高中物理教材思考论文

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1990年国家教委对高中实行两项改革，物理课分为必修和选修两部分，实行“二·一”分段，这比过去的单一课程结构前进了一步，使全体学生都能学到比较完整的物理基础知识。但对基础较好的学生存在着前两年“吃不饱”和后一年“吃不了”的问题。影响了学习效率的提高。高中教材究竟怎样才能有利于提高教学效率，有利于培养能力，一直是我们不断思考并希望较好解决的问题。为了适应学习基础较好、水平较高的学校和学生的需要，我们在1992年底开始着手编写供这类学校和学生使用的《高中物理试验课本》（以下简称试验课本），并先后在一些地区试验，受到欢迎。下面结合试验课本的编写和教学中的问题，谈谈我的一些思考，和大家共同探讨。

一、调整教学内容

开始着手编写试验课本时，国家教委尚未开始制订与义务教育相衔接的新的高中物理教学大纲，试验课本主要是依据现行的高中教学大纲编写的。现行大纲包括高中阶段应有的主干知识，试验课本力求把这些知识讲得更扎实，更清楚。同时注意处理好主干知识与非主干知识之间的关系。非主干知识不能过少，只有骨头没有肉，主干知识没有扩展和运用的余地，主干知识将不能学得透彻；知识面过窄，眼界不宽阔，思维的灵活性和创造性将受到限制。处理好主干知识和非主干知识的关系，很不容易，在客观上还要受到课时的限制，因此更需要提高课堂效率。编写教材时，不能不考虑这些限制条件。我国的教学内容比国外的知识面窄，在一定程度上是受到上述条件限制所致。我个人认为，这不能不说是我国在教学内容选择上的一个遗憾之点。编写试验课本时，在这方面做了一些调整。一是保留和增加了选学内容，如热学部分中有关团体和液体的知识，以及物态变化的知识。二是保留和增加了阅读材料，全书共36个阅读材料，数量可说不少。这样，在学时少的条件下，或许可以弥补主干知识的不足。

课时的限制，迫使我们思考如何进一步改革。主干和非主干，本来是相对而言的，主干之中还可以有更为主要的知识。教学内容的不断更新，是对教学内容不断筛选的过程。内容要有增有减，要求需有升有降，重点或许要有所转移。这就不仅涉及教学内容的选择，而且同时要考虑教学内容的安排、讲法等等，也就是要考虑教材体系的改变。这是一个重要的课题；是我们即将按新的教学大纲编写高中教材时须切实做一番探讨的课题。

高中物理教学内容要随着时代的发展而有所更新。更新，必须处理好经典物理知识与近代物理知识之间的关系。高中物理课主要应讲述经典物理知识。经典物理反映了宏观、低速条件下的客观规律，具有广泛的实际应用，现代科学技术离不开经典物理。学好经典物理，才有可能去学习近代物理以至其他现代科学知识。说主要讲述经典物理，是因为多年来我国高中物理所讲述的内容已经进入20世纪前期，讲述了有关量子论的知识、原子和原子核物理的知识等。但不可固步自封，在编写试验课本中，我们进一步寻求各种可行的途径，加强近代物理的内容，希望为处理好经典物理和近代物理的关系积累些经验。

（一）调整重点

能量的观点、守恒定律、波的知识等在近代物理中具有重要意义，试验课本中试图有所加强。如在“机械波”一章中不仅讲述一维波；而且讲了二维波和三维波；增加波的反射和折射、多普勒效应（选学）。试验课本把机械波由第一册移到第二册，将波动形式集中在一起讲解，便于类比，有利于加深理解。这样，在一定程度上强化了对波这种运动形式的讲授和教学要求。波的概念在现行大纲中强调不够，今后理应有所加强。

（二）渗透观点

即渗透一些近代物理中的观点。如试验课本在讲解分子物理部分时，渗透统计的观点；讲解光的本性时，渗透光的波粒二象性的观点，并比较照片上曝光时间长短不同时的情况，说明光波强度与光子到达的概率关系等。

