编写思路
  《物理3-1》是为今后向理科方向发展的学生设计的。本册教材力求体现《标准》的理念,让学生经历物理学的实证研究和理性思维过程,学习物理学的研究方法,了解物理学与社会发展、技术进步的关系。教材编写的思路是:

  · 通过比较完整的、系统的物理探究活动,展示物理学的核心内容,落实三维目标。

  · 让学生在物理实验、理论思维与数学方法应用等方面得到比较充分的训练,学习探索物理世界的方法和策略。

  · 更多地关注物理学与科技发展的前沿,培养和发展学生的科学志趣和将科学服务于人类的意识。

教材结构


 

教材设计

  本模块通过两种方式创设探究情景,进而产生问题串、问题链:
  ·在学生具体的感知和操作活动,营造问题情景,产生问题串、问题链。
  ·通过自然现象、人类探索活动,营造问题情景,产生问题串、问题链。

 

  第1章“电荷的相互作用”,教材首先创设了一个“电闪雷鸣”的自然情境,进而引发出:“雷电是怎样产生的?”“电是从哪里来的?”“物体带电的本质原因是什么?”“电荷具有哪些特性?”“电荷相互作用服从什么样的规律?”“人类怎样利用这些规律的?”等等一连串问题。接着,通过一个一个实验探究和分析论证活动展开本章内容。
  第2章“电场与示波器”和第3章“从电表电路到集成电路”,教材分别选择“示波器”和“多用电表”为探究情景的载体,将探究电场的力的性质和能的性质融入使用示波器和探究示波器工作原理的过程与方法中;将探究电路中的电流、电压、电阻等问题,融入学生用多用电表测量这些电学量和对多用电表内部电路的分析活动。
  第4章“闭合电路欧姆定律”,教材以多用电表测量路端电压活动产生的疑问为情景,将“电源的电动势和内阻”、“闭合电路欧姆定律”和“电路中能量转换”等一系列问题,融入用多用电表测量电学量和分析包含电源的闭合电路的活动。
  第5章“磁场与回旋加速器”,教材以我国古代的磁学研究和“巴伐利亚的悬赏征文”引入,产生一系列问题,让学生开展对磁场和电磁联系的探究活动,然后通过神奇而色彩绚丽的极光和令人惊叹的巨大的回旋加速器为探究情景,展开对安培力和洛仑兹力的探究。

主要特点

  传统教材对本模块内容的处理,基本是以“双基”为中心,侧重公式推导和计算,不作实验探究上的要求,分析论证过程也基本是和盘托出。为了充分体现“提高全体学生的科学素养”这一课程目标的核心内容,我们参照《标准》要求,认真选择、组织、编排和呈现“电场”、“电路”和“磁场”三个领域的内容,在两个“突出”、三个“联系”、一个“尝试”上做了较大的努力。


  突出让学生经历科学探究过程。
  突出实验研究与理论分析结合,重视方法指导。
  强调联系生活、联系社会、联系现代科学技术。
  在教材中的灵活性和开放性作了较多的尝试。

  1. 突出让学生经历科学探究过程
  为了让学生经历科学探究、体验探究的乐趣,学习科学探究的方法,本模块5章共安排了4个完整的科学探究活动、22个引导学生进行“实验探究”、18个“分析论证”。展示了2个完整的历史上的探究过程。
  4个完整的科学探究活动为:

  “测量电源的电动势和内阻”、“探究电阻定律”、“探究安培力的方向”、“探究安培力的大小”。

  展示的2个完整的历史上的探究过程为:

  “库仑的探究和发现过程”、“奥斯特的探究过程”。


  这些探究活动中,本模块教材突出了实验探究在物理学习中的重要地位。为了保证实验探究,本教材设计的绝大多数实验所需要的实验器材都是普通中学的实验室配有的,有少量实验器材也只需要师生稍作努力就能够找到和自制的。在这一点上,我们仍然继承了我国中学物理实验教学的优良传统:“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”。

  例如,1.2节 “探究电荷相互作用规律”,教材安排了“决定电荷相互作用的因素”的实验探究活动,让学生用摩擦起电的方法,分别使球形导体和可以摆动的通草球带电。通过观察通草球的偏角,探究电荷之间的相互作用跟电荷量和电荷之间距离的定性关系。接着,教材展示了库仑怎样巧妙地解决定量研究的一系列困难,最终发现了电学中第一个定律——库仑定律的历史探究过程,从实验方法的层面上给予学生以指导。
  例如,2.2节 “探究电场的力的性质”,教材选择示波器为探究情景的载体,以研究示波管的工作原理为线索,安排了若干个实验探究活动。特别是在学生分析讨论了带电粒子在匀强电场中的运动规律,并猜想了带电粒子运动径迹后,安排实验探究——“观察油滴在匀强电场中的偏移”,用模拟实验的方法来验证学生的猜想。这样,不仅让学生对电场的力的性质加深了认识,也让学生明白电子束在偏转电极间偏移的道理,还让学生学习了模拟实验方法。
  例如,5.4节 “探究洛仑兹力”,教材根据安培力与洛仑兹力的关系,先通过实验探究洛仑兹力的方向,接着引导学生对洛仑兹力作理论分析,然后再通过实验探究洛仑兹力跟带电粒子速度和磁感应强度的关系。


  2. 突出实验研究与理论分析结合,重视方法指导
  本模块强调实验研究与理论“分析论证”活动的有机结合,突出实证研究和理论研究在物理学习中的重要性,共有8个探究活动既动手实验又分析论证。在大量探究活动中,既有观察、实验、测量等活动,也有理论研究活动,还有运用数学解决物理问题的训练等。同时,教材还注重科学思想的渗透和思维方法的指导。

