上也非常注意聯系實際.由于高中物理所研究的問題比較簡單(如只研究質點,不涉及轉動),所以練習題中常常會出現“物塊、小球”等經過抽象后的問題. 這類問題如果過多,就會影響學生自己建模、解決實際問題的能力,也會影響學生學習的興趣.為此,教科書在這方面做了努力.例如,必修第一冊第二章第三節后練習中,第4題分析航母艦載機起飛問題(圖2),第5題分析神舟五號載人飛船返回艙最后階段加速度問題,第四節第2 題分析火車減速的問題,第3 題分析“嫦娥三號”登月探測器落月末速度問題;必修第一冊第三章章后習題B組第2題分析空調架受力問題等.

  在必修三冊教科書的題目設計中,必修第一冊總題目139道,聯系實際的題目有90道,聯系實際題目占比65%;必修第二冊總題目130道,聯系實際的題目有70道,聯系實際題目占比53.8%;必修第三冊總題目173道,聯系實際的題目有73道,聯系實際題目占比42%.

  3.4.2 突出STSE的思想

  科學技術問題都是直接或間接與社會相聯系的.強調科學技術的社會意義是當前科學教育的一個重點.這種科學、技術、社會相互聯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,還可以使學生了解到若不能很好地利用科學、技術,將會對社會產生不利影響;同時也可以了解科學、技術、社會是如何相互促進和發展的,有利于培養學生用聯系、發展的觀點看待問題.只有用科學、技術、社會相聯系的觀點看待問題,才能培養出用辯證、發展的眼光對待世界的人.

  為此教科書除了在正文的安排中盡可能注意物理知識與生活、技術、社會的聯系,還特意設置了STSE欄目,介紹、探討科學技術與社會之間相互關聯的問題.例如,在物理必修第一冊的“STSE 從伽利略的一生看科學與社會”中,既分析了伽利略在數學、物理學、天文學等方面所做出的卓越成就對科學發展及社會進步的偉大意義,同時也分析了當時他所處的那個歷史時代對他正反兩方面的影響.又如,在物理必修第三冊第十二章第4 節“能源與可持續發展”中提到:“能源短缺和環境惡化已經成為關系到人類社會能否持續發展的大問題.人類的生存與發展需要能源,能源的開發與使用又會對環境造成影響.可持續發展的核心是追求發展與資源、環境的平衡.”.在物理必修第三冊第十三章第3 節的STSE“法拉第與電氣時代”中,既介紹了法拉第如何克服困難、刻苦鉆研的科學精神,也贊揚了他謙虛、樸實、獻身科學的優秀品質.

  3.5 關注社會發展反映我國科技進步

  由于中學物理的性質所限,學生學習的內容大部分都是較為經典的,教科書如果處理不好,會給人“陳舊”之感.我們在內容選擇上,一是學習經典的內容時多用當代人生活的實例,二是盡可能反映新科學、技術的發展,使教科書有時代氣息.例如,在相關內容處介紹了“相對論”“量子論”的初步知識;在“科學漫步恒星的演化”中提到了黑洞及引力波等問題.

  我國科技的發展有著悠久的歷史,古代和現代科技的發展為全人類科技文化的發展做出了貢獻,以往這方面教科書反映得不夠.此次修訂我們有意加強了這方面的內容.例如,在能源部分介紹了我國太陽能發電、核能“華龍一號”等內容;在“科學漫步全球導航衛星系統”中介紹了我國的“北斗”導航系統;在必修第三冊“科學漫步聆聽宇宙”中,介紹了我國射電望遠鏡“天眼”的研究與工作情況,同時配有科學家南仁東的照片( 圖3);在緒言的6 位科學家頭像中,安排了3位我國的科學家,另外在教科書其他部分還有錢學森、趙忠賢、吳健雄等科學家的介紹. 教科書中有意識地反映我國科技成果和我國科學家的事跡,既可以使學生真切地感受到科技的發展就在身邊,同時也會增強民族自豪感,有利于學生樹立獻身我國科學事業的意識.

  3.6 基于提升核心素養全面設計練習題

  3.6.1 發揮練習題在提升學生素養方面的功能

  習題和試題的功能是不同的,試題的功能主要是“檢測”,判斷學生所達到相關素養的水平;而習題的功能是“建構”和“培養”,讓學生解答問題的過程,就是提升素養的過程,而不是為了甄別.因此,把大量用于考試的試題拼湊起來作為學生的練習題,不是正確的做法.例如,選擇題起源于標準化考試,把它大量用來作為學生的練習題,容易助長學生“重結果、輕過程”的思維習慣,為此,本教科書對選擇題的使用十分慎重,在設計習題的題型時,充分考慮學生的答題行為與提升核心素養的相關因素.本教科書通過自編的原創題,豐富學生的答題行為,有理解,有辨析,有操作,有創造,全面提升學生的素養.另外,練習題要實現對知識和能力的“建構”過程,內容編排就不能跟試題那樣交叉雜亂,本教科書十分注重練習題內容的有序編排,讓學生在完成練習的過程,就是形成合理知識結構的過程.

  3.6.2 注重練習題合理的學業水平結構

  課程標準中,學業質量共有五級水平.《課程標準》指出,學生必修課程完成后,可參加學業水平合格性考試,達到學業質量水平二為合格;學生必修和選擇性必修課程完成后,可參加高校招生的學業水平等級性考試,學業水平四是進入高校相關專業應達到的要求,是高校招生錄取的學業水平等級.為貫徹課程標準的要求,本教科書把學生練習題分為三個層次,第一層次是節后練習題,基本上是學業水平二;第二層次是章后題A 組,大部分是水平二,少量是水平三和水平四的題;第三層次是章后題B 組,供學有余力的學生使用,水平三、四層次的題占多數.

  3.6.3 控制練習題的難度.

  我們在設計新加的章后A 組題水平結構時,定位學業水平為“合格性”層次,確定水平二的題目占比例70%以上.必修三冊A 組題難度情況如圖4所示,我們認為這樣的結構較為合理,更符合《課程標準》的要求.

  教科書編寫是一個系統工程,上面提到的只是編寫時的一些主要考慮,請讀者批評指正.

  參考文獻:

  [1]中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準(2017版)[M].北京:人民教育出版社,2018.

  [2]趙占良.學科核心素養與高中教材修訂[R].2017.

  轉載:《中學物理》2018年10月

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