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为了准确理解课程标准的基本理念，此次教科书在落实“物理学科核心素养与课程目标”方面主要是通过如下的安排来体现的。 1. 物理观念的建立 “物理观念”是课程标准中提到的四个物理学科核心素养之一。它主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素。 编者认为要想使学生理解物理观念，首先，要注意物理概念、规律的学习。为此，我们加强了概念、规律的探究学习，以使学生对相关的概念、规律有深入的理解，并且促进概念、规律的结构化。例如，瞬时速度概念的建立对多数学生来说是比较困难的，需要一个逐渐建立的过程。 教科书在学过平均速度之后，先向学生提出“平均速度描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度及方向。那么，怎样描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢？”的问题，让学生主动思考，提出自己的想法。随后，教科书通过形象的语言向学生渗透“极限”的思想，使学生建立瞬时速度的概念。 在学生有了一定的基础之后，教科书注意将有关概念、规律与核心概念建立联系，适时加以整合提升，形成科学的物理观念。例如，为了加强物质观的教学，教科书在必修第一册第一章第1 节“质点参考系”中特意设置了如下旁批：“我们生活的客观世界是物质的，物质由分子、原子等组成，我们所看到的物体是物质的聚集状态。研究机械运动，需要描述物体位置随时间变化的规律。”在必修第一册第二章第4 节中设置了如下旁批：“世界是物质的，物质的运动有多种形式，例如机械运动、热运动和电磁运动等。这些不同的运动形式有着不同的运动规律，我们将陆续学习。”在必修第三册第九章第3 节“电场电场强度”中写道：“场像分子、原子等实物粒子一样具有能量，因而场也是物质存在的一种形式。”在第十三章第4 节“电磁波的发现及应用”中设置了如下旁批：“实物粒子是物质存在的一种形式，场是物质存在的另一种形式，它们都是客观存在的。场具有能量。”为了加强能量的观点，教科书在必修第二册第八章第4 节“机械能守恒定律”中设置了如下旁批：“能量是人们研究物质世界非常重要的一个物理量，是物质运动的统一量度。物体运动虽然形式各异，但是每种运动都具有相应的能量。能量及其转化将各种运动统一、联系起来。” 编者认为，只有在进行概念、规律的教学中适时注意将有关概念加以整合提升，才能使学生的物理观念水到渠成地建立起来。 2. 科学思维的培养 科学思维是人们对客观事物进行分析、推理，从而概括、总结出事物的本质及内在规律的思维及方法，这是物理教育中必须关注的一个方面。培养学生的科学思维能力是物理课中非常重要的任务，也是此次课程改革的重点。为了更好地培养学生的科学思维，我们在教科书中做了如下的安排。 （1）加强模型建构能力的培养 模型建构是物理学习及研究中重要的方法与手段，其中包含分析、抽象和概括等思维方法，是科学思维能力培养的重要内容。为了加强这种能力的培养，教科书首先在相应的正文中突出模型建构的思想。例如，在分析物体是否可以看成质点时，课文就从以下几种情况进行了分析：有时物体上各点的运动有差异，但差异很小，如果这种差异对所研究的问题影响很小，就可以把它看成质点；有些运动的物体虽然各点运动的差异不小，但是所研究的问题并不关注物体某部分细节的变化，而是考虑物体整体的变化，这时也可以将物体看成质点来处理；有些物体虽然不能忽略大小和形状，但是物体各点的运动情况完全一样，这样的物体也可以看成质点来处理。再比如，在匀速直线运动、点电荷和弹簧振子等内容中也都努力体现理想化、模型建构的思想，使学生逐步学习、领会模型建构的思想，并能在实际问题中加以应用。 