  例如,3.3节“探究电阻定律”,教材在3.1节中预先安排了用多用电表测量串联、并联电阻总阻值的实验活动,并提出问题:“你发现了什么?”它为3.3节的关于电阻串联、并联、混联的总电阻的分析论证埋下了伏笔。而教材在3.3节的分析论证中,只给予适当的提示,放手让学生去推导,并要求学生将推导的结果,跟3.1节的实验发现作比较。这样做的目的是,使学生认识到实验探究与理论分析同样重要,同时,任何理论研究结果都需要通过实验检验,任何实验结果后面都蕴涵科学的规律。
  例如,4.2节“测量电源的电动势和内阻”,教材不仅希望学生测出电源的电动势和内阻,更重要的是学习电路的设计与分析,学习数据处理的方法。这样做的目的是让学生认识到,要想获得满意的实验探究结果,设计合适的电路,选择必要的实验器材,科学处理数据的方法,都是至关重要的。
  例如,2.3节“研究电场的能的性质”,教材通过“电场”与“重力场”相似,采用类比方法,连续安排了4个“分析与论证”活动。首先从电荷在匀强电场中的运动情况跟力学中平抛物体运动相似出发,回顾已知的“重力做功与路径无关”的特点,提出问题:“电场力对电子做功也与路径无关吗?”通过图示方法引导学生自主完成分析论证,获得问题的解决。接着,引导学生根据分析论证的结果,采取与引入“重力势能”类似的做法,引入“电势能”概念,通过必要的“案例分析”铺垫,让学生一一去认识和理解电势与电势差概念。教材作这样的处理,一是引导学生体验理论分析论证的过程,二是使他们领悟科学思维方法的意义和理论分析与论证的作用。
  例如,5.5节“洛仑兹力与现代科技”,传统高中物理教材对洛仑兹力的公式和回旋加速器的原理,都用直叙的方式给出详细的推导和解说。本教材则引导学生开展讨论,自主推导有关公式。这样处理,有利于培养和发展学生的理论思维和运用数学解决物理问题的能力。
  例如,教材介绍了“逻辑论证与实验研究相结合的方法”;“合理外推的方法”;“分割与逼近的方法”;“将非电学量转换成电学量的方法”;“控制变量方法”;“物理模型的方法”等。


  3. 强调联系生活、联系社会、联系现代科技
  本模块为了能更好地体现“从生活走向物理,从物理走向社会”这一理念,在坚持“贴近学生生活,联系生产实际,渗透现代科技”方面做了大量努力。全书共安排了15个“信息浏览”和3个“STS”的栏目。


  例如,在1.3节“静电与生活”中,教材呈现了自然界中的雷电、古建筑上的避雷装置和现代建筑上的避雷针,再从“雷电”与“避雷”这一与人类生命财产息息相关的自然现象说起,通过“信息浏览”介绍不为常人所知道的人体的静电。采取图文并举的形式,分别展示静电净化空气、静电提高农药效果、静电复印等社会生活领域内的应用。采用列表方式列举了静电危害的事实,通过“抗静电材料”和“飞机加油接地”等生动事实,说明怎样防止静电危害。最后,再通过“信息浏览”栏目介绍奇怪的“马特利现象”,让学生猜想产生的原因。教材这样处理,学生能充分地感受到自然、生活、科技与物理交融一体的“和谐”。
  例如,在5.1节“磁与人类文明”中,教材从改变人类活动的发明——指南针说起,到人类沐浴在天然的地磁场,勾勒出人类认识自然、了解自然、合理利用自然的过程,反映了人类探索未知世界、造福人类的愿望。让学生认识到,正是这些愿望趋使人们去不断地探究电与磁的联系,正是这些愿望趋使人类开辟了电磁规律应用的新篇章。教材除了呈现形形色色的磁性材料及其应用外,重点介绍了计算机磁盘及磁盘驱动器的工作原理。通过“信息浏览”,介绍世面上颇为通行的信用卡和IC卡,通过STS,简单介绍核磁共振的医学应用等。教材这样处理,一方面让学生在瞬间掠过电磁学发展的漫长历史过程,另一方面体验到生活中处处都有物理知识,物理知识在生活中处处都有应用,认识到科学技术和社会是不可分割的整体。
  例如,本教材介绍了“超导研究的历史”以及“高温超导”的研究和应用前景等物理学最新研究动态。
  例如,在5.5节“洛仑兹力与现代科技”中,重点介绍了回旋加速器和质谱仪,较详细地介绍了回旋加速器的发展和创新历程。在STS中,又简要介绍了彩色电视机和电子显微镜,让学生进一步体验物理与技术的互动关系,感受科学与技术结合的魅力。此外,教材在介绍北京正负电子对撞机(BEPC)时,引用著名画家李可染为“相对论性重粒子碰撞”国际学术研讨会所作的画,意在渗透人文精神,反映科学与艺术的优美结合,增强了教材的感染力和亲和力。


  4. 力求体现教材的灵活性和开放性
  本模块教材在灵活性和开放性上均作了一些有益的尝试。教材通过鼓励学生自主探究、“多学一点”(全书共安排了17个“多学一点”栏目)、“信息浏览”、“STS”、“家庭作业与活动”、“课题研究”和“课题研究报告会”等,为学生的自主学习和教师的再创造,提供较大的自由度和开放的空间。真正体现了学生学习的主人地位,也使教师真正参与课程资源的开发活动。本模块许多探究活动都要求学生经过交流讨论,自主设计方案、处理数据资料、分析归纳结论;多处“分析和论证”的过程与方法并不和盘托出。这样做,有利于满足不同学生的学习需求,促进学生自主的、富有个性地学习发展。 

