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【人教版】对高中物理必修1和必修2教材的认识(王志芳)
  作者:王志芳   发布者:学科专家  发布时间:2012-02-03

    中学物理新课程教学改革旨在促进中学物理课程教与学改革沿正确、有序的方向进行。要努力促使教师转变教学行为,使教师通过多样化的教学方式以及教学实践的改进,帮助学生学习物理知识与技能,培养其科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神,为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。

    从2004年9月开始,山东省进入首批高中新课程改革实验区。在山东省教育厅的领导下,新课程改革经过六年多的实践与探索,我们已基本上掌握了新课程的教学体系,领悟了新课程的教学理念,新课程改革正在稳步地向前发展。我们滨州市采用的是人民教育出版社编写的普通高中课程标准实验教科书《物理》新教材。新教材较以前人教版教材最大的不同是实行模块教学,体现了全新的课程理念。无论是教材体系的安排,还是内容的取舍方面都有了较大的改变和改进,更符合学生的认知规律和物理学本身的逻辑线索。如何使用新教材,是全体高中教师的一项主要课题,全体教师必须认真学习新教材,钻研新教材,做好初高中物理教学的衔接工作。

    一、对必修教材结构的整体认识

    必修1:第一章运动的描述

    第二章匀变速直线运动的描述

    第三章相互作用

    第四章牛顿运动定律

    必修2:第五章曲线运动

    第六章万有引力与航天

    第七章机械能及其守恒定律

    在必修教材中,第一章主要内容是学习描述运动的物理量:质点、参考系、坐标系、时刻和时间间隔、位移和路程、速度、加速度,而在第二章中,就是用第一章学习的这些物理量来描述物体做匀变速直线运动的规律的。在这两章中,教材的衔接比较自然、流畅,具有承上启下的作用,前两章教材主要是从运动学的角度研究一种特殊的运动模型----匀变速直线运动。

    第三章重点安排了力学中的三大性质力----重力、弹力和摩擦力以及力的合成与分解的方法,第四章则在第三章的基础上,从动力学的角度来分析物体的运动,通过牛顿运动定律将动力学问题和运动学问题紧密结合在一起。

    第五章曲线运动,重点阐述了曲线运动的特点和两种特殊的曲线运动----平抛运动和圆周运动,第六章的万有引力与航天也是曲线运动中的一种典型实例,第五章则从功和能的角度来研究力学问题,阐述了力学中重要的物理规律----动能定理和机械能守恒定律。在日常生活中,有的物体做直线运动,有的物体做曲线运动,必修1教材中,学习的知识不应只运用到直线运动中,在曲线运动中也应该使用。

    由此也体现出了解答力学问题的两条主线:一是力的角度(牛顿运动定律和运动学公式相结合),二是能的角度(动能定理和机械能守恒定律)。

    总之,必修模块中的这七章的教材,将物理学中的力学问题的解答思路以比较鲜明的方式表达出来,为学生将来学习电场、磁场等知识打下坚实的基础。

    二、注重知识的循序渐进

    要学懂物理学,有很多应该注意的事情,但有极其重要的一条,那就是循序渐进。一个5米高的峭壁,没有专门的工具、没有经过专门训练的人难以攀登,而泰山高1524米,一般的人都能爬上去,这是因为泰山路上开凿了所有健康人都能接受的台阶。教学也是这样。凡是教学中的难点,一般说来都是新内容与学生已有的认知之间存在较大的落差。正确分析这个落差,搭好合适的“台阶”,正是教学艺术性之所在。

    (一)矢量的教学

    新教材是通过以下几个阶段来引导学生学习的:

    1.通过位移初步接触矢量

    几十年来,我国高中物理教科书既有从力开始的,也有从运动学开始的。课标教科书从运动学开始,目的之一是使矢量的教学能循序渐进。在高中阶段,对矢量的认识要突出两点:方向性和加法法则。对于高一学生来说,两者都不容易。如果先学力,学了方向性后,几乎立即就要学习相加的法则,两个难点相距太近。因此,新教科书先学位移,通过位移初步接触矢量。在《必修1》第一章第2节说“像位移这样的物理量叫做矢量,它既有大小又有方向……”这里描述了矢量的一个特征,但不是下定义。

    2.通过思考与讨论“领悟”到矢量相加具有特殊的规律

    《必修1》第一章第2节有个“思考与讨论”:一位同学从操场中心A出发,向北走了40m,到达C点,然后又向东走了30m,到达B点……你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗?

