課程標(biāo)準(zhǔn)教科書的特色之一：高中物理探究性學(xué)習(xí)論文 新人教版

1、課程標(biāo)準(zhǔn)教科書的特色之一：探究性學(xué)習(xí)內(nèi)容提要: 以“課程標(biāo)準(zhǔn)”為指導(dǎo)的物理教科書，有三個特色，特色一：探究性學(xué)習(xí)，特色二：探索性實驗，特色三：歷史性與現(xiàn)代化的結(jié)合。本文以加速度的概念和勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律為例,用普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(簡稱課標(biāo))物理與教科書物理(實驗修訂本,必修)比較的方法,論述課標(biāo)物理教材在物理概念和物理規(guī)律的引入和敘述中的突出特色探究性學(xué)習(xí)。本文通過以下三個方面論述課標(biāo)教科書在物理實驗方面的特色：實驗程序的探索性，實驗手段的現(xiàn)代化，實驗描述的多樣性。歷史性與現(xiàn)代化的結(jié)合，表現(xiàn)在以下一些欄目：探索者，科學(xué)足跡，科學(xué)漫步，STS等；還表現(xiàn)在以下內(nèi)容：科學(xué)家介紹，科學(xué)家頭象

2、，每一個新概念、新單位、新名詞出現(xiàn)時括號內(nèi)有英文注釋。關(guān)鍵詞：課標(biāo)，探究性學(xué)習(xí)，探索性性實驗，歷史性，現(xiàn)代化，。 社會在發(fā)展,科技在進(jìn)步,高中物理教科書也在不斷地與時俱進(jìn).筆者所歷,就有7種,如下:1. 統(tǒng)編高中物理課本,1961-1964, 筆者作為高中學(xué)生學(xué)習(xí)的課本,內(nèi)容以學(xué)習(xí)蘇聯(lián)為主.2. 各省市編物理課本,1970-1978, 筆者初為人師時所教的課本,”三機(jī)一泵”在其中.3. 全日制十年制物理試用本,1979.12出版,剛恢復(fù)高考時所教的課本,使人面目一新.其中引進(jìn)好多新科學(xué)、新技術(shù).4. 高級中學(xué)物理課本(甲種本)、(乙種本),1983年11月出版,為區(qū)別重點(diǎn)中學(xué)與非重點(diǎn)中學(xué)而出版

3、的課本, 重點(diǎn)中學(xué)用甲種本, 非重點(diǎn)中學(xué)用乙種本,后來規(guī)定高考以乙種本知識范圍為要求(因甲種本中有的內(nèi)容乙種本沒有),所以大家又都用乙種本.5. 高中物理(必修),1990.10出版,是在原乙種本的基礎(chǔ)上為適應(yīng)會考、高考兩步走而編寫的,淡化重點(diǎn)中學(xué)與非重點(diǎn)中學(xué)的區(qū)別. 6. 教科書物理(實驗修訂本,必修高一)( 實驗修訂本,必修加選修高二高三)2002.2出版,書由原來的32K本改為16K本(大本).是為適應(yīng)素質(zhì)教育的形勢和”3+X”高考的要求而編寫的.7. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(簡稱課標(biāo))物理(必修), (選修),2004.5年出版.此課本較前有較大的變動.而且教材的編寫出現(xiàn)了多元化,

4、即除人民教育出版社外,尚有物理通報雜志社等多家單位編寫出版.這是隨高考命題多元化(即除國家教育部考試中心命題,尚有上海、江蘇、廣東等地單獨(dú)命題)的形勢而出現(xiàn)的.縱觀幾十年來教材和高考的變化,可歸納為:1980年代重雙基(基本知識、基本技能),1990年代重能力(物理學(xué)科能力為理解能力、推理能力、分析和綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力和實驗?zāi)芰?,2000年代重素質(zhì)(科學(xué)素質(zhì)、物理素質(zhì)).本文不能對上述教材全面比較研究,只對課標(biāo)教科書的特色加以論述. 課標(biāo)教科書的特色很多,本文歸納為主要的三個特色：特色之一：探究性學(xué)習(xí), 特色之二：探索性實驗, 特色之三：歷史性與現(xiàn)代化的結(jié)合，即,重視物理學(xué)