（三）开设讲座

试验课本增设了“近代物理讲座”（选学一章的内容，介绍相对论、量子论及量子力学初步概念、·基本粒子、宇宙起源以及非线性物理等知识。这是试验课本在教学内容上最大的变动，也是一个尝试。希望有条件的学校或年级对学生作些介绍，以开阔学生的视野和思路更希望和大家一起探讨怎样做更为妥当。

（四）寻求“接口”

注意讲解或介绍能够把经典物理和近代物理联系起来的知识点，在介绍近代物理知识应注意到这种“接口”。如在介绍狭义相对论时讲了伽利略相对性原理，说明相对任何惯性系力学规律都具有相同的形式，进而介绍狭义相对论的基本原理。介绍量子力学初步概念时，介绍物质波，进而介绍波函数和概率密度的概念这些都是新的尝试。目的不仅是让学生知道一点近代物理常识，而且能粗略体会到近代物理是怎样从经典物理发展起来的，知道在看似平凡的问题中如何蕴含着新的、革命性的变革。求“接口”，试验课本只是一个开端，希望它成为一种有效的途径。

（五）介绍物理学的广泛应用

物理知识有广泛的应用，高中物理教学内容应该包括与基础知识有密切联系的实际知识。高中物理要讲述实际问题中的物理原理，介绍物理学的广泛应用，介绍与物理知识有密切联系的现代科学技术成就。在这方面，我们作了较多工作，比现行课本有些拓宽。有的内容在课文中有所反映，如静电透镜；有的安排在习题中，如静电分选的原理、高频焊接、电磁流量计等；有的写成阅读材料，约有二十多个阅读材料介绍了物理学的应用，如介绍失重和宇宙开发、电容传感器、范德格拉夫起电机、磁性材料等等。联系实际应进一步深化，使它成为掌握知识和提高能力的有效途径，这是我们今后的努力方向，试验课本在这方面做了些尝试。如以专题的形式讲述示波管的原理、多用电表的原理，希望把理论和实际密切结合起来。

二、改进教材结构

教材不是学术论文或学术专著，它的结构不能等同于学科的知识结构，它必须考虑学生的认知特点，符合学生的年龄特点和认识规律。它必须做到科学知识结构与认知结构的完好统一。高中教材的结构、顺序如何安排更好，是编写试验课本时考虑的重点问题之一。

本套试验课本在教学内容未作大变动的前提下，依据高中学生学习物理的一般规律，对教材的编排顺序、结构安排做了些调整。多年来。高中一年级的物理力学部分是学生学习的一大难关。虽然教学中教师想方设法化解难点，但初、高中的“台阶”仍是高一物理教学的问题之一。试验课本力求把这个问题解决得好些。为降低初、高中的台阶，又不影响知识的系统性，试验课本把几何光学放在第一册的开始。这是考虑到这部分内容与高中物理的其它部分内容联系较少，相对来说比较形象、浅显，易于为刚上高中的学生接受，又可在学习习惯、思维方式、学习方法等方面为力学的学习打下基础。这样做，教学上利弊如何，尚有不同意见，试验一下，取得经验，总有好处。”

力学的第一章，原是教学难点，集中了力的概念、力的合成和分解、牛顿第三定律、物体力分析等较为抽象和需要综合运用知识的诸多内容。加之，许多学校对高中教师采取“大循环”的教学安排，教师刚刚辅导完高中三年级的总复习，又接着教刚由初中升上来的高一年级，难免忽略了学生的年龄特征和知识基础，有意无意地对学生要求过高，这就更增加了学生学习的困难，继而在牛顿定律的应用中又做了不少较难的题目，使学生一上高中就遇上“当头一棒”。

试验课本对力学部分采取了分散难点、减小台阶的做法。把章划小，在力学的起始章“力”中不讲牛顿第三定律和物体受力分析，只讲力的概念、种类、合成分解，突出力的矢量性。在运动学之后将牛顿三个定律在一章内讲述，使学生对它有个全面的、初步的认识，并只处理最基本的问题。在接下来的“物体在重力作用下的运动”一章中，让学生在比较简单的情境中结合运动学知识运用牛顿定律。最后，在“动力学的基本问题”一章中，要求做物体受力分析，处理动力学中较综合的问题，进而分析较难的超重；失重问题和连接体问题。试验地区反映，这样做更符合学生认识规律，确实效果较好。