    这里并不要求学生完整地得出平行四边形或三角形的法则,但一定要让学生思考。只要能够认识到最终的位移并不是把40m与30m相加就可以得到的,这就可以了。教学中要设法让学生心里存疑。新课程不是鼓励学生的探究精神吗?存疑就是教师预先埋伏下的问题,探究的开始。学生会不自觉地对这个问题做出或浅或深的猜想与假设……这对于后来的学习是很有意义的。

    3.通过实验探索矢量相加的法则

    《必修1》第三章,学生通过实验了解了力相加的法则,为矢量的完整定义打下了基础。

    4.矢量的定义

    在第三章,学过了力的合成、力的分解这两节之后,教科书才给出矢量的定义。这里强调的是,并非所谓有“方向”的量都是矢量,矢量必须遵从一定的加法法则。

    5.通过“说一说”深化矢量相加的法则

    知道了定义并不等于掌握了这个概念。在知道了矢量的定义之后,教科书以速度矢量为例详细地讨论了在一条直线上的v1、v2与它们的变化量Δv之间的方向关系,为以后学习加速度的方向与速度方向的关系打基础。

    在这样的讨论之后,“说一说”栏目又引导学生进一步讨论当v1、v2不在一条直线上时求它们的变化量Δv的方法。

    到了《必修2》,研究做匀速圆周运动的物体的加速度方向时(小字),又一次运用求矢量之差的方法。经过这么几个台阶,学生对于矢量的认识才能达到较高的水平。

    (二)在方法教学中遵守循序渐进的原则

    要让学生掌握方法性的东西,不能靠灌输,只能靠学生的实践。只有学生多次接触这类问题,才能在以后见到时“掌握分寸”。下面是新教科书为这个方法的教学所做的系统化、结构化的设计。

    1、《必修1》第一章:平均速度和瞬时速度──一个小区间里各点的瞬时速度可能不一样,但只要区间足够小,可以用这小段的平均速度来代替。

    2、《必修1》第一章:用打点计时器测速度──让学生在实验中亲手用平均速度来代表瞬时速度。

    3、《必修1》第二章第3节“思考与讨论”:已知相隔0.1s的几个时刻的瞬时速度,估算这段时间中的位移。这里要用各点的瞬时速度乘以0.1s,表示质点在这个时间间隔中的位移。

    4、《必修1》第二章:通过v-t图象导出匀变速运动的位移公式,这是前面思考与讨论中阐述的思想的发展。

     5、《必修1》自由落体运动之后的“问题与练习”中的第3题:通过照片估算照相机的曝光时间。

    编者提倡的方法是:计算石子落到A点时的速度,AB距离与速度之比即为曝光时间。应用这个解法的前提是石子的速度在A、B之间没有多大的变化,可以用一个不变的量(A点的速度),代替变化的量(实际上在变化的速度)。

    6、《必修2》“探究弹性势能的表达式”一节:计算变力做的功。随着弹簧的伸长,弹力在不断增加,但伸长的长度很小时,可以用一个不变的力代替这个变化的力。

    在这样多次接触中,学生将体会运用“以不变的量代替变化的量”的方法。方法的教学也像知识的教学一样,不求一次到位,而是要多次运用、逐渐领会。

    三、倡导探究,注重过程

    新课程改革十分强调科学探究在课程中的作用,但在新课程教材中并没有“科学探究”这个栏目,实际上科学探究贯穿于整个教材中。科学探究是一种精神,在一定程度上可以说,人们对未知事物的探究精神是与生俱来的,科学教育应该保护并发扬青少年的这种精神,因此,我们所使用的人教版教材从整体上是以探究的思路展开的。

