作者簡介： 杜明榮（1969-），女，教育學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師，河南大學(xué)物理與電子學(xué)院副教授，物理教育專業(yè)碩士點負(fù)責(zé)人，教育部高校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會中南地區(qū)委員會副秘書長，主要研究方向為物理課程與教學(xué)評價，曾獲河南省教育廳教學(xué)成果一等獎、國家級教學(xué)成果二等獎、全國第四屆教育碩士優(yōu)秀教師等。

摘? ?要：普通高中物理選擇性必修第一冊教材，從結(jié)構(gòu)上兼顧知識的邏輯順序與學(xué)生的心理順序，從呈現(xiàn)上注重情境的創(chuàng)設(shè)與導(dǎo)入的設(shè)計，從功能上凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)及育人功能?；谶x擇性必修第一冊教材的內(nèi)容特點，建議在教學(xué)中做到實驗探究與理論推導(dǎo)并重，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力;注重理論與實際的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)以致用的意識。建議發(fā)揮教材特色欄目的功能，實現(xiàn)教學(xué)方式多樣化;顯化模型建構(gòu)的思想方法，提高學(xué)生的建模能力。

關(guān)鍵詞：高中物理;選擇性必修第一冊;教材分析;教學(xué)建議

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0001-4

1? ? 學(xué)習(xí)內(nèi)容與質(zhì)量要求

選擇性必修課程是以自主選擇為前提的必修課程，是在必修課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)的課程。在2017年版普通高中物理課程結(jié)構(gòu)中，選擇性必修第一冊模塊是繼必修課程之后的第一個模塊，與必修課程緊密銜接，具有承上啟下的作用。學(xué)習(xí)內(nèi)容共包括三個主題，分別是“動量與動量守恒定律”“機械振動與機械波”“光及其應(yīng)用”，在學(xué)業(yè)水平等級考試中屬于必考內(nèi)容。

“動量與動量守恒定律”是物理學(xué)中的三大基本守恒定律之一，在高中物理內(nèi)容結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在物理觀念方面，要求學(xué)生能從理論推導(dǎo)和實驗驗證兩個方面理解動量守恒定律，深化對物體之間相互作用規(guī)律的理解，能用動量、能量的觀點分析和解釋機械運動現(xiàn)象，解決一維碰撞問題。在科學(xué)思維方面，要求學(xué)生會用系統(tǒng)的思想和守恒的思想分析物理問題，能恰當(dāng)使用證據(jù)說明自己的觀點，質(zhì)疑他人的觀點，能從運動定律、動量守恒、能量守恒等不同角度思考物理問題。

“機械振動與機械波”和“光及其應(yīng)用”這兩個主題相關(guān)的內(nèi)容，在整個高中物理知識結(jié)構(gòu)中，既是教學(xué)的重點又是教學(xué)的難點。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在物理觀念方面，要求學(xué)生能用恰當(dāng)?shù)奈锢砹棵枋龊喼C運動和機械波，能說明機械波的特點，并能解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，知道光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象及其應(yīng)用，認(rèn)識光的波動性，知道光是橫波。在科學(xué)思維方面，要求學(xué)生能根據(jù)現(xiàn)實生活中的振動或擺動的特點，建構(gòu)簡諧運動、單擺等物理模型，能運用這些模型分析問題，通過推理得到結(jié)論，對相關(guān)現(xiàn)象作出解釋。

選擇性必修第一冊模塊包括4個學(xué)生必做實驗，其中“驗證動量守恒定律”屬于科學(xué)驗證方面的實驗，“用單擺測量重力加速度的大小”“測量玻璃的折射率”“用雙縫干涉實驗測量光的波長”屬于科學(xué)測量方面的實驗。課標(biāo)對這部分內(nèi)容在科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面提出了具體的學(xué)業(yè)要求，課標(biāo)要求學(xué)生通過實驗和相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，認(rèn)識到物理規(guī)律的內(nèi)在一致性和適用范圍，認(rèn)識到物理研究是建立在觀察和實驗基礎(chǔ)上的一項創(chuàng)造性工作，在研究中必須堅持實事求是的科學(xué)態(tài)度[1]。