  例如,《物理3-1》设计了86个富于挑战性的或能够让学生表达内心感受的问题。在第5章中提出:“讨论我国磁现象研究对改变人类社会文明的巨大作用。”“如果奥斯特没有将导线和小磁针都南北指向平行放置,他会发现电流的磁效应吗?”“请讨论,菲涅耳指出的矛盾可能是什么?”等问题。
  例如,本教材共为学生提供了18个开放性的研究课题。
  例如,在“探究洛仑兹力”一节中安排了“多学一点”,介绍“若导体中电流方向与磁场方向成α角时,怎样计算安培力”和“推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T的公式”等,很好地满足了本系列学生进一步发展的需要。接着,又用一节的篇幅研究了“洛仑兹力与现代科技”的问题,培养和发展学生将物理学服务于人类的意识。
  例如,“洛仑兹力与现代科技”一节中,提出了开放性的课题“上网或到图书馆查阅与收集有关资料,写一篇有关洛仑兹力在现代科技中应用的科学报告”。

  教材在内容的呈现形式上灵活多样。这样做,有利于促进教学方式多样化,帮助学生从多个渠道,用多种方式方法索取物理知识,掌握物理技能,培养科学探究能力,逐步形成科学态度与科学精神。

  例如,在“静电与现代科技”这一部分内容中,教材把实验探究“静电植绒”和静电复印图解过程结合起来呈现,让学生经历“静电植绒”的实验过程,并在欣赏自己植绒画面之后,逐步解读静电复印机的工作原理,使原本让学生感到神秘的复印机变得简单了。
  例如,“在熟悉示波器”这一段标中,教材仅只呈现一幅J2459型学生示波器面板照片,而要了解示波器面版上的控制器的功能和使用方法,就得要请学生自己去查询本节附录《J2459型学生示波器面板控制说明》。这也是编者精心设计出来的。
  例如,教材还介绍了一些有关信息网站和参考书,以鼓励学生与教师从课外寻找课程资源。

  总之,教材坚持了“以人为本”的编写理念,强调在提升全体高中学生的科学素养的基础上,尽量给学生的自主发展提供更加广阔的选择空间;精心设计了师生探究活动的背景和问题串、问题链;明确把科学探究活动、过程和方法作为教材内容,全面落实了《标准》提出的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维目标。

 
 

编写思路
  《物理3-2》是选修系列3中的一个模块。《标准》要求让学生较全面地学习物理学的基本内容,进一步了解物理学的思想和方法,较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。
  《标准》规定本模块有“电磁感应”、“交变电流”、“传感器”三个二级主题。根据标准的要求,本册教材分以下几章展开:

  第1章 研究交变电流
  第2章 电磁感应与发电机
  第3章 电磁感应与现代生活
  第4章 电能的输送与变压器
  第5章 传感器与现代社会

主要特点
  在传统教材中,以知识为本,主要阐述电磁感应的相关定律,侧重于解题。不要求自主进行实验探究,分析论证也是直接给出的。在呈现形式上,基本上是叙述式的。
  本书着重体现了以下特点:

  1. 充分调动学生的学习积极性,落实“三维”课程目标
  (1) 设计探究情景,以问题串的形式展开教材内容。
  考虑到学生对交流电是比较熟悉的,本书将交变电流编排在第1章,通过实验,观察比较交流和直流的相同和差异之处,认识交流电的特性。这样安排,易于激发学生的学习兴趣。
  本模块力求设计探究情景,以问题串展开有关内容。

  例如,第1章以交流用电器的铭牌为出发点,认识交变电流的特点,学习描述交变电流的方法,探究电阻、电感和电容等元器件在交变电流电路中的作用,以及交变电流电能的计算,并进一步认识交变电流与社会的关系。
  例如,第1章以交流电铭牌上的频率等标识为背景,提出问题:“为什么要用交流电,它有哪些特性呢?”;第2、3章以发电机为背景,提出“交流电是怎么产生的呢?”“它的基本原理是什么?”第4章以变压器为背景,提出“交流电是怎样从发电厂跨山越水送到我们家中的?”第5章以机器人为背景,提出“你知道什么是传感器吗?你了解传感器的原理和基本结构吗?想一想,你在哪些地方见到过有传感器的设施?”

  (2) 落实三维课程目标。
  本书十分重视基础知识的学习和基本技能的训练。对于电磁感应、交变电流的特性、法拉第电磁感应定律、楞次定律、变压器原理等有关的物理学基础知识,都通过实验探究、分析论证,使学生在理解的基础上学会应用。教材还重视示波器、电表、交直流电源等基本仪器和器材的使用,以及实验操作能力的训练。
  本书把过程与方法作为教材内容。例如交变电流的特性是通过实验观察,是用交、直流对比的方法知道的;电磁感应现象是通过文献资料阅读和多种形式实验过程分析综合认识的;对于感应电流的方向(楞次定律)则是经过实验观察,然后用分析归纳方法得到的……教材对这些内容都用了相当的篇幅给予展示。
  教材注重培养学生的科学精神和科学态度。例如在第2章第1节,教材从18世纪的电磁研究热开始,引导出“将磁转变为电”是一个必然出现的重大研究课题,教材从法拉第对问题的反复思考和锲而不舍实验探索的历史回顾入手,展示了法拉第发现电磁感应的全过程,体现了法拉第的执着的科学精神;接着教材设计了几个实验,让学生经历和体验法拉第的实验探索,深入理解产生电磁感应的条件。使学生认识到科学思维和科学方法的重要,培养学生的科学精神和科学态度。
  教材还通过对发电和输送电原理的探讨,使学生认识到基础科学原理的力量,对科学的未来充满了向往,激发学生探索科学技术的热情,培养科学的价值观。

