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人教版义务教育教科书物理的科学分析
2011年底教育部颁布了修订后的《义务教育物理课程标准(2011年版)》(以下简称《课标》),根据新修订的《课标》,人民教育出版社修订了原《义务教育课程标准实验教科书·物理》。现将修订中的一些考虑及修订后教科书的主要变化向大家做一简要介绍。
一、教科书特点
(一)把科学探究的学习和科学内容的学习放到同等重要的地位
科学的本质是对未知事物的探究。通过科学探究活动,学生不仅可以学到科学知识,还可以体验科学的过程,了解科学方法,受到科学价值观的熏陶。
基于这样的认识,本着循序渐进的原则,新教科书加强了科学探究的设计。
教科书从序言“科学之旅”开始,通过教师演示一些有趣的实验及学生亲自动手做一些与生活联系密切的实验、活动,通过“伽利略对摆动的研究”的学习,初步了解、体会探究的含义及探究的方法。当学生对探究过程有了较多的感性认识之后,再让学生亲自探究“固体熔化时温度的变化规律”,将《课标》中所提到的探究七要素写出来,并对学生提出要求。之后,为了避免重复和僵化,根据探究活动的不同特点,教科书只重点标出了几个要素。我们希望,这种安排有利于学生对于科学探究的学习,并且不影响科学知识学习的连贯性。
学生学习中的探究活动,大多数不同于实际生活及科学研究中的探究,其本质区别在于前者的结论是已知的,后者的结论是未知的。在做这两种不同的探究时,心理活动不完全一样,体验也就有很大的差别。为了缩小这种差别,对有些规律的探究,书中不直接给出结论,而是让学生通过探究活动,自己思考、总结出相应的结论。例如第五章《探究凸透镜成像的规律》,教科书是作为教学重点处理的,但书中没有直接给出结论,而是要求学生自己通过探究得出。考虑到实际与可能,对于大部分的探究活动,教科书都给出了结论。但是,在文字处理上一般都淡化结论和探究过程的直接联系,例如不出现“通过以上探究我们可以看到……”等字样,而由教师在适当时机向学生介绍结论。这样处理的目的同样是缩小学习中的探究与真实探究的差距。
(二)激发和保持学生的学习兴趣
兴趣是一个人做好一件事的重要保证。调查发现,初中生在刚开始学习物理时兴趣都较高,但是随着时间的推移,越来越多的学生学习物理的兴趣变低,甚至厌恶物理。究其原因,多数是因为教学中忽视了初中生学习物理的特点,一味地灌输知识,求解难题、偏题,学生活动越来越少。为了激发和保持学生学习物理的积极性, 我们在教科书编写时做了多方面的努力。例如八年级刚开始学习物理时,遵循循序渐进的原则,尽量安排“热现象”“声现象”“光现象”等相对简单的内容;注意对较难理解的内容,做好铺垫、搭好台阶;结合所学内容尽可能地设计学生喜欢、有趣的活动,如“会跳的小人”“用牙齿听声音”“小小音乐会” 等活动;注意联系学生的生活实际,使他们感到亲切、有趣;尽可能地安排一些与所学内容有关的有趣、有用的事例,如“蝈蝈是如何发声的”“唱片是如何记录声音的”“因特网是怎么回事”等;每一章的开始,都有一幅与本章内容相关并引人入胜的照片,照片旁或配有优美的短文,或提出有趣的问题,以使学生有想进一步学下去的愿望。
(三)理论联系实际,扩大学生的知识面
理论联系实际,是真正学好物理、培养学生实践能力最有效的途径。只有在学习中注意和生活实际相联系,才能很好地建立概念、掌握规律、应用知识。我们在教科书编写中注意实验及活动的设计尽量与学生生活相联系;概念和规律的学习尽量从学生熟悉的生活实际出发;注意引导学生运用物理知识解释物理现象,分析和解决各种实际问题。