除了在正文中体现模型建构的思想外，教科书还特意在适当的地方用“旁批”的形式对模型建构的思想加以提示，以引起学生对这一方法的重视。例如，在正文“质点”的概念旁边特意设置了这样的旁批：“在物理学中，突出问题的主要因素，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点这一理想化模型就是这种方法的具体应用。”在伽利略理想实验旁边设置了旁批：“伽利略理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。”类似的旁批在教科书中还有多处出现。 （2）加强科学推理、论证等科学思维的培养 科学推理和科学论证是物理学习与研究中重要的思维方法，是科学思维的主干。教科书在主要的概念、规律学习中都体现了推理与论证。例如，在自由落体的学习中，教科书首先通过伽利略富有说服力的推理，得出“重的物体与轻的物体下落同样快”的结论，接着又设计实验，用实验证明了重的物体与轻的物体下落得确实同样快。再比如，在牛顿第二定律的探究中，教科书先根据学生的生活经验，提出加速度与力、质量有关，接着请学生自己设计实验、收集数据得出具体的关系，这实际上就是一个获取证据，进行推理论证的过程。 在物理研究与学习中，有些方法对科学推理与论证体现得比较直接，如由一般性结论推出个别性结论的演绎推理，或由部分推出一般的归纳推理。但是有些物理学方法则有可能含有多种思维方法，如物理中常用的控制变量的方法，其中就含有推理与论证。 像观察、控制变量、用物理量之比定义新物理量以及极限这些物理学科的方法，虽然与推理与论证等思维方法分类不同，但是也是物理学科经常运用的一些方法，应该让学生了解和学习。 为此，我们根据学习的内容在适当的地方对这些方法进行了介绍。例如，在说明如何探究加速度与力、质量的关系时，教科书在旁批提到：“从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系是非常困难的。面对这样的问题，我们通常采用控制变量的方法进行研究。”另外，还在这节的最后专门设置了“科学方法”栏目介绍控制变量。 教科书在每册书中都设置了一个“科学方法”栏目，较为详细地介绍一种科学方法，包括：必修第一册“科学方法控制变量”，必修第二册“科学方法演绎推理”，必修第三册“科学方法物理量之比定义新物理量”，选择性必修第一册“科学方法分析与综合”，选择性必修第二册“科学方法抽象与概括”，选择性必修第三册“科学方法理想模型”。 （3）设置开放性问题，加强质疑创新思维的培养 创新是当代社会的主旋律，而创新往往从质疑开始。为了加强质疑创新思维能力的培养，教科书提出问题引起学生思考。例如，对原有的结论提出质疑；给出典型的质疑创新的例子（例如伽利略对亚里士多德的质疑）；给出开放的解决问题的方法，如探究中给出多个方案，体现解决问题可以有不同路径的思想；给出开放性的课题让学生自主探究，自己提出猜想与假设、设计方案、得出结论；提出问题，让学生从正反两方面来阐述。猜想与假设、对自然规律某些特征所持的信念，这些是创新思维中最活跃的因素。 在培养学生的创新思维方面，教科书重视系统性布局，形成循序渐进、前后呼应的线索。例如，在必修第一册中，教科书系统地安排了学生设计和应用加速度传感器的创造性活动：首先在学习自由落体运动时，让学生用手机中的加速度传感器测量自由落体的加速度，知道手机可以同时测量并显示三维空间三个不同方向的加速度；在学习牛顿第二定律后的“复习与提高”中让学生用弹簧和小球设计一个能测量并显示竖直方向加速度的传感器，并进一步要求学生设计一个测量水平方向加速度的传感器；在必修第二册的“课题研究”中，教科书编写了一个用手机测量甩手时手腕的向心加速度的课题研究范例。这样，学生在理解物理原理的基础上，应用所学知识循 序渐进地完成一系列创造性活动，增强了创新意识，提高了创造能力。 3. 