5、史知識和物理學(xué)家的工作的介紹,強(qiáng)調(diào)物理與科學(xué)、技術(shù)、社會(STS)的關(guān)系,嘗試與現(xiàn)代技術(shù)(如神舟5號出現(xiàn)在習(xí)題中)及國際教材接軌(如每一個新概念、新規(guī)律出現(xiàn)便標(biāo)出英語),等等. 一、探究性學(xué)習(xí)課標(biāo)教科書的特色之一探究性學(xué)習(xí)體現(xiàn)在課標(biāo)教材的前前后后、方方面面,筆者也不能全部論及(這是不可能的),只能舉例說明.”麻雀雖小,五臟俱全”,用解剖麻雀的方法加以論述.分別論述在物理概念和物理規(guī)律的教學(xué)中如何體現(xiàn)探究性學(xué)習(xí).（一）關(guān)于加速度的概念.1加速度概念的引入（1）比較教材結(jié)構(gòu)的不同:教科書物理(實驗修訂本,必修) 課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(簡稱課標(biāo))物理(必修1)第二章 直線運(yùn)動 第一章 運(yùn)動的描述一、

6、機(jī)械運(yùn)動 1 質(zhì)點(diǎn) 參考系和坐標(biāo)系二、 位移和時間的關(guān)系 2 時間和位移三、 運(yùn)動快慢的描述 速度 3 運(yùn)動快慢的描述速度閱讀材料:怎樣理解瞬時速度 4 實驗 用打點(diǎn)計時器測速度四、 速度和時間的關(guān)系 5 速度變化快慢的描述 加速度五、 速度改變快慢的描述 加速度 第二章 勻變速直線運(yùn)動的研究六、 勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律 1 實驗 研究小車速度隨時間變化的規(guī)律閱讀材料:位移公式的另一種推導(dǎo) 2勻變速直線運(yùn)動的速度與時間的關(guān)系七、勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律的應(yīng)用 3勻變速直線運(yùn)動的位移與時間的關(guān)系七、 自由落體運(yùn)動 4自由落體運(yùn)動閱讀材料: 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究 5伽利略對自由落體運(yùn)動的研究（2）

7、從教材結(jié)構(gòu)可以看出以下變化:第一,把運(yùn)動學(xué)從傳統(tǒng)教材(多年如此)的第二章(放在第一章 力 之后)改為開始的章節(jié),并由1章變?yōu)?章.其用意可能在于降低高一物理的初學(xué)的難度,即初三進(jìn)入高一的臺階.因為從歷年的教學(xué)實踐看,高一第一章 力 難學(xué),特別是摩擦力,靜摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別,運(yùn)動方向與相對運(yùn)動方向的區(qū)別,對剛?cè)敫咭坏膶W(xué)生是一個難點(diǎn),一個下馬威,這就是物理教學(xué)研究界所說的”臺階論”,是多年沒解決的問題,新教材新的思路、新的安排可能提供解決的途徑.第二,突出了探究性學(xué)習(xí)課標(biāo)物理在加速度概念的提出之前,安排了一節(jié)實驗 用打點(diǎn)計時器測速度,目的是讓學(xué)生用實驗探究勻變速直線運(yùn)動中速度變化快慢的描述,

8、先親身體驗物體運(yùn)動中速度的變化以及變化的快慢,再給出加速度的概念.雖然物理(實驗修訂本)也有練習(xí)使用打點(diǎn)計時器和研究勻變速直線運(yùn)動的實驗,那是放在課本之后,教學(xué)中往往在學(xué)完本章時才做,這個順序安排的不同,就把驗證性實驗改為探索性實驗,學(xué)生在探究中學(xué)習(xí).2加速度概念的內(nèi)涵和外延（1）比較在同一節(jié)課文中(都是加速度這節(jié))教材敘述的不同. 教科書物理(實驗修訂本,必修) 教科書(課標(biāo))物理(必修1)五、速度改變快慢的描述 加速度(不到2頁) 5 速度變化快慢的描述 加速度(4頁多)第一定義從火車進(jìn)站和炮彈出筒例子引出加速度的定義 先提出思考與討論:汽車和火車,誰的速度”增加”得比較快?然后從火車進(jìn)站