为了更好地贯彻“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,在联系实际方面,教科书除在学过重要的物理规律后,注意联系实际,讲一些应用问题外,还特别注意在学习物理概念、规律前,更多地从生活实际中引出问题,使学生习惯于从生活中发现问题,解决问题,教科书在许多地方都贯彻了这样的思路。例如在“探究凸透镜成像规律”前,先通过观察生活中有关透镜的现象,做些相应的活动,从而引发学生“凸透镜成像到底有什么样的规律”的追问,还是先学习凸透镜成像的规律,再讲生活中的透镜?教科书编写时就有两种不同的意见。但是最后我们还是坚持先由生活中的照相机成缩小的实像、投影仪成放大的实像这些生活实例,引发出学生想探究凸透镜成像规律的愿望。同时,在学习凸透镜成像规律之前,做做“模型照相机”和“放大镜”的活动,演示投影仪成像现象,学习何为“实像”,何为 “虚像”,也为下一节“探究凸透镜成像规律”做好了必要的铺垫,化解了难点。又如学习电路时,教科书先是提供给学生电源、导线、小灯泡,让学生自己试着连接电路,使小灯泡发光。然后再让学生总结电路有几种连法,进而学习串、并联电路;而不是先讲串、并联电路,再让学生连接。
理论联系实际不仅可以使学生深刻地理解物理规律,同时也可以激发起学生的兴趣,扩大学生的知识面。为此,书中特意设计了“科学世界”栏目,用于介绍应用性的或细节性的知识。
(四)体现开放性,培养实践能力
我国传统教学注重问题的唯一性,没有唯一答案的问题不上课本,没有固定答案的问题教师不讲。这样久而久之不利于培养学生灵活的思维,而实际中的问题往往是开放性的,没有唯一正确的答案。所以我们在教科书编写中特别注意了这方面的问题。
教科书中开放性问题主要是让学生自己查找资料,回答问题。答案可能不是唯一的,学生可能会有不同的设计或解释。例如八年级上25页“动手动脑学物理”中第 4题“有一个量程为1 m的卷尺,请你设计一个简单的方法估测你家到学校的路程,写出具体的步骤”;八年级上102页的第1题“根据眼睛的构造和成像原理,和同学讨论:为了保护我们的视力,应该注意哪些用眼卫生,为什么?”
实践类的问题多数是需要学生亲自动手或调查才能完成的。例如八年级上45页中的第1题“调查一下校园里或者你家周围有什么噪声。应该采取什么控制措施?与班里的同学交流,看看谁的调查更详细,采取的措施更好。”八年级上102页“科学世界”中的第1问“看书上的字,测出你的近点,和其他同学的近点比较一下。正常眼、近视眼、远视眼的近点相同吗?有什么规律?”八年级上99页中的第3题“学习使用照相机,向有经验的人了解光圈、快门和调焦环的作用。‘傻瓜相机’有没有光圈和快门?是不是需要‘调焦’?”这类问题主要是培养学生的动手能力及实践意识和能力,重在学生解决问题的过程,教师可以提供线索,但绝对不能包办替代。
(五)加强STS教育,注意人文精神的渗透
科学技术问题都是直接或间接与社会相联系的。强调科学技术的社会意义,是当前科学教育的一个重点。教科书特意安排了STS栏目,介绍、探讨科学技术与社会之间相互关联的问题。这种科学、技术、社会相互联系的观点既可以使学生了解到科学、技术对社会的积极作用,还可以使学生了解科学对社会的不利影响,同时也可以了解科学、技术、社会是如何相互促进和发展的,有利于培养学生用联系、发展的观点看待问题。另外这种科学、技术、社会的问题多数是学生日常生活中常遇到的问题,只有广泛地联系这些问题,才能使学生觉得物理是有用的,是活生生的。
这套教科书不仅单独设置了STS栏目,在书中其他部分也尽可能渗透STS的思想和科技人文意识。
(六)形式生动、活泼
此套教科书编写力求生动活泼。编者尝试以视觉形象向读者传递更多的信息,为此使用了很多彩色照片和图片。书中能够用图表达的意思就用图片表达,不追求图文必须一一对应,以适应当代少年的阅读习惯。