2? ? 教材結(jié)構(gòu)與特點分析

2.1? ? 兼顧知識的邏輯順序與學(xué)生的心理順序

教材在內(nèi)容的組織上，不僅考慮到了學(xué)科知識的邏輯體系，同時也關(guān)注到了學(xué)生的認(rèn)知心理發(fā)展特點。教材內(nèi)容在橫向上，按照課標(biāo)要求的三個主題展開，第一章反映了“動量與動量守恒定律”這一主題，第二章和第三章反映了“機械振動與機械波”這一主題，第四章和第五章反映了“光及其應(yīng)用”這一主題?？v向上，進(jìn)一步優(yōu)化了有關(guān)物理知識的結(jié)構(gòu)，使之更能反映知識之間的邏輯關(guān)系，同時進(jìn)一步理順了知識展開的線索，對知識的鋪墊、概括和引申進(jìn)行了規(guī)劃，使之更加符合科學(xué)的認(rèn)知規(guī)律。例如，第一章“動量與動量守恒定律”，教材以“從天體到微粒的碰撞”導(dǎo)入（圖1），首先介紹了動量的概念，通過理論推導(dǎo)，引入沖量的概念和動量定理，通過實例分析了緩沖運動中動量定理的應(yīng)用;接著，通過實驗探究獲得動量守恒定律，通過實例分析反沖運動與火箭;最后，在碰撞問題的解決中實現(xiàn)了全章內(nèi)容的融會貫通。

2.2? ? 注重情境的創(chuàng)設(shè)與導(dǎo)入的設(shè)計

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，保留學(xué)生的探索興趣，使學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容充滿好奇，教材注重教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)與課程內(nèi)容的導(dǎo)入設(shè)計，在每一章的開始，都設(shè)置了與本章內(nèi)容相關(guān)的精彩導(dǎo)入[2]。例如，教材用“從天體到微粒的碰撞”導(dǎo)入了第1章“動量與動量守恒定律”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“從古代魚洗說起”導(dǎo)入了第2章“機械振動”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“身邊的波”導(dǎo)入了第3章“機械波”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“美妙的彩虹”導(dǎo)入了第4章“光的折射和全反射”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí);用“神奇的光”導(dǎo)入了第5章“光的干涉、衍射和偏振”相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這些章首導(dǎo)入新奇有趣，啟迪思維，能夠有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)探究之中。

教材不僅每一章都有精彩的導(dǎo)入，而且在每一節(jié)的開始也都以不同形式精心設(shè)置了情境導(dǎo)入。這些情境導(dǎo)入有的是從學(xué)生身邊的生活現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理;有的是從現(xiàn)代科技的應(yīng)用入手，啟發(fā)學(xué)生深入思考;有的是通過展示大自然的奇妙，激發(fā)學(xué)生的好奇心，使之產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣;有的是從常見的體育娛樂活動出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生體會其中的物理奧秘（圖2）。

另外，教材在內(nèi)容上注重基礎(chǔ)性、科學(xué)性、選擇性和適用性，體現(xiàn)教材的人文關(guān)懷，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)，關(guān)注全體學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，反映學(xué)科動態(tài)，體現(xiàn)了時代特點。在內(nèi)容呈現(xiàn)上有利于教與學(xué)，發(fā)揮了教材對教學(xué)的支架作用，促進(jìn)物理課程育人功能的落實，注重教材的物理形態(tài)，有利于激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。

2.3? ? 凸顯學(xué)科核心素養(yǎng)與育人功能

教材在知識結(jié)構(gòu)上與課標(biāo)保持一致，在具體內(nèi)容上對課標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)化，充分落實課標(biāo)中關(guān)于學(xué)科核心素養(yǎng)各個方面的要求，落實立德樹人的根本任務(wù)，實現(xiàn)教材的育人功能。

為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，教材中根據(jù)不同實驗的具體功能與特點，安排設(shè)計了不同類型的實驗，包括演示實驗、迷你實驗室、師生共同參與的實驗與探究、學(xué)生必做實驗等。例如，在簡諧運動的相關(guān)內(nèi)容設(shè)計中，為了讓學(xué)生理解、體會簡諧運動是一種非常完美的運動，且可以用數(shù)學(xué)圖像直觀地表征這種完美的運動，教材在“迷你實驗室”欄目設(shè)計了一個彈簧振子在紙板上繪圖的小實驗，實驗中學(xué)生勻速拖動紙板，與彈簧振子相連的筆頭就會在紙板上留下彈簧振子做簡諧運動的圖像。通過這個小實驗，不僅可以幫助學(xué)生理解位移-時間圖像的物理意義，還可以讓學(xué)生親身體會將運動物體的位移在時間軸上展開的思想方法，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。