    质点在高中物理中是一个重要概念。因此在教学中一开始就要让学生明白质点是:没有形状、大小,而具有物体全部质量的点。它是一个理想化的模型,是人们在研究实际物理问题时,抓住主要因素,忽略次要因素的一种科学抽象。的学生会误以为小物体一定都可以看成质点,而大物体如地球、太阳等就不能看成质点。因此在教学中要多举实例并进行讨论,注意帮助学生学会对具体问题进行具体分析。如果在所研究的问题中,物体的形状和大小产生的影响小到可以忽略不计,或者物体上各部分运动的差异是次要的、不起作用的,我们就可以把该物体看成质点。这就是科学抽象的过程。例如我们研究地球的公转时,可以不考虑它的自转,把它看成质点。而在研究地球上的昼夜变化时,必须考虑它的自转,就不能把它看成质点。在教学中要通过对质点的认识过程,使学生学习这种科学思维的方法,体会理想化模型在探索自然规律中的作用,逐步学会独立分析和解决问题。

    又如:在第二章开始的时候,是这样安排的:“寻求一种运动的特点和规律,一般要从某个具体实例开始。这一节我们用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动,看看小车的速度是怎样随时间变化的。”提出这样的问题,然后引导学生进行实验,分析数据,得出结论,这是一个典型的科学探究事例。这样的探究事例还有:“探究加速度与力、质量的关系”、“探究功与物体速度变化的关系”、“探究求合力的方法”等。

    从教学活动的角度来看,高中物理中的科学探究不全是实验探究,这点必须强调。通过自己的探索,变未知为已知,这样的教学活动就是科学探究。在这种思想指导下,教材中安排了几个典型的、没有实验活动的科学探究,例如第七章第5节“探究弹性势能的表达式”和第五章第6节的“探究向心加速度大小的表达式”,在这两个探究活动中,采用提示的方法,帮助学生建立台阶,能够不太困难地走下去。科学探究的活力在于每个具体的探究都与另一个可能不一样,它不是僵死的教条,无论是科学探究中的探究还是科学课程中的探究,都是这样。

    四、重视科学思想与科学方法

    科学方法是高中物理三维课程目标的重要组成部分。物理学大厦有坚实的实验基础、严谨的逻辑体系,它的方法已经成为当今各门自然科学的典范。原原本本地把物理学学好,这是在物理课程中进行科学方法教育的最基本的途径。前面提到“落实三维课程目标的前提是学懂物理学”就包含了这层意思。引导学生以独立思考为基础,循序渐进地,条理清晰、层次分明地学好物理学,是落实科学方法教育的前提。新教材在以下几方面做了努力以突出科学方法的教育。

    (一)从特殊到一般的科学方法

    人类对于事物的认识都是从特殊开始的,但又有不止于具体的事物。

    1.匀速圆周运动的加速度的方向

    过去往往按下面的思路认识匀速圆周运动的加速度的方向。

    用细线系一个小石块,手握细线的另一端把它抡起,使它绕手做匀速圆周运动;石块没有沿切线方向飞出去,那是因为受到了细线对它的力,这个力指向圆心;石块运动的加速度的方向与力的方向一致,因此也是指向圆心的。由此得出结论:做匀速圆周运动的物体的加速度是指向圆心的。

    这个教学思路的问题是:从一个特例得到的结论没有进行分析就推广到一般情形了。如果经常这样处理,久而久之会使学生形成以偏盖全的思想方法。新教科书是沿以下线索展开的。

    先展示下面两个情景,一是在光滑水平面上用绳子拉着一小球做匀速圆周运动,,二是地球围绕太阳做匀速圆周运动,让学生体会到:在这两种情形中,加速度的方向是指向圆心的。然后用运动学的方法分析速度矢量的方向,得出一般性的结论。

    新教材分析加速度的方向时不涉及任何石块、小球、地球等具体的物体,得到的是普适的结论,没有右图那样的实例同样可以得出结论。那么,实例在这里有什么作用呢?实例给了我们强烈的提示:“虽然没有十分的把握,但很可能是这样的!”没有逻辑推理不可能得出普遍性的结论,而脱离实际的推理可能使我们迷失方向。这样做的目的之一是向学生展示科学的本来面目──科学是在猜测、分析与验证的过程中前进的。