机械波是高一学生学习的另一个难点。主要是因为前面讲述的都是单个质点的运动，而波动要求学生理解并想象多个质点同时又不同步运动的情况，以及这种运动在空间的传播，这对高中一年级学生是有相当难度的。试验课本把机械波由第一册移至第二册，将波动形式集中在一起讲解。这样，一方面把在高中一年级学习时学生感到困难的内容移至学生能力有所提高的高中二年级，相对降低了难度；另一方面，把几种形式相同而实质不同的波动──机械波（包括声波）、电磁波、光波，放在一起讲述，便于类比，有利于加深理解。

如何调整教学结构或体系，这是需要深入探讨的一个大课题。既要考虑学科体系，又要研究学生的认知规律，注意循序渐进，分散难点。这两方面结合得好，可以使学生更加有效地学习。我们愿意今后在这方面再有些进步。

三、力求思路顺畅

学习高中物理，基础在理解。要使学生便于理解、真正理解，必须讲清道理，理顺思路。对同样的问题，教材或教学的思路顺畅、轻快，则学习时感到轻松、容易，有利于学生举一反三、提高能力，教学必事半功倍；思路晦涩、繁琐，则学习时感到艰深、困难，易于就事论事，教学必事倍功半。教材的编排和叙述是否思路顺畅，会潜移默化地影响学生的思维习惯。一部编排和叙述繁琐的教材，很难培养出思维明快的学生。要提高教学效率，必须在思路顺畅上下功夫。这是在编写试验课本时，重点考虑的又一问题。

（一）抓住知识体系中和学生认识过程中的最基本、最关键的问题讲清楚。

这些地方讲清了，其它就迎刃而解了，可以收到以一当十的功效。除了我们一贯强调的基本概念、基本规律之外，这里特别还指一些看似明白，而实则不清楚的“小”地方，这是学习过程中的“误区”。比如，近几年高考中学生屡犯错误的眼睛看物体或透镜成实像、虚像等问题，关键是要真正理解“光线”这一物理模型，以及明确认识到“只有光线进入眼睛，才能看到发出光线的物体”这个最基本且又不难理解的事实。再如，在电路的分析和运算中，理解“电势降”的概念是很重要的。试验课本注意讲清这类关键性的问题，在这方面比过去的教材有所加强。

（二）在课文叙述或例题分析中，着重分析物理过程和物理情景，理清问题的“来龙去脉”。

如对动量守恒问题的分析，对“水流星”受力的分析，对布朗运动为什么能说明分子在不停运动的分析，对理想气体内能的分析，对电势和电势差的讲法，对电阻的微观意义的分析，对电路中电势降的分析，对电功率的讲法等等，都比现行的教材有所加强。

（三）对于那些对深化认识起重要作用，又是学生可以接受的一些“高观点”不回避，而是尽量做到“一语道破”。

这样不会增加学习的难度，反而会提高学习效率和质量。如对力的独立作用原理和运动的独立性原理，在试验课本中都明确给出。实践说明，这样做有利于学生深入理解知识，又不增加学习困难。比如，把运动独立性原理弄清楚了，平抛的问题就不必死记公式，而可以运用运动的独立性原理灵活地处理问题。

（四）对有些虽费笔墨或唇舌，在高中阶段却不易讲清的问题，则不强求讲清楚。

比如对电动势的物理本质，试验课本就没有介绍它是电源中非静电力做功与电荷之比，也没有给出公式，比现行教材的要求有所降低。

因为，照现行的讲法，学生也并未真正理解其实质，又造成思路不畅。能讲清的地方，尽可能讲清楚；不能讲清的，则不必硬性提高，费力大，而收效甚微，很不值得。这样的看法和处理是否妥当，希望听到大家的意见。