科学探究的设计 编者认为广义的科学探究应该是：探究者通过自身主动参与、发现问题、解决问题的过程，科学探究应该体现在整个学习过程中。鉴于此，教科书没有设置单独的“探究”栏目，而是从整体上以探究的思路展开。因为如果设置这样一个栏目，容易产生不是这个栏目的内容就不是“探究”的误解。其实科学探究是一种精神，是一种思维方式。在一定程度上可以说，人们对未知事物的探求精神是与生俱来的，科学教育应该保护并发扬青少年的探究精神。为了加强科学探究，本套教科书主要采用了以下一些做法。 （1）问题导向 在每节课的开始，都提出一个具体的问题，以引发学生的思考，培养学生的问题意识、思维习惯。这种问题意识既可以培养科学探究中要求的“提出问题”的能力，又可以使学生带着问题进行概念的建构、规律的探究。例如，必修第一册第三章第3 节“牛顿第三定律”中的“问题”栏目用大人小孩掰手腕的问题，许多学生脑子里已有的错误概念就会暴露出来。 为了将这种从问题引入探究的思想贯彻始终，我们在编写教科书的过程中注意适时设置“思考与讨论”“ 做一做”栏目，使学生在“动脑”与“动手”两个方面，进一步展开讨论与探究。 （2）设置专门的实验探究 对于一些需要通过较复杂的实验来探究学习的内容，教科书多数都安排了专门的“实验探究”，如“实验：探究加速度与力、质量的关系”，这类实验主要是引导学生自主探究，实验的名称通常是“实验：探究……”。而其他实验则没有“探究”二字，如“演示静摩擦力的大小随拉力的变化”“实验验证机械能守恒定律”，这类实验不以探究为主，而以演示、验证为主。为了加强探究性实验的探究性，教科书只从思路上引导学生如何开展探究，而没有给出具体的实验操作步骤。思路讨论清楚后，教科书给出2~3 个参考案例，而不是固定的一个方案，从而充分体现探究精神。 （3）设置“课题研究” 为了将学生的探究活动拓展到课外，培养学生将探究的思想应用于日常生活，本套教科书还在每册书的最后设置了“课题研究”栏目。栏目中给出一个具体的研究样例，然后给出供选择的参考选题。这些样例与选题都与学生生活紧密相连。例如，必修第三册的研究课题样例为“充电宝不同电量时的电动势和内阻研究”，供选择的参考选题为“手机耗电因素的研究”。这种课题研究既能锻炼学生研究综合问题的能力，也能培养学生关注科学与技术以及社会的相互联系，提高学生自觉做有社会责任感公民的意识。 4. 态度与责任的渗透 在科学研究中，严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度非常重要。为了加强科学态度的培养，教科书在科学探究以及实验操作等相应部分，多次渗透这样的科学态度。例如，教科书在序言中就特别指出物理学的目的是求真，客观事实是判断对错的标准，猜想和论断必须能经受得住实验的检验和逻辑的推敲。在必修第一册“学生实验”中还专门提到：“实验来不得半点粗心和虚假。实验数据从来不以人的意志而改变。要获得正确的实验结果，离不开严谨、求真的态度。实验中观察到的现象、测量的数据、得出的结论，很可能跟预期的不一样，这时我们要实事求是，尊重事实。不能随意更改记录去‘凑数’。” 科学家在科学研究中所体现出的科学精神，是学生形成正确的科学态度与责任的又一重要来源。为此，教科书在适当的地方注意这种科学精神的体现。例如，教科书设置专门的栏目介绍伽利略、法拉第等科学家。在谈到万有引力定律发现中各位科学家的贡献时，特意设置旁批：“哥白尼、第谷、开普勒这些科学家不畏艰辛、几十年如一日刻苦钻研的精神是成功的基石，值得我们学习。”在电磁感应相应内容处设置旁批：“法拉第对科学的热爱以及对科学研究持之以恒、坚忍不拔的态度是他获得巨大成就的重要原因之一。” 另外，教科书每章前富有针对性的名人语录也能在态度与责任方面起到很好的教育作用。 |
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