    2.匀变速直线运动的规律

    在匀变速直线运动的教学中,编者也遵循了从特殊到一般的科学方法。

    第二章的第一节是“实验:探究小车速度随时间变化的规律”。在这一节,学生运用第一章学到的使用打点计时器的技能、利用图象研究运动的技能,以及速度、加速度等概念,研究小车在重物牵引下的运动。

    通过对小车运动图象的分析,学生会看到:自然界存在着这样一种运动──它的速度-时间图象是一条倾斜的直线!这是一个具体的事例,学到这里,第一节课的任务就完成了。

    第二节课对这个事例进行分析,于是发现,如果速度-时间图象是一条倾斜的直线,这个运动的加速度就是不变的。这样我们就能定义匀变速直线运动。从此以后教科书脱离了小车这种具体运动,进行匀变速直线运动的一般性研究,最后得到匀变速直线运动的几个量之间的三个关系式。

    这段教学始于对“小车在重物牵引下运动”这样一种具体运动的研究,结束于匀变速直线运动的普遍性规律。教学中不一定要把这句话告诉学生,但是教师心中应该明确,要清清楚楚地按这个思路去讲。久而久之,这种科学方法会自然而然地在学生头脑中生根。

    五、新课程改革对教师提出了更高的要求

    (一)教师应合理整合课程资源,灵活把握新教材

    新课程倡导教师“用教材”而不是简单地“教教材”。教师要创造性地用教材,要在使用教材的过程中融入自己的科学精神和智慧,要对教材知识进行重组和整合,选取更好的内容对教材进行深加工,设计出活生生的、丰富多彩的课来,充分有效地将教材的知识激活,形成有教师教学个性的教材知识。既要有能力把问题简明地阐述清楚,同时也要有能力引导学生去探索、自主学习。

    教师从学生的经验出发,贴近学生的生活实际,从问题情境出发,引导学生探究学习、体验学习,这样的课堂学习才有的放矢。新课程的理念告诉我们拿到教材后,千万不能就教材“教”教材,而是利用教材组织各种各样的活动,根据学生发展的需要对教材进行调适和重组,也就是说要因材施教,具体问题具体分析。

    过去的教和学都以掌握知识为主,教师很难创造性地理解、开发教材,现在则可以自己“改”教材了。教材中编入了一些让学生猜测和想像的内容,以发展学生的想像力和各种不同的思维取向。教材中提供了大量供学生自由阅读的栏目以及课题学习。对于这些知识我把它们改成学生课外学习研究的材料,让学生通过询问、调查、阅读有关书籍和上网查阅等多种渠道搜集有关这些知识资料并通过书面形式打印出来供全班同学阅读。这样做既锻炼了学生解决问题的能力,又极大地丰富了他们的课外知识。

    (二)新课程期待教师角色的转变和学生学习方式的转变

    新的课程改革要求教师对自己的角色进行重新定位,新课程的重要任务是转变学生的学习方式,为学生构建起一个自主、体验、探究、合作、交往的学习平台。学习方式的转变期待教学模式的转变,教学模式的转变始于教师角色的转变。面对新课程,教师首先要转变角色,确认自己新的教学身份。在教学活动中教师应主动地把学生放在主体的位置,把自己放在主导的位置。本人亲身经历这个定位转换过程,深切地感受到了新课标要求下的探究式教学是传统意义上教学的深化和提高,要做好“主导”比做好“主演”更难,每一位新课改中的教师都要把自己放在一个引导、辅助的位置上。

    新课程理念指导下的课堂教学应尽可能地从各个角度告诉学生首先应该珍惜环境,通过和自然的接触,去领悟大自然的神奇与博大,懂得欣赏自然的美,对自然充满热爱之情。新课程指导下的学生不应是“我的眼中只有自己”,而应是关爱他人,通过和他人的接触、交流,学会理解他人的生活习惯、个性特点,懂得尊重人、体谅人。通过与人交往、合作,形成团结、合作的精神。新课程对学生主动学习、综合实践能力和互相协作的能力的要求提高了。在新课程学习中,学生学到的不仅仅是学科知识,而且能将所学到的学科知识灵活应用到实践中去,这对学生来说是一个巨大的挑战。新课程培养的是学生自主学习的能力,培养学生适应社会的能力,在学生的学习中能够达到触类旁通、举一反三、融会贯通。