（五）注意叙述中的铺垫、伏笔和前后呼应把前后知识密切联系起来，利于学生逐步地形成知识结构。

如关于静摩擦的方向以及静摩擦力是否总是阻碍物体运动的问题，在一开始“力”那一章讲静摩擦时，很难要求学生初学就把“静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反”这一论断弄得很清楚，试验课本在后面讲到“连接体”时加以呼应（该节例题2），并进一步设“思考与讨论”，应使学生深入领会这个问题。摩擦力是个难点，难点要分散，在讲到“功”时，设“思考与讨论”，让学生考虑滑动摩擦做正功和负功的问题，也是进一步呼应。教材企图让学生自己经过独立思考，形成知识结构。比如第七章的“本章小结”中提出压力和拉力作为知量时“要根据什么规律来确定它”的问题。如果学生把这个问题真正弄清楚了，并能举一三，旁及静摩擦力（压力、拉力以及静摩擦力实际上都是约束反力）时，那就把力的分析、牛顿第二定律、物体平衡条件联系起来用活了，知识和能力都会大大提高一步。使学生把所学知识融会贯通，形成正确的知识结构，不能单靠教师总结出几条准给学生，必须依靠学生独立思考，真正把前后知识联系起来。一部好的课本应该在这方面为师生提供条件，我们将努力朝这个方向去做。

提高观点而又循序渐进，使学生逐步达到融会贯通，这是我们追求的目标，铺垫和呼应等等目标的手段。既要考虑学科的体系，又要考虑学生的认识规律，尽力做到科学知识结构与学生认知结构的完好统一。这个问题解决得好些，“有效地学习”这一思想才不致落空。

四、加强能力培养

物理教学中加强能力的培养，是近些年教材编写和教学一贯重视和注意探讨的重要问题，也是这次试验课本编写中重点考虑的问题。对能力的要求和培养途径是多方面的，我们在总结自己和大家经验的基础上只就以下几个方面做了一点努力，谈一点认识。

（一）注意适当进行科学方法教育

能力的高低，一定程度上表现为掌握方法的多少和熟练程度。在物理教学中的方法教育要重在“潜移默化”和“渗透”，而不宜在物理教学中将方法当作知识来讲，或作过多方法论的介绍。但对一些重要和普遍应用的方法，则应适时点明，也就是在学生对某一方法了解或认识到一定程度时，及时“画龙点睛”，以帮助学生总结和强化，以利于形成能力。

在试验课本中用“旁批”、“花边”、“思考和小结”等方式，对高中物理中常用的基本物理方法，如理想化模型、等效、分类、类比等，进行有层次的和“画龙点睛”式的说明，强化了教学中方法教育的因素；对诸如控制变量法、极限的思想等在论述过程中进行了较明显的渗透。教材讲述了伽利略对自由落体的研究，介绍了伽利略所开创且至今仍具有重要意义的观察实验、抽象思维和数学运用相结合的基本研究方法，介绍了假设一推理一验证一外推等具体的研究方法。

（二）加强数学方法的运用

数学对物理学的发展和学生的学习，都有极为重要的作用。对此，这里不再赘述。至于在物理教学中过分数学化和忽视物理过程的分析，并不是“数学”的过错，而恰恰是没有用好数学。我们的认识是，首先要讲清物理过程和物理实质，并充分运用好数学这一简洁、准确的工具，促进和深化对物理问题的理解。

在这次试验课本的编写中，着重加强了以下几方面数学方法的讲述和要求：

1．对图线有所加强。在运动学、热学、电学中不但都加强了用图线处理数据，还用图线讲解概念和规律。比如，在直线运动一章中对加速度概念的扩展，对匀变速直线运动规律公式的推导等，都是应用图线进行的。

2．矢量的观念有所加强。除了力之外，对速度、动量等处都增加了矢量图示。在运动的合成和分解中，也加强了矢量图。比如，动量是矢量，学生会知道，但由于高中阶段主要用动量定理和动量守恒定律处理一维运动，因而动量的矢量性在具体问题中往往被淡化了，增加矢量图（包括二维碰撞的矢量图），目的是加深学生对动量矢量性的认识，便于正确运用动量定理和动量守恒定律处理问题。至于矢量的运算，则不做更高的要求。