  2. 重视科学探究,发展学生的科学探究能力
  根据《标准》要求,教材中将“楞次定律”、“变压器电压与匝数的关系”设计为较完整的科学探究课。
  传统教材中,“楞次定律”的实验方法使用器材较多,实验步骤复杂,直观性差。本教材设计的实验只要一个磁铁和一个铝环即可进行,器材简单,操作方便,现象明显,由实验现象到分析论证得出结论,均由学生完成。
  “变压器电压与匝数的关系”则是根据实物模型,先从理论上分析论证,然后进行实验验证的方式。通过两个课题展示了科学探究的主要过程,也体现了中学物理课程中科学探究的主要方法。
  除此以外,在“研究电阻、电感和电容对交流电的阻碍作用”、“法拉第电磁感应定律”、“自感现象”、“高压输送电”和“传感器”等虽不是完整的探究课,但都按探究的要求进行设计,这样做有利于提高学生的探究能力。

  3. 突出理科特色,重视实验探究和理论分析的结合
  
全本教材共安排了实验探究20个。
  例如,对交变电流特点的认识是通过示波器,在和直流相对比的观察实验中认识的;对电磁感应现象、楞次定律、法拉第电磁感应定律、变压器电压与匝数关系、传感器的作用等知识的获得,都是通过实验进行的。
  实验所涉及的器材,既有常规的仪器,如电表、学生电源、变压器等,也有自制的器材,如探究楞次定律实验中用的铝环,还有先进的、能与微机接口的仪器,体现了科学与技术的进步和实验手段的提高。
  在器材和实验方案的设计上体现了选择性和灵活性。如法拉第电磁感应定律实验、热敏电阻特性实验、测量热敏电阻特性曲线实验都提供了几个方案,供教学时选用。再如,在探究变压器电压和匝数关系实验中,传统做法要用两个交流电压表,这在中学教学中比较困难。教材根据在《物理3-1》中已学习过多用电表的使用,将实验中的交流电压表改用多用电表。在交变电流一章中,还用多用电表测量电容和电感。
  根据实验收集的数据作出分析处理,特别是将实验数据画成图线,分析图线的物理意义,这是理科学生应具备的基本素质。例如在研究交变电流一章中,多次根据图线分析问题,或者是要学生描绘图线;电磁感应现象与交流发电机一章中,也要求学生自己分析描绘交流发电机发出电流的图线,讨论图线的物理意义;在传感器一章中,安排了热敏电阻特性曲线的测量,教材还要求根据特性曲线进行小设计,培养学生利用图线的能力。

  4. 教材的呈现形式图文并茂、生动活泼
  
改变传统教材板着面孔说科学,教材教学都是一言堂的情况,倡导教师和学生在平等的地位上共同研讨的气氛。教材中有许多供讨论、思考的问题。

  例如,请讨论:铝环中感应电流的磁场向什么方向时,它和磁铁之间的作用力是相互推斥的?(探究感应电流的方向)
  请思考:耐压值为450V(DC)的电容器能否接入450V电压的交流电路中?
  请根据分析,推导出下面公式:U1/U2=n1/n2

  教材向学生提供了丰富的学习资源,以扩大学生的知识面,提高学生的应用能力和创新能力等。

  例如,在教材中,有“信息浏览”、“STS”15个,“实验探究”20个,“分析论证”7个,“多学一点”10个,“课题研究”5个,还有案例分析、家庭作业与活动等。
  例如,在研究日光灯的工作原理时,从观察日光灯电路所用元器件和日光灯的技术参数、家庭电路电压等提出问题:元件的作用是什么?如何解决启动电压跟正常工作电压之间的矛盾?但没有给出解答,留下疑问。通过实验探究和分析论证,认识自感现象。再返回日光灯的问题(用案例分析),然后让学生思考讨论,自己得出结论。

  教材还注意联系最新科学技术发展,引导学生关注最新科技成果,培养学生辩证唯物主义和历史唯物主义的世界观。

 
 

编写思路
  《物理3-3》是选修系列3中的一个模块。《标准》划分为四个二级主题:“分子动理论与统计思想”、“固体、液体与气体”、“热力学定律与能量守恒”、“能源与可持续发展”。教材分为以下5章展开:

  第1章 用统计思想研究分子运动
  第2章 气体定律与人类生活
  第3章 固体、液体与新材料
  第4章 热力学定律与能量守恒
  第5章 能源与可持续发展

  在传统教材中,这部分内容的取材较狭窄,许多观点陈旧,联系生活和生产实际不够,教材的呈现基本上是全盘叙述,形式呆板,不利于激发学生的兴趣,不利于学生自主学习。

主要特点
  本教材不仅力求体现课程基本理念,落实《标准》的“三维”目标,还有着区别于传统教材的鲜明特点,主要表现在如下几方面: 

  1. 强化统计思想
  在高中物理中引入统计思想,是对传统教材的一个突破,对于学生来说也是一个全新的课题。为了强化统计思想,教材第1章采用了一个醒目的标题“用统计思想研究分子运动”,突出了统计思想在全书的地位。接着,列举了从生活、生产和科学研究方面的许多实际事例,使学生体会到统计规律的普遍性,并以统计思想为主线贯穿各节内容。例如:用统计方法定性研究分子运动速率的分布规律,结合分子动理论用统计思想阐释物体温度和气体压强的微观意义,解释布朗运动的原因、表面张力的方向等。这种统计观点也渗透到对晶体的研究、热传导的方向性、对能源状况的研究等各个方面。教材还以一条古老的阶梯被磨损后的形状为例,让学生寻找生活中正态分布的实例,使学生既能在较宽广的领域里体会统计思想的重要意义,又能形成对统计规律的亲近感。