    新课标要求教师的教学要尊重学生的兴趣、符合学生的认知水平,要注重学生的学习过程、关注学生的情感体验。我认为这样做,能够使学生对知识产生亲近感,从内心乐意去接受新的知识,使知识变得更易识记、更易掌握。例如,对于匀变速直线运动的教学,以往的教学过程可能十分简单,通常是教师在黑板上板演推导匀变速直线运动的规律,接着讲解几个例题,最后总结解题规律。从表面上看,一堂课讲解了好几道例题,教师会认为学生已经掌握了匀变速直线运动的公式,实际上却不行,很多的学生经历了几个星期的学习也不能把位移与时间的关系和位移与速度的关系式很明确地记录下来。究其原因是因为学生没有经历探究规律的过程,没有得到情感的体验,很难去对知识进行合理建构,很难把知识内化为自身的识记,将知识学深学透。如果教师事先设计好几种题型,并注意题目的递进性,引导学生去充分体验,去感悟,在这个过程中,学生可能会遇到很多的障碍,要走很多弯路,这都无所谓,关键是通过这样的教学过程,既锻炼了学生的探究能力,又使学生经历了物理规律的运用过程,这将使他们在今后的学习过程中运用此公式时,更加自如,更加灵活。

    (三)教师要加强终身学习的意识和能力

    新课改不仅要求学生“学会学习”,同时也对教师的学习提出了更高的要求。教师必须加强终身学习的意识和能力。现代信息社会知识更新迅猛,仅有在学校所获得的知识,已经远远不能适应教师专业发展的需要,因此,每个教师都必须成为终身学习者,不断地学习,提高自己的知识水平。过去我们常常津津乐道于教师“一桶水”相对于学生“一杯水”的丰富渊博,现在“一桶水”的容量已远远不能满足学生的需要,教师必须时刻吸纳新知,不断丰富和提高自己,成为学生的“源头活水”。

    (四)教师要培养和发展自己的反思能力

    反思是一个人成长与发展的核心能力之一,新课改要求教师不断培养和发展自己的反思能力,成为反思型教师。如果一个人只是一味地学习而不思考,那他就会陷入迷惘困惑。新课改要求教师经常思考和反思,面对各种新的教育思想、资源、手段和方法,教师不能简单地拿来复制粘贴一下就行,而要做出科学分析,结合自己学校和班级的实际情况及自身优势,为我所用,以改进自己的教育教学。教师要获得专业发展,首要问题是在反思中学习。学习者主动参与的学习,才是自觉的、心情愉悦的,也才是高效的。

    (五)教师要成为新课程的开发者

    教师应该成为课程的开发者,在以往的教学中,教师往往只是课程和教材的忠实执行者,教师的独立思想和创造性发挥受到很大限制。新课改要求教师根据具体情况开动自己的大脑,创造性地进行教学工作,新课改原则上为教师创造了广阔的空间,让教师发挥自己的才能和奇思妙想,由课程的“守成者”变成“开发者”。

    新的课程改革已经全面展开,作为一名新课程改革中的物理教师,我们应该不要怕摔跤,不要怕挫折和困难,要不断学习、反思,不断充实自己,积累经验,在实践中去感悟新课程理念,体验新课程,尽快使自己在新课程中成长壮大起来。课改恰如一阵春风,正应了那句古诗“忽如一夜春风来,千树万树梨花”。阿基米德说过;“给我一个支点,我就可以撬起地球。”那么,就让我们给学生一个探究的天空,让他们用“探究”这一支点去“撬起”整个知识王国吧!作为教师的我们沐浴着新课改的春风,相信不久的将来一定会迈向成功教育的彼岸!

 
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