3．注意训练学生用代数方法求解。列出方程，进行文字运算，联立求解。还结合力的独立作用原理和运动独立性原理，引入正交分解法处理问题。

此外，为了加强对学生推理和逻辑思维能力的训练，对有些规律或公式的推导，课文中没有给出结果，而是让学生自行推出。教师则可根据学生的实际情况对学生做恰当的要求，或在教师指导下进行，或要求学生独立完成。而对有些不能或不宜在教学推导的，则直接告诉学生，“可以推导”或“可以证明”，只是在现阶段学习中不加推导或证明而已。这也可以说是使思路顺畅的一种做法。例如，动量定理不仅适用于恒力，也适用于变力，正因为它适用于变力，才有了广泛的应用。课本上的许多实例（包括习题中的实例）处理的是变力问题，如果不加说明地让学生硬套恒力情形下推出的公式，虽然解题可以照用，但这不能说是一种正确学习物理的方法。点明变力的冲量的大小，点明适用于变力，且“可以证明”，这就开阔了学生的思路，同时可以激发他们进一步学习的愿望，而又不增加什么负担。对动能定理的讲法做了类似的处理。在“功”那一节对如何计算变力做功的思路作了介绍，在这里渗透“极限”的方法，希望学生将来进入高等学校学习用微积分处理问题时，不会感到那么陌生，由所谓“恒量”进入“变量”也许会更顺利些。

（三）注意对问题进行定性和半定量的分析

定性和半定量分析对物理研究和物理学习有重要意义。对这一问题，赵凯华教授在他所著的《定性与半定量物理学》中有精辟的论述。一位成熟的物理学家在进行探索性的科学研究时，常常需要从定性或半定量的方法入手，力求先对问题的性质、概貌取得总体的估计和理解；而对初学者来说，具有这种定性或半定量分析问题的能力却是相当困难的，它需要有清晰的物理概念和物理图象，能抓住物理过程的主要因素，还要具有一定的物理直觉和洞察力。

显然，在这方面对高中学生不可能有较高要求。但是，在高中物理教学中增强对这方面的认识，在诸如守恒量的利用、数量级的估计、极限情形和特例的讨论等方面有意识地对学生进行恰当而不拔高的要求和训练，”对于促进学生对物理问题的深入理解，抓住事物本质进而融会贯通，提高学生多方面的能力，都是十分有益的。对这方面，过去我们注意不够，在试验课本中对此有所加强。例如在说明解决动力学问题的方法时，强调先作必要的定性和半定量分析，诸如物体受几个力，哪个为大，哪个力小，物体做什么运动，速度是增大还是减小等，先弄清所给问题的物理情景，然后再进行定量计算。在这部分内容的习题中对此也有体现。又如，在分子运动中，增加了估算的题目，强调了数量级的重要。但这些仍是初步的，我们要进一步在教材中体现这一思想，也希望通过教学实践在这方面能取得更多的经验，以便今后再前进一步。

（四）注意扩展知识

对有些问题叙述上稍有扩展，以开阔学生思路，利于知识的运用和迁移，提高能力。学生的知识面越宽，越利于知识的迁移和联想，能力越强。试验课本在一些地方比大纲的要求稍加拓宽，如讲匀加速运动之后，给出了速度图线不是直线的情况，提到了非匀变速运动；讲简谐运动和正弦式电流之后，给出了几幅非简谐运动和非正弦式电流的图象；讲导体伏安特性曲线时，提到了非线性元件等等。这既开阔学生思路，又使教学增加了弹性。但需说明，对这些内容仅仅“点到为止”，绝不可“深究”。“点到”本身就达到了教学要求。出于同样的考虑，在习题中也设了少量的“开放式”的、没有唯一确定答案的题目，以启发学生思维，开阔思路。我们看到的不少外国教材，题目一般比较灵活，很需要物理思考，对训练学生发散思维，提高思维的灵活性很有帮助”，值得我们今后借鉴。。