插图在注重科学性的同时,注重人文性。例如《机械运动》章首图人与鸟“比翼齐飞”,在引导学生学习机械运动,启发思考参照系问题的同时,也会引发学生体会人与动物和谐相处的美好;《质量和密度》章首图展现了“苗山银月”的舞蹈,用漂亮的苗银饰物引出枯燥的密度问题;《光现象》章首语用中国的神话故事和希腊的神话故事,引导学生思考对神秘彩虹的解释,从神话步入科学。
本书的插图人物以漫画形式出现,有女孩、男孩和老爷爷三个固定的人物形象,有时更以滑稽的卡通方法表现严肃的科学内容。这些做法都是为了贴近初中学生的生活,适应初中学生的学习水平,也希望他们通过物理课的学习,逐渐形成热爱科学的态度和乐观向上的人格。
二、主要变化
(一)调整框架结构,满足师生要求
根据几年来实验区老师们反馈的意见,我们对教科书中一些主要内容的次序做了调整,以适应大多数老师和学生的需要。
原教科书将电学放在八年级,当时的考虑是,新课程学生自主探究的内容较多,电学活动所用的仪器相对力学所用的仪器要少些,探究活动较易安排,也容易提高学生的学习兴趣。几年实验下来,大部分教师也逐渐习惯这种安排。但是仍然有一部分地区的老师不习惯这样的处理,而且反应比较强烈。考虑到这些不适应地区教师的意见,同时我们也征求一些较认同电学放在八年级学习的教师的意见,他们认为如果将电学调到九年级学习也能够接受。故此次修订将电学内容调到九年级学习。
根据实验区老师们的意见,将原教科书九年级《机械运动》调整到现在的第一章,先学习《速度》,为后面《声速》《光速》的学习做好铺垫。另外,有了第一章测量的知识,在学到后面的温度计、天平、弹簧测力计等仪器时,也有了读数的基础。
根据实验区老师们的意见,将《重力》《弹力》提前到《二力平衡》之前,以便学习二力平衡内容时所提及的例子是学生已经学习过的重力和弹力的内容。考虑到修订后的课标增加了“测量摩擦力”的实验,实验中要用到二力平衡的知识,故将《摩擦力》调整到《二力平衡》后。
实验中教师们反映,光学中的“凸透镜成像规律”是教学中的难点,新教科书将《物态变化》一章提到《光学》前,以延后难点的学习。
(二)加大文字量,增加可读性
为了加强学习的探究性,课改以来,教科书文字量较之前的人教版九年义务教育初中物理少了许多,很多问题希望学生思考后自己来回答。几年实验下来,大多数师生反映教科书文字量过少,不利于学生自学和复习。如何解决好这个矛盾,是个非常重要的问题。教科书既要坚持学生带着问题自主探究的原则,不包办代替;同时也要注意适当的铺垫,适量的案例分析、说明,便于学生自学。经过广泛深入地调研,我们觉得原来的教科书文字量略少,应适当增加。
为此我们在原教科书的基础上增加了文字。对有些较复杂的问题,注意多讲些分析思路,为学生搭好“脚手架”。例如在“探究凸透镜成像规律”实验中,如果让学生随意地改变物距,然后找出成像的情况与物距的关系,学生就会花很多时间,也很难找出正确的关系;如果告诉学生研究物距在二倍焦距以外、二倍焦距与一倍焦距之间、一倍焦距之内的情况,学生又会不认可这是个探究活动。为了既体现探究的思路,又不至于浪费太多时间,教科书合乎情理地做了铺垫、引导:“由于凸透镜对光的偏折程度跟透镜的焦距有关,所以研究物距的变化时,焦距可能是个应该注意的参照距离。比如,我们可以注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……物体成像的情况”。这样学生在学习这个问题时,就既有自主的探究,又不至于漫无边际地探究。