  2. 突出能量的观点
  能量是贯穿于所有自然科学和技术科学的物理量。同样,能量也贯穿于热力学之中。教材充分利用本模块的知识特点,突出用能量分析热运动的问题。教材中有三章(第1、4、5章)显性地涉及能量的观点。为了落实《标准》要求,更好地体现科学探究过程,教材对能量守恒定律的发现作了生动充分的展示,完全区别于传统教材的简单叙述。使学生从历史渊源到科学背景,从思想萌芽、实验探索到理论论证,从多位科学家的共同贡献到守恒定律的伟大意义等各方面有一个全面的认识。在这个展示中,也潜移默化地培养了学生的情感、态度与价值观。

  3. 开展形式多样的探究
  根据本教材的内容特点,教材想方设法开展多种形式的探究,加强学生的参与,提升学生的学习自主性。主要落实在三方面:
  (1) 创造条件进行探究。例如,关于用油膜法估测分子大小,考虑到其可操作性和有利于使学生建立宏观量与微观量的直观联系,教材从“实验探究”的要求作了展开。
  又如关于气体分子的运动,教材先通过估算教室里空气的分子数提出问题,然后引入猜想,接着通过伽尔板的模拟得出结论,并用氧分子的速率分布使学生体验,最后指出统计方法的意义。整节教材有机地渗透着探究的基本要素。
  (2) 增设了多方面学生的活动。教材中结合相关内容,安排了许多实践活动。如投掷硬币、用小球模拟分子碰撞形成对器壁的压力、用压强计测压强、探究气体的实验规律、从外形和物理性质区分晶体与非晶体、观察表面张力现象等,做功改变物体的内能等。同时,教材还在每节内容中穿插了许多思考与讨论,让学生随时参与到教学过程中去。
  (3) 注重课内外相结合。教材坚持开放性的要求,安排了一定数量的课外和实践性强的“家庭作业与活动”研究,这样既扩展了学生的知识,又能有效地锻炼学生的能力,提高学生的社会参与意识,并给学生留下发展的方向。如要求学生对气象台降水概率预报进行评价,调查统计学生喜爱不同球类的情况,走访医务室统计不同年龄段学生患近视眼的情况,寻找生活中正态分布的实例,用DIS研究p-V关系,研究气压热水瓶原理,设计探究干湿泡湿度计的方案,设计一个观察晶体的抗压性和导电性各向异性的方案,做一个关于纳米商品的市场调查,调查半导体技术给生活、生产带来的影响等,模拟温室效应,调查当地使用新能源的情况,测试雨水的酸度并写出调查报告等。

  4. 重视研究方法
  教材中结合内容的展开,有机地渗透了许多研究方法。除了分子的球模型、理想气体、理想热机外,还在帮助学生理解概念和实验研究方面,及时地作了许多方法上的指导。例如,研究分子碰撞器壁产生的压力时,建立小钢珠与分子的类比关系;研究分子势能时,建立分子力与电荷相互作用的类比;研究气体状态时,指导学生先建立模型,再采用控制变量法;以及通过假设一些条件进行估算(如估算小行星撞击地球释放的能量)等。教材在能的转化和守恒部分,颇具创意地采用了画能流图的方法,使学生可以摈弃关于W、Q、ΔU的符号法则,从物理实质上理解热力学第一定律。

  5. 联系学生生活实际,反映高新技术
  教材的课题引入基本都围绕着学生的生活实践和学生熟悉的环境,使学生较有亲近感,同时又密切联系近代高科技的发展,教材中渗透的观念和引用的材料都较新。如展示了用STM、FIM拍摄的分子形状、原子排列、液晶和纳米材料的许多新的应用,提出设计航天服的要求,以及关于新能源开发等方面的内容。此外,教材图文并茂、插图精美、版式活泼,努力使这部分“介绍性”的内容显得生机勃勃,能够为学生所喜闻乐见。

 
 

编写思路

  《物理3-4》是选修系列3中的一个模块。《标准》要求学生首先通过机械波的学习认识波动的一般规律,进而学习电磁波和光;初步接触相对论的知识,从而拓展视野,激发进一步探索科学奥秘的兴趣。这个模块是继续学习物理学和其他科学技术的基础,也是了解现代科学技术的基础。
  《标准》规定本模块有“机械振动与机械波”、“电磁振荡与电磁波”、“光”和“相对论”四个二级主题。根据《标准》的要求,本册教材分以下5章展开:

  第1章 机械振动
  第2章 机械波与能量传播
  第3章 电磁场与电磁波
  第4章 光的波动性
  第5章 新时空观的确立

  由于“机械振动”、“机械波”和“光”这三部分内容是高考的重点,在传统教材中,一般以知识为本,不要求学生自主实验探究,主要陈述理论分析过程并给出结论。这样一来,教学中就强调解题训练。对于电磁波的相关内容,传统教材则采取完全陈述式的呈现形式,给出许多概念、原理和结论,学生学习起来枯燥乏味,死记硬背。

主要特点

  在贯彻《标准》的精神和基本要求的前提下,教材着重体现了以下特点:

  1. 充分调动学生的学习积极性
  要调动学生的学习积极性,关键在于给学生留下思考讨论的机会,避免和盘托出。本书所有学习内容中都不断地给学生提出思考讨论的问题,不断地要求学生完成某些操作活动,基本不直接陈述现成结论。例如,在用“绳波”为例,“探究机械波是怎样产生的”过程中,改变了传统的方法,让学生完成书上没有画完全的波形,这既使学生进一步了解了机械波形成的过程,也在一定程度上训练了学生描绘波的图像的技能,可谓“一箭双雕”。对于一些有一定难度的讨论问题和探究活动,本书采用“旁批”的方式,又及时给学生启发和点拨。例如,在“探究单摆振动周期”的过程中,由于单摆的周期比较短,本书在给学生提出思考问题的同时,也在“旁批”中指出:“在这里,测量周期的方法常用微小量累积法。”虽然没有直接告诉学生怎样做,但是已经给学生指出了思路,学生决不会感到困难。

  2. 以波为线索展开教材内容
  整个模块都围绕波的概念和研究波的独特方法——惠更斯原理展开。例如,第4章“光的波动性”,就是完全从波的角度组织学生探究的。改变了传统教科书从几何光学开始,然后学习波动光学的做法,采取从“光的干涉”、“光的衍射”、“光的偏振与立体电影”到“光的折射”、“全反射与光导纤维”、“激光”开展探究活动;在第5章“新时空观的确立”,也是从“传播光的介质以太空是否存在”展开的。
  本模块既重视学生的实验探究活动和过程,又突出用惠更斯原理解决机械波和光的传播规律的定量分析论证过程。例如,在研究简谐运动的基础上,以学生熟悉的水波和绳波为背景,通过解剖绳波,认识机械波的本质是振动形式和能量的传播;光学部分的折射、全反射等几何光学的内容,考虑到学生对这些内容比较熟悉,加之学生已经在机械波部分熟悉了惠更斯原理,所以本书不仅通过实验探究出折射定律,还启发学生用作图和几何证明的方法得到折射定律的精确表述。

  3. 通过问题串展开各章内容
  本书力求设计探究情景,以问题串展开有关内容。例如,第1章以大型交响乐团中的各种乐器为切入口,设计了问题串:“振动是什么样的运动”、“乐器怎么会发出动听的声音”、“摆钟为什么能正确计时”、“怎样利用振动的规律来为人类服务”和“如何避免振动可能带来的破坏”。第2章以水波为背景,设计了这样的问题串:“平静的水面为什么会形成起伏的水波,向四周扩散”、“为什么两列水波会看起来相安无事地独立扩散”、“为什么有时候会出现‘闻其声而不见其人’的现象”、“为什么我们可以根据高空飞机的轰鸣声变化,判断它是飞来还是飞去”。第4章设计了这样的问题串:“肥皂膜上为什么会出现彩色花纹”、“甲虫的外壳为什么变换色彩”、“孔雀羽毛为什么显得色彩斑斓”、“白光通过三棱镜为什么会产生色散”、“为什么激光可以进入人体器官检查或做手术”等。

  4. 重视科学探究,落实“三维目标”
  为了让学生进一步理解和实施科学探究,本书设计了一个完整的科学探究过程——“探究单摆振动的周期”。全书共24个以实验为核心的“实验探究”、11个以理论探究为核心的“分析论证”和3个以学生自主设计探究活动的“课题研究”。
  本书在科学探究方法方面也独具匠心。例如,第1章用频闪照片研究弹簧振子位移跟时间的关系,启发学生用图像法研究看似复杂的物理过程的规律,在“多学一点”中借助实验,帮助学生了解“单位圆”的研究方法。第2章启发学生用振动叠加的方法研究波的干涉规律。第3章采用了爱因斯坦的分析方法,研究了“变化的磁场产生电场”与“变化的电场产生磁场”的电磁场理论的两大支柱。第5章突出了爱因斯坦的理想实验的思路,把爱因斯坦的理想实验进行了更加简化的处理,学生会清楚地理解相对论的基本公设或假设。
  本书十分重视基础知识的学习和基本技能的训练。对于本书涉及的基础知识,一般都通过实验探究、分析论证,使学生在理解的基础上学会应用。教材还重视基本仪器和器材的使用,以及实验操作能力的训练。教材注重培养学生的情感态度与价值观。例如,在第2章第2节的“家庭作业与活动”中,设计了有关印度洋地震海啸的问题,在这一节的“课题研究”中,还要求学生走访有关部门了解我国地震带的分布情况,分析我国沿海地区如果发生地震,是否会引起海啸,提出自己对建立我国地震或海啸预警机制的看法。

  5. 扩展视野,让学生热爱物理学
  全书开篇就赞扬学生选择本模块的学习,认为他们可能早已“深爱上物理学”,并鼓励学生树立正确的物理学习动机,用诗一般的语言给学生勾勒出本书的线索、涉及中心人物和相关内容的突出特点。
  本书在“信息浏览”和“STS”中也充分展示物理学的魅力,分析物理学跟社会、生活和技术之间的广泛联系。例如,在第3章的“信息浏览”中介绍了“电磁辐射的危害与防护”。本书还安排了5个“多学一点“的内容,以满足那些对物理学特别感兴趣的学生的求知欲。在相对论部分,用最浅显生动的语言,采取与学生互动的形式,让学生在思考中逐步走进新的时空观,走近广义相对论和无限的宇宙。

 
 

编写思路

  《物理3-5》是选修系列3中的最后一个模块。《标准》要求让学生较全面学习物理学的基本内容,进一步了解物理学的思想和方法,较为深入地认识物理学在技术中的应用及其对经济、社会的影响。
  根据《标准》的要求,我们把动量守恒、波粒二象性、原子内部的结构和核能等内容分别安排在以下5章中展开:

  第1章 碰撞与动量守恒
  第2章 波与粒子
  第3章 原子世界探秘
  第4章 从原子到夸克
  第5章 核能与社会

  传统教材对本模块中的教学内容的处理,基本上是以“双基”(基础知识、基本技能)为中心,侧重基本概念的理解、物理公式的推导和计算,一般不作实验探究上的要求。本模块为了充分体现“提高全体学生的科学素养”这一课程目标的核心理念,传承“物理3系列”前面几个模块编写的主要特点,按照《标准》要求,尽量让学生更多地经历实验探究过程;非常重视分析论证过程与方法引导;强调与生活、社会和现代科技的联系;加强科学价值和社会责任的教育;十分注意教材的灵活性和开放性,以满足不同学生的需求,促进他们自主地,富有个性地学习与发展。
  教材力求实现《标准》提出的“知识与技能”、“过程与方法”和“情感、态度与价值观”的三维目标,把教学内容置于真实的生活情境或科学探究背景下,采取问题串的方式,环环相扣,通过一个个的物理问题解决展开过程。

  例如,第1章“碰撞与动量守恒”,首先创设了一个“奇妙的碰撞”的自然情境,进而引发出:“如何使鸡蛋从高处落下不碎” 、“小球碰撞时动量如何变化”、“两球相撞时,动能守恒吗”等一连串的问题,接着通过一个个实验探究和分析论证展开教学过程。
  又例如,第2章“波和粒子”选择了电子扫描显微镜为背景,提出“有关黑体辐射的‘乌云’是如何拨开的”、 “光是波还是粒子”、 “电子、质子、中子,甚至原子、分子是否也具有波动性”等问题,通过一系列实验探究和物理学家研究思路的介绍,展开教学过程。
  还例如,第3章“原子世界探秘”和第4章“从原子核到夸克”分别以氟原子模型和同步辐射加速器为背景,提出“原子是构成物质的最小微粒吗”、“原子有内部结构吗”、 “原子核能不能再分裂” 、“粒子是否也有内部结构”等一连串问题,引导学生循着物理学家在微观世界中探幽入微的足迹,通过实验探究和分析与论证,充分展现物理学家的研究思路和探索过程。
  再例如,第5章“核能与社会”以秦山核电站为背景,提出“神秘的核能从何而来” 、“利用核能的途径有哪些”、 “核能的利用对人类社会产生了哪些影响”等系列问题,激发学生的兴趣,通过回顾科学发现的历史和分析论证过程,增进学生对科学价值的理解,培养他们的社会责任感。

主要特点
  本书的主要特点如下:

  1. 注重实验探究与分析论证的结合
  本模块共安排了8个实验探究活动,其中3个为完整的探究活动,4个分析论证活动。尽管本模块主要涉及微观世界粒子的行为,教学内容远离学生的直接经验,但教材尽量呈示实验探究活动项目,活动中用到的器材是一般学校实验室内都配有的,或者是师生稍作努力,用“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”办得到,做得好的。根据学习本模块学生的特点,力图把实验探究与分析论证有机地结合起来。

  例如,在 1.1节“探究动量变化与冲量的关系”中,教材一开始就介绍我国香港的中学生举行趣味科学比赛,把比赛中的“鸡蛋撞地球”项目引入教材中,演示鸡蛋从约1.5 m高处自由落下,分别落在海绵垫和塑料盘上的现象让学生观察,鼓励他们猜想其中的道理。接着通过分析论证,引出动量、冲量概念得出动量定理,再让同学们思考并讨论鸡蛋落在海绵垫时不会破碎的原因。
  又例如,在1.2节“探究动量守恒定律”中,考虑到《物理3-5》是本系列最后一个模块,学生对实验探究和分析论证不再陌生,因此,教材对物体碰撞时动量变化规律的实验探究,只作了简单环节性的铺垫,大部分内容都留出来让学生合作探究,分析论证,并在交流讨论中完成。
  还例如,在2.2节“涅槃凤凰再飞翔”中,对光电效应产生的条件和光电效应的规律,采取定性的实验探究,结合他人提供的实验数据,让学生去分析处理实验数据,进而得出结论。
  再例如,在3.1节“电子的发现及其重大意义”中,在《物理3-1》有关阴极射线、洛仑兹力实验探究的基础上,进一步深入用实验研究电子的带电性质、测定比荷,教科书只提出了指导性的建议,实验设计、收集数据和分析评估,由学生自主完成。

  2. 注意展示微观、宏观、宇观三种视野下的内在联系,体现物理学的统一和谐之美
  本模块为选修3系列的最后一个模块,重点内容为对微观世界的认识,注意以宽广的视野审视整个高中物理教学内容,展示微观、宏观、宇观世界的内在联系和科学的统一和谐之美。 

  例如,在第1章“碰撞与动量守恒”的开篇,用了4幅图片展示宏观、微观和宇观中的碰撞现象,一方面让学生知道碰撞现象的普遍性;另一方面让学生领悟这些现象又被动量守恒规律统一起来了。在1.4节“自然之美——物理学中的守恒定律”中,对中学物理中守恒定律进行了总结回顾,从多角度简述其美妙之处。
  又例如在第 3章“原子世界探秘”中,从阴极射线管壁上发现绿色辉光的现象开始到电子的发现,神秘的原子大门被打开,人们开始步入微观粒子世界,不仅发现了一系列的奥秘,还引入了量子理论,找到了原子发光现象的本性和原子光谱的成因,并利用光谱分析的方法研究天体的物质成分。这样就使得小小的粒子和大大的宇宙巧妙地联系在一起。
  还例如在第4章“从原子核到夸克”的最后,教科书把学生的目光引向物质世界的两极,通过粒子物理学和宇宙学的简介,使学生领悟到天体和粒子之间的奇妙衔接,大自然犹如一条咬自己尾巴的怪蟒,物理学在微观和宇观两个领域中的研究得到了初步的统一。