9、和炮彈出筒例子引出加速度的定義加速度是表示速度改變快慢的物理量,它等于速度的改變跟發(fā)生這一改變所用時間的比值. 為了描述物體運(yùn)動速度變化的快慢這一特征,我們引入加速度(accelaration)的概念:加速度是速度的變化與發(fā)生這一變化所用時間的比值. .文字和公式的微小差別,體現(xiàn)了課標(biāo)教材以學(xué)生為本,站在學(xué)生口氣說話的理念.在以下關(guān)于加速度的單位、矢量性、在同一直線上運(yùn)動的物體用正負(fù)號表示方向以及速度與加速度的符號的規(guī)定等內(nèi)容之后,都有一些物體運(yùn)動的加速度的列表(這些相同的內(nèi)容不加詳述).之后, 課標(biāo)教材增加了一段,這一段是:第二從v-t圖象看加速度 勻加速運(yùn)動的v-t圖象如圖1v2 v1 0

10、 t1 t2圖1在上一節(jié): 實驗 用打點(diǎn)計時器測速度 中,同學(xué)們已經(jīng)做出了圖象,因此,這一段是探究性學(xué)習(xí)的繼續(xù)和發(fā)展.從圖中可以看出,加速度.這就明確了加速度的幾何意義：a是v-t圖象的斜率,對加速度的概念有了進(jìn)一步的理解.第三,閱讀教材:“變化率”的變化. 兩種課本本節(jié)的最后,都有一段閱讀教材:變化率.在這段教材中, 關(guān)于變化率的引入,課標(biāo)課本與試用本不同, 試用本是: 加速度等于速度的變化與時間的比值,因而加速度是速度對時間的變化率.所謂某一個量對時間的變化率,是指單位時間內(nèi)該量變化的數(shù)值. 課標(biāo)課本是 西紅柿在成熟的過程中,它的大小、含糖量等會隨著時間變化,樹木在成長過程中,它的高度、樹

11、干的直徑會隨著時間變化,河流、湖泊的水位也會隨著時間變化,某種商品的價格也會隨著時間變化,這些變化有時快,有時慢.描述變化快慢的物理量就是變化率.課標(biāo)課本比試用本多了如下一段：自然界中某量D的變化可記為，發(fā)生這個變化所用的時間間隔可以記為，變化量與的比值就是這個量的變化率.顯然，變化率在描述各種變化規(guī)律過程中起著非常重要的作用.速度和加速度就是兩個很好的例子.其余關(guān)于”變化率表示變化的快慢,不表示變化的大小”,以及用飛機(jī)和子彈為例說明加速度與速度概念的區(qū)別,兩書是相同的.課標(biāo)課本從西紅柿、樹木、河流、湖泊、商品等大量自然、社會事實隨著時間變化引入變化率這個概念,體現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)的實踐性,強(qiáng)調(diào)物理

12、與自然、與社會的關(guān)系,使學(xué)生的視野開闊.并且給出了變化率等于這個公式,使學(xué)生能把這個概念應(yīng)用于其它物理量,無疑是有益的.第四,習(xí)題的變化物理(實驗修訂本,必修)和課標(biāo)課本物理(必修1)在加速度這一節(jié)后的練習(xí)題都是5道,物理(實驗修訂本,必修)中的5題都是傳統(tǒng)題, 課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(簡稱課標(biāo))物理(必修1)中的5題中有兩題是結(jié)合新科學(xué)、新技術(shù)的,其中第3題以”磁懸浮列車”為題材,第4題以”神舟五號載人飛船”為題材.體現(xiàn)了教材的先進(jìn)性和與時俱進(jìn)的特色.例如第3題如下: 世界上第一條商業(yè)運(yùn)行的磁浮列車“上海磁浮”已于2003年10月1日正式運(yùn)營。據(jù)報導(dǎo)，上海磁浮全線長33km，全程行駛約7min3