现行大纲对知识的讲解做了某些限制，意在减轻学生负担，限制高考题的难度。但如果学生的基础较好，有的知识稍加扩展，可以使学生学得更灵活些、更丰满些。我国教材注重概念和规律的严谨，注重系统性，利于使学生学到扎扎实实的知识，打好基础，这一优点应当继承。但不够“开放”，致使学生的知识面不宽，思维方式偏重系统性，缺少灵活性。对知识的纵向深入挖掘显得有些过分，横向扩展显得有些不足。使学生把系统学习与灵活渗透地获取知识结合起来，和谐地统一起来，这将是教材编写的一个突破。试验课本只是朝这方面做了一点努力，还有待于继续探索。

（五）设置专题，有重点地培养能力

为深化对知识的理解，培养学生运用知识分析和解决问题的能力，在试验课本中尝试设了几个“专题”。如研究自由落体运动，带电粒子在匀强电场中的运动，多用电表的原理和使用。这些虽是现行教材原有的内容，但作为专题安排，教学指导思想及教学要求却有所不同。专题安排在章末，要求学生在教师指导下应用已有的知识综合分析、解决较为实际的问题，要求学生有更多的独立思考和动手活动，希望通过“专题”形式的教学活动，进一步增强学生联系实际的意识和能力，促进手脑并用，有助于提高综合分析问题和探索、创造的能力。

（六）习题有所改进

习题应是物理课本的有机组成部分，它对巩固、深化知识，提高能力有重要作用。它的基本要求是：内容正确，所述情境合理；注意解决学生学习过程中可能产生的普遍性问题，有针对性；程度要分层次，数量要适度，有弹性；尽可能联系实际，不生造。试验课本的习题注意到这些要求。题量有所增加，适当增加了基本题和联系实际的题目，并注意习题的循序渐进。将章后习题分为A、B两个层次，使师生有选择的余地。还增设有启发性的思考和讨论题。

课本不同于复习资料（复习资料怎样改进也需探讨）。课本要把基本知识讲清，但不能将所有问题都巨细无遗地、不分主次地在课文中讲到，要给学生以思考、探究、独立开拓的余地。课本不能忽略课文的讲解，而把注意力放在习题上。课本中要设适量的习题，教给学生分析问题的方法，提高他们的能力；但又不能分类过细，企图把习题都嚼碎了喂给学生，这样做，“培养学生独立思考能力”将会落空。把课本编成复习资料式的，将会失去课本的意义。怎样掌握这个“度”，需要很好地探讨。除了“度”，还有“质”。那就是真正脱开应试的习题安排，切实地提高分析、解决问题的能力。课本上如何安排练习和习题，如数量、难度、类型、风格、要求以及怎样循序渐进等等，都需要进行认真、具体、深入的研究，我们愿在这方面作出进一步努力。

五、注意形式活泼

试验课本改为16开本，并在每页的正文旁留出一竖列放置插图或留给学生利用。在视觉和心理上给出了较为宽阔的空间。对此，试验地区的师生都很欢迎。在课文的栏目设置上，力求有利于启发学生思考，有利于培养能力和活跃思维。除正文外，有夹在课文中的问题、思考与讨论、旁批、花边框内的讨论、阅读、章后小结、小实验等等。力求结合教学过程，有针对性地、循序渐进地启发学生，帮助学生提高能力，使学生受到多方面的教育和熏陶。试验课本还增加了插图，特别是示意图和漫画式插图，力求生动形象，有助于理解内容和激发兴趣。还利用多种不同字体表示不同的栏目内容，做到醒目、活泼。我们的初衷是想努力做到图文并茂，内容和形式统一，相得益彰。

编写一部好的课本，是我们的努力方向。需要对诸多问题进行深入探索，有新的观点和作法，这样，编出的教材才能有望利于教学并有新意。愿今后能更多地与中学物理教学界和各方面的朋友们交换意见，受到启发，提高认识在大家帮助下，编好新的课本，为教材建设做出努力。