  3. 强调科学、技术、社会的互动关系
  本模块较充分体现了“从生活走向物理,从物理走向社会”这一理念,尤为强调“贴近生活,联系实际,渗透现代科技”三个方面的内容,十分关注科学、技术、社会的互动关系。

  例如,在第4章“从原子核到夸克”中,既介绍了天然和人工放射现象的科学发现过程,也展示出放射性应用的社会价值,让学生领悟今天的放射性应用几乎渗透到了社会的方方面面。随着核工业的出现和发展,一方面越来越多地需要利用核能和放射性同位素为人类服务;另一方面也提醒人们过量的放射性对人体健康又是有害的,人类需要懂得如何防护并学会取其利避其害的方法。通过上述的内容介绍,让学生进一步认识到科学、技术、社会的互动关系,理解科学技术是一把双刃剑的道理。
  又例如,在第5章“核能与社会”中,全章通过引导学生认识核能、了解核能的由来和利用核能的途径,以及核能的优势和核能美好的前景,给学生以极大的振奋。在本章的最后,又画龙点睛地简要回顾核能的应用史,告诉学生巨大的核能既能造福于人类,也能使几千年的人类文明毁于一旦。并介绍了著名科学家对核能利用的态度和观点,组织学生对核电站选址等问题进行表态,增进学生对正确认识科学的作用,提高社会责任感,使学生懂得在社会越来越具有科学性的同时,科学也越来越具有社会性的道理。

  4. 重视科学发现与创造过程的展示,突出科学家的科学精神、态度和品质在科学发现中的作用
  本模块展示了科学探索的真实过程,为物理学家独特的思路、精湛的实验技巧而击节叫好,为他们与重大发现擦肩而过扼腕叹息,体现他们勇于创新、实事求是的可贵品质。

  例如,在第3 章“原子世界探究”中,由电子的发现,引发出科学家们根据实验证据,构建原子结构模型,最后把量子理论引入原子系统中,在这一系列的科学发现与创造过程中,无不折射出科学家们的执着、求实、锲而不舍、敢于创新的科学精神和优秀品质。
  又例如,在第4章“从原子核到夸克”中,简单介绍了中子发现的历程,从卢瑟福的猜想开始,到小居里夫妇与中子失之交臂的可惜,最后到机遇偏爱有准备头脑的人——查德威克的发现。廖廖数笔给学生以科学的思想观念和有准备的心理是何等重要的启示。
  再例如,在2.1节中介绍了普朗克对量子假设的矛盾心情,密立根对光子说的排斥态度,玻特、小居里夫妇对中子的错误推断,使科学家从神坛上走下,展示科学研究并非一帆风顺。

  5. 设计探究情景,以问题串、问题链的形式展示教材内容
  例如,第1章“碰撞与动量守恒”,首先创设了一个“奇妙的碰撞”的自然情境,进而引发出:“如何使鸡蛋从高处落下不碎” 、“小球碰撞时动量如何变化”、“两球相撞时动能守恒吗”等连串的问题,接着通过一个个实验探究和分析论证展开教学过程。
  又如,第2章“波和粒子”,选择电子扫描显微镜为背景,提出“有关黑体辐射的‘乌云’是如何拨开的”、 “光是波还是粒子”、 “电子、质子、中子,甚至原子、分子是否也具有波动性”等问题,通过一些实验探究和物理学家研究思路的介绍,展开教学过程。
  还如,第3章“原子世界探秘”和第4章“从原子核到夸克”分别以氟原子模型和同步辐射加速器为背景,提出“原子是构成物质的最小微粒吗”、“原子有内部结构吗”、 “原子核能不能再分裂” 、“粒子是否也有内部结构”等一连串问题,引导学生循着物理学家在微观世界中探幽入微的足迹,通过实验探究和分析论证,充分展现物理学家的研究思路和探索过程。
  再如,第5章“核能与社会”以秦山核电站为背景,提出“神秘的核能从何而来”、“利用核能的途径有哪些”、 “核能的利用对人类社会产生了哪些影响”等一系列问题,激发学生的兴趣,通过科学发现历史回顾和分析论证过程,增进学生对科学价值的理解,培养他们的社会责任感。

  6. 教科书呈现形式活泼,力求体现灵活性和开放性
  教材呈现形式活泼,除了表现在图文并茂和丰富的内容被恰到好处地嵌在“物理3系列”所设置的各种栏目中之外,更为突出的是教材把一些重要知识的内在逻辑性和外在拓展性融为一体。使整个模块突显出严谨性和延展发散性。在本模块中有“信息浏览”、“STS”20个, “多学一点”6个, “课题研究”8个,“讨论与思考”8个,另有案例分析、家庭作业与活动等学习栏目。
  本模块中多处出现理论分析和论证,但是,分析和论证的过程与方法,并不是和盘托出,有的仅只给出一些提示,让学生自己去推证,有的则论证一部分,余下的留给学生自己去推导。还有的尽管给出了较为完整的分析论证过程,但最后留出1~2个问题,让学生继续思考和讨论。
  本模块多处安排了“多学一点”栏目,如在对弹性正碰进行了实验探究和分析论证后,在“多学一点”中以台球为载体,分析了弹性斜碰的情况,旨在让那些学有余力的学生拓展提高;在“家庭作业与活动”中安排了一些“课题研究”,目的是给那些善于动手学习,乐于实验探究的学生留出一块富有个性地学习发展的空间;教材还介绍了一些有关信息网站和参考书,以鼓励学生与教师从课外寻找课程资源。

 
 
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公 告 栏

我社2007年高中物理暑期培训资料已经上传,特此提请广大师生注意。