13、0s，列車以430km/h的最高速度行駛約30s。如果這30s處于行駛時段的正中，試由這些數(shù)據(jù)估算列車的加速度。這道題看起來容易,解起來并不是那么簡單.學(xué)生讀過題后不知道從何做起,它不象傳統(tǒng)題那樣已知條件很明確,要從題中挖掘.根據(jù)”這30s處于行駛時段的正中”這一條件,可以用圖象幫助分析,v-t圖象如圖2(430km/h=120m/s, 7min30s=450s): v/ms-1120 0 210 240 450 t/s .（二）、關(guān)于勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律. 勻變速直線運(yùn)動的基本規(guī)律有三個: 速度時間關(guān)系(速度公式): (1)位移時間關(guān)系(位移公式): (2)速度位移關(guān)系公式: (3)(1)

14、式在(實驗修訂本,必修)課本上是從加速度的定義式:通過數(shù)學(xué)變換得來的.新課標(biāo)教材通過實驗探究而得到.探究方法是:用打點(diǎn)計時器或電火花計時器打出做勻速直線運(yùn)動(如用鉤碼拉著小車在水平桌面上的運(yùn)動)的一系列點(diǎn),然后求出一系列計數(shù)點(diǎn)的速度,列出表格,再在座標(biāo)系中描出一系列的點(diǎn),再連這些點(diǎn)畫出直線.這條直線說明運(yùn)動物體的速度隨時間均勻變化,是勻變速直線運(yùn)動.而加速度a是直線的斜率,從而得出(1)式.通過探究式學(xué)習(xí),不僅得到速度時間關(guān)系(速度公式),而且學(xué)習(xí)計時器的使用,描點(diǎn)畫圖的方法,總結(jié)規(guī)律的途徑.(2) 式在(實驗修訂本,必修) 正文中是通過公式的推導(dǎo)(用平均速度公式和速度時間公式)得到的:.而在

15、課標(biāo)課本正文是通過圖象的”面積”求出的,并且是通過師生對話引入的.在對話中,以學(xué)生的語言提出解決求位移的問題的辦法:要求如圖3所示的勻變速運(yùn)動的位移,可以把每一段時間都看做勻速運(yùn)動,分別求出每一段勻速運(yùn)動的位移長方形的面積,各個面積之和就接近總的位移,如圖4所示,如每一段時間越短,則總面積越接近總位移,如圖5所示;每一段時間足夠短(看要求的準(zhǔn)確度)短,則總面積足夠接近總位移;那么,每一段時間無限短,則總面積等于總位移(微積分的思想):如圖6所示:位移x用v-t圖象下面的梯形面積表示為:.本式中的與上式中的意義是不同的,前者是梯形面積公式,和分別表示梯形的上底和下底;后者表示根據(jù)平均速度求位移的

16、公式,表示平均速度.(實驗修訂本中用圖象面積求位移作為閱讀教材).v v00 t圖3圖4圖5v vv00 t圖6有條件的學(xué)?；?qū)W生,可以用電腦的Excel通過列表畫圖.下面是筆者輸入的數(shù)據(jù)表及畫出的圖象.第一組是時間間隔為0.1s的圖象,第二組是時間間隔為0.05s 的圖象.表1tv00.380.10.630.20.880.31.110.41.380.51.62圖7 散點(diǎn)圖圖8 柱形圖圖9 面積圖表200.380.050.490.10.630.150.750.20.880.250.990.31.110.351.220.41.330.451.430.51.52圖10 散點(diǎn)圖圖11 柱形圖圖12 面積圖(3) 式是由(1)、(2)兩式通過解方程組消去時間t而得到的.過程如下:由(1)得: 代入(2)式,得:, 整理后得(3)式.(兩書相同).由于(3)式是