教材也非常關(guān)注科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面的素養(yǎng)，注重科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。例如，在光的全反射相關(guān)內(nèi)容中，教材以“物理聊吧”欄目為載體（圖3），引導(dǎo)學(xué)生討論“什么情況下看見虹，什么情況下看見霓，為什么現(xiàn)在很難看到天空中的彩虹？你對環(huán)境保護(hù)有什么設(shè)想？”等問題，從而讓學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)，認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境之間的聯(lián)系，增強學(xué)生環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。

3? ? 教學(xué)理念與方法建議

3.1? ? 實驗探究與理論推導(dǎo)并重，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

理論推導(dǎo)和實驗探究在物理學(xué)研究中發(fā)揮著同樣重要的作用。一方面，物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，我們要重視實驗教學(xué)。在選擇性必修第一冊中，課標(biāo)共給出了13條基本要求，其中8條要求通過實驗完成，同時還包括了3個科學(xué)測量性質(zhì)的學(xué)生必做實驗和1個驗證性的學(xué)生必做實驗?？梢?，實驗探究對于物理知識學(xué)習(xí)的重要性。因此，在教學(xué)中我們要重視通過實驗探究物理規(guī)律，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。另一方面，在重視實驗教學(xué)的同時，我們也同樣要重視理論推導(dǎo)在科學(xué)研究中的重要作用。選擇性必修第一冊中關(guān)于動量定理和動量守恒定律的學(xué)習(xí)，課標(biāo)中明確要求“通過實驗和理論推導(dǎo)，理解動量定理和動量守恒定律?！苯滩闹袨榱寺鋵嵾@一要求，在動量定理的內(nèi)容編排上，首先假設(shè)了一個物體在恒力作用下的運動情境，然后利用勻變速直線運動的規(guī)律公式以及牛頓第二定律，通過理論推導(dǎo)物體動量的變化量與作用力和時間的關(guān)系，從而得出沖量的概念以及動量定理。在這部分內(nèi)容的教學(xué)中，我們可以參考教材內(nèi)容的編排與呈現(xiàn)方式，通過實驗探究和理論推導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)論證過程，理解動量定理的物理實質(zhì)與牛頓第二定律的一致性。

3.2? ? 注重理論與實際的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)以致用的意識

物理教學(xué)中注重理論聯(lián)系實際，既符合物理學(xué)科自身的特點，又可以實現(xiàn)學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的飛躍。課標(biāo)中對選擇性必修第一冊的相關(guān)內(nèi)容提出了明確的理論聯(lián)系實際的要求，如“理解動量定理和動量守恒定律，能用其解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象”“能列舉多普勒效應(yīng)的應(yīng)用實例”“初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用”等。因此，理論聯(lián)系實際是物理教學(xué)的一個重要目標(biāo)。

教材中也有很多緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活、現(xiàn)代科技和社會活動過程的內(nèi)容素材，例如，在講多普勒效應(yīng)時，讓學(xué)生解釋當(dāng)救護(hù)車鳴笛從身邊飛速駛過時，聽到的鳴笛音調(diào)為什么會發(fā)生變化;在講共振的防止與應(yīng)用時，讓學(xué)生理解共振破碎機的工作原理以及塔科馬海峽大橋垮塌的原因。類似的還有讓學(xué)生了解光纖通信，認(rèn)識美麗的彩虹，欣賞漂亮孔雀羽毛形成的光柵，觀察超市里用激光掃描條形碼等等。物理學(xué)與人們的生活緊密相連，物理現(xiàn)象就存在于我們周圍。因此，教學(xué)中我們應(yīng)充分挖掘?qū)W生熟悉的生活素材，引導(dǎo)學(xué)生運用物理知識解決這些生產(chǎn)生活中的實際問題，潛移默化地使學(xué)生養(yǎng)成有意識地運用所學(xué)的物理知識分析、思考并處理各種現(xiàn)實問題的習(xí)慣，將物理學(xué)與生產(chǎn)生活聯(lián)系起來。同時，我們還要注重物理學(xué)與現(xiàn)代科技的聯(lián)系，反映物理學(xué)習(xí)的時代特征，使學(xué)生意識到物理學(xué)在現(xiàn)代科技中所起到的關(guān)鍵作用，認(rèn)識到今天學(xué)習(xí)物理學(xué)的意義所在[3]。