除了在分析上给学生搭好“脚手架”,修订后的教科书还注意多增加实例,帮助学生更好地理解所学知识。例如在学习速度内容时,增加学校百米赛跑的照片;在学习力与运动的关系内容时,增加男孩玩滑板车的照片;在学习沸点与压强的关系内容时,增加高原边防哨所的战士煮饭的照片。练习的设计也更加注重联系实际。例如学习摩擦力时增加“冰壶运动两只鞋底材料不同”的分析题;学习连通器时增加“家庭地漏存水杯的功能”说明题;学习机械能时结合我国运动员在2011年蹦床世锦赛的杰出成绩增加“蹦床运动机械能转化过程”的陈述题等。
(三)注意解决教学中的难点问题
1.理顺牛顿第一定律的思路
原教科书为了说明阻力对物体运动的影响,让学生分别做小车从同一斜面滑下,通过表面为毛巾、棉布、木板的平面时滑动的实验。虽然实验过后教师也能引导学生得出阻力越小,滑动越远,没有阻力小车可能会不再停下的结论。但是由于此实验多次改变摩擦面的材料,易将学生的注意力分散到阻力与什么因素有关的问题上去。另外,此实验与后面研究摩擦力与哪些因素有关的实验极其相似。所以,此次修订将此实验改写成演示实验,注意引导学生观察阻力不同,小车的运动情况会怎样的问题上去。这样既抓住了问题的本质,符合《标准》的要求,同时避免了两处实验的雷同。
2.为阿基米德原理的得出搭好台阶
浮力的产生及阿基米德原理的学习向来是初中物理教学的难点之一。为了在这部分给学生的学习做好铺垫、搭好台阶,修订后的教科书利用前面学过的液体内部深度不同,压强不同的知识,分析了浮力产生的原因;另外,从浮力与排开液体的体积有关、与液体的密度有关,引导学生得出与排开的液体所受的重力有关。这样就较原教科书的设计梯度更小些,利于学生理解。不然学生在得出排开的液体越多所受的浮力越大后,总是很难想到为什么要称排开的液体所受的重力。
3.加强功引入的必要性教学
“功”向来是比较抽象,较难理解的概念。原教科书在说明力学中的“功”与生活中的“功劳”“成效”既有联系,又不相同后,直接给出:“如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向移动了一段距离,力学里就说这个力做了功”,不免有生硬之嫌。修订后的教科书在给出功之前,通过分析叉车举起重物的实例,说明在竖直方向上在托力的作用下,货物被举高,在竖直方向上移动了一段距离,机械工作的成效就显现出来了。随后给出力学中“做功”的含义。
4.突出“能做功的物体具有能量”的思想
动能的得出是通过运动的钢球能推动另一物体移动一段距离的实例,说明运动的物体能做功,得出运动的物体具有动能;重力势能的得出也是通过分析打桩机打桩的实例,说明高处的重锤落下时,对桩做功,得出高处的物体具有重力势能;同样,弹性势能的得出也是通过实例,说明发生弹性形变的物体在恢复形变时能够对物体做功,得出发生弹性形变的物体具有弹性势能。这样就便于学生从整个思路上理顺做功和能量间的关系。
5.修改难做的习题
在征求意见中,老师们反映节后的习题有些不易做,为此我们专门成立了习题研究小组,删去了一些不易操作的实践类问题和一些较难的习题,替换了一些联系生活实际且符合初中生认知水平的习题。例如原教科书中的习题:“查阅汽车、拖拉机的技术手册,或向司机、维修人员询问,了解各种汽车、拖拉机的耗油量、最大功率,结合当地燃油的价格及其他因素,对各种运输工具的经济性做出评价。”该题要求太高,不适合作为新课后的学生练习题,因此删去。又如原教科书在讲过摩擦力后,安排了“科学作文: 没有摩擦的世界”的练习题,该题的优点是能发挥学生的想象力和创造力,但缺点是开放度太大,学生完成此类问题的课业负担较重。修订时,我们把此题改成“如果上课时教室内的摩擦力突然消失10 s,我们身边的情境将会发生哪些变化?描述两个可能出现的场景。”仍然保留了发挥学生想象力和创造力的功能,但题目的要求更贴近初中生的水平,且能大大减轻学生课外练习的负担。
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