3.3? ? 發(fā)揮教材特色欄目的功能，實現(xiàn)教學(xué)方式多樣化

提倡教學(xué)方式多樣化，是高中物理課程的基本理念之一。為了給教師實施多樣化的教學(xué)方式提供有力的支撐，教材中設(shè)置了豐富多彩的特色欄目，諸如 “本章學(xué)業(yè)要求”“素養(yǎng)提升”“實驗與探究”“迷你實驗室”“科學(xué)書屋”“方法點撥”“策略提煉”“拓展一步”“物理聊吧”等。教師可以充分利用這些特色欄目，創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，理解物理學(xué)的本質(zhì)。例如，我們可以利用“實驗與探究”欄目中規(guī)范的驗證實驗和探究實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力;利用“迷你實驗室”中妙趣橫生的趣味小實驗激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣（圖4）;利用“DIS實驗室”引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)代信息技術(shù)與物理實驗有機融合;利用“科學(xué)書屋”中的科技信息拓展學(xué)生的視野，彰顯物理學(xué)的人文關(guān)懷;利用“方法點撥”欄目向?qū)W生滲透科學(xué)研究方法和科學(xué)思想;利用“策略提煉”教給學(xué)生物理問題解決的方法;利用“物理聊吧”引導(dǎo)學(xué)生暢所欲言，培養(yǎng)學(xué)生的交流合作能力[4]。

3.4? ? 顯化模型建構(gòu)的思想方法，提高學(xué)生的建模能力

模型建構(gòu)是一種認(rèn)識客觀世界的手段和思維方式，是指學(xué)生根據(jù)研究問題和情境，利用抽象化、理想化、簡化和類比等方法，抽象出研究對象的本質(zhì)特征，構(gòu)成概念或者體系的過程[5]。物理教學(xué)中注重物理模型的建構(gòu)與應(yīng)用，有利于加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，對提高學(xué)生的深層次學(xué)習(xí)具有重要意義。選擇性必修第一冊內(nèi)容中包含有彈簧振子、單擺、簡諧運動、彈性碰撞等多個物理模型，且課標(biāo)對這部分內(nèi)容的教學(xué)也提出了明確的建議“通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運用已有的概念和規(guī)律分析常見的碰撞、機械振動、機械波等現(xiàn)象，建構(gòu)彈性碰撞、簡諧運動、單擺等模型，在研究碰撞現(xiàn)象、單擺運動等實驗過程中，提高建模能力?！币虼耍覀冊诮虒W(xué)中要充分利用這些模型的教學(xué)，顯化模型建構(gòu)的思想方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力。

例如，在單擺模型的教學(xué)中，我們可以引導(dǎo)學(xué)生分析教材中關(guān)于單擺的表述：“把一根不能伸長的細(xì)線上端固定，下端拴一個小球，線的質(zhì)量和球的大小可以忽略不計，這種裝置稱為單擺?！笔紫龋@里是將研究對象模型化，球的大小忽略不計，是將球抽象為一個質(zhì)點模型，細(xì)線的質(zhì)量忽略不計且不能伸長，是將細(xì)線抽象為物理學(xué)中的輕繩模型和非彈性繩模型，它們的組合產(chǎn)生一個新的模型，即單擺模型。單擺在小角度擺動時所做的運動為簡諧運動，我們平時所說的單擺模型是指單擺在小角度擺動時做簡諧運動的模型，這里既包含研究對象的模型化，又有研究對象所處的條件模型化以及物理過程的模型化思想。物理模型是感性思維與理性思維相統(tǒng)一、具象與抽象相結(jié)合的產(chǎn)物，教學(xué)中我們可以通過分析物理模型的建立和發(fā)展過程，展示物理模型所包含的豐富內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理模型建立的過程，體會物理模型建立的思想方法，提高學(xué)生的物理建模能力。

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（欄目編輯? ? 廖伯琴）