《科學(試驗本)》(高三年級)

1、 科學（試驗本）（高三年級）教材介紹 華東師范大學 張沁源 2005年8月23日一、教材編寫過程2004年3月7日，上海市教委教研室和華東師范大學出版社聯(lián)合召開了上海市高中科學教材編寫工作座談會，以溝通上海市高中科學標準（以下簡稱“標準”）編寫者與準備參與教材編寫同志之間的思想，為教材編寫工作進行思想和組織準備。高中科學教材的編寫工作也就隨之啟動。從正式啟動教材編寫工作至今年8月20日教材第一冊出版，歷時1年5個月。若扣除書稿在出版社、印刷廠和市審查辦的時間，那么教材編寫也實足化費了整整一年的時間。在2004年6月份完成教材初稿后，先后進行了8次較大的修改，直至今年7月才最后定稿。其間，為了統(tǒng)

2、一思想和交流編寫心得，編寫組的同志（包括部分課程標準編寫同志），集中學習和討論就達20余次，并多次聽取有關專家、部分中學教師和學生的意見。 最后的定稿則吸取了審查專家的許多意見和建議。在這里我們從內心深處感謝所有為本教材提供寶貴意見和建議的專家、教師和學生。高中科學的編寫過程，是一個探究過程。雖然審查專家在初審和復審中，在提出寶貴意見的同時，肯定了教材“內容豐富、收集資料比較詳盡，視角新穎，具有科學學科的綜合特點”、“體現(xiàn)對高一、高二內容的整理、貫通，系統(tǒng)化和結構化原來的知識”、“教材的呈現(xiàn)形式比較好地體現(xiàn)了基礎型課程教材的要求”。這樣一些肯定性的評語，是對我們的鼓舞。但是我們知道，必定存在著

3、我們料想不到的問題和疏漏之處，尤其是教學量和難易程度的把握以及問題訓練系統(tǒng)的完善等還必須通過教學實踐才能更好地適應教師和學生。我們懇切希望使用本教材的教師、學生和其他關心本課程的人士提出寶貴意見和建議。（意見和建議可郵寄華東師大出版社高中科學編寫組）下面就一些在編寫過程中對若干一度困擾我們的問題或方面談談我們的認識和想法。1、 在與課程標準實現(xiàn)互動的過程中完成教材編寫根據(jù)上海市普通中小學課程方案和上海市中小學自然科學學習領域課程指導綱要，在十二年級設置綜合的科學課程。雖然在教材編寫時，有關課程標準還沒有完成（處于初稿階段），但指導綱要已經(jīng)明確提出“這是在小學、初中綜合和分科課程基礎上更高層面的

4、綜合。高中科學課程以物質、能量、信息和科學、技術與社會為綜合的基本線索，有機整合自然科學學習領域各學科科學知識，強調科學知識在具體問題中的應用，提高學生對自然和科學的整體認識?！?為高中科學教材的編寫指明了方向。 課程標準是指導教材編寫的綱領性文件。由于高中科學課程標準尚處于初稿階段，市教研室的領導多次強調我們這本教材的編寫應與課程標準互動，在教材編寫過程中進一步完善課程標準的制訂。為此，我們與課程標準編寫組的同志進行了多次討論，通過討論，大家逐步統(tǒng)一了認識，認為課程標準（初稿）的理念、定位、內容目標等都很好，起點高，要求高，強調科學技術與社會的關聯(lián)，符合上海市二期課改的總方向；課程標準（初稿

5、）把自然界的基本要素物質、能量、信息作為整合各分科領域的主線，符合科學內在統(tǒng)一性的規(guī)律。此外，大家對課程標準過分求全和要求過高有不同意見。因此我們認為編寫教材時既要體現(xiàn)課程標準（初稿）的精神，又要考慮學生和教師的實際情況和教材的許可容量。我們希望通過教材的編寫為課程標準的最終定稿提供有益的建議。 2、 在教材中如何體現(xiàn)課程的定位根據(jù)上海市中小學自然科學學習領域課程指導綱要，本課程在十二年一貫的“合分合”課程體系中處于第二次“合”的位置。高中科學與小學和初中科學的綜合課程有所不同，是更高層面的綜合。它應當“根據(jù)現(xiàn)實需求，以物質、能量、信息和科學、技術、社會為綜合的基本線索，把自然科學各個領域的科

6、學知識有機地統(tǒng)合在一起，靈活運用在具體的問題情境中，有效地解決一些實際問題，為學生的終身學習和可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎”。再根據(jù)高中科學課程標準（初稿），課程定位被具體為四方面的要求，即：溝通自然科學各分科之間的聯(lián)系、發(fā)展學生的科學探究能力、提高學生對科學的歷史和本質的認識以及深化學生對科學技術社會之間關系的認識。教材中如何體現(xiàn)這些要求，是我們編寫教材時必須解決的問題。譬如，“現(xiàn)實要求”中怎樣理解“現(xiàn)實”這兩個字？怎樣才能以物質、能量和信息作為綜合的基本線索？怎樣去溝通自然科學各學科之間的聯(lián)系？在高三階段應如何實事求是地去發(fā)展學生探科學究能力？在編寫實踐中我們體會到，“現(xiàn)實”既指科學技術發(fā)展的

7、新事實和新理論以及當代社會對人才的現(xiàn)實要求，又指高三學生現(xiàn)實的知識和能力基礎，還指高三學生面臨畢業(yè)和升學的心態(tài)、心理和時間安排等現(xiàn)實狀況。我們認為，物質、能量和信息既是綜合的基本線索，又是溝通自然科學各學科之間聯(lián)系的重要紐帶，在教材中應有相當?shù)钠晕镔|、能量和信息中的某一方面內容為主題來溝通自然科學各學科的聯(lián)系。我們還認為，在發(fā)展高三學生科學探究能力上，一是要發(fā)展綜合探究的能力，二是要發(fā)展思維探究的能力，但是又不能過多占有高三學生太多的課內外時間。因此我們希望教材本身就具有探究的特點，在規(guī)定的教學時間內來提高學生科學探究能力，另外，適當給出一些科學探究的題目，在教師的指導下，選擇性地進行綜合

8、型探究。3、 高中科學的基礎知識與高一、高二理化生知識的關系 高中科學課程僅僅是把學生在高一、高二學過的理化生知識綜合在一起呢還是要增加新的理化生知識？在知識層面上我們究竟拿什么去給學生？在這些問題上，我們的認識也是有一個過程的。最初，我們希望能多給一些學生現(xiàn)代的科學知識，以擴充學生的知識面，在選材上特別強調新。但是這樣選材的后果必然帶來太多的新名詞、新概念，例如量子力學中的幾率波、相對論中的時間變慢、 長度縮短以及還有系統(tǒng)論、暗能量等。但是我們很快發(fā)現(xiàn)，教材中出現(xiàn)為數(shù)不多的若干新概念問題或許不大，若在每一專題都有新概念出現(xiàn)必然會大大加重學生和教師的負擔，個別學生或許會對這些新概念很感興趣，但

9、是作為面向全體學生的基礎課，就不合適。于是我們開始把重點由尋找新知識放在尋找學生已經(jīng)學過知識的新的結合點上。例如，學生學過許多物質的化學性質和物理性質，我們不是去介紹更多物質的更多性質，而是對這些性質放在物質結構與功能關系這一新情景中去介紹。讓學生更好的認識結構與功能的關系。我們認為，在高中科學課程中要給予學生的是：關于自然科學各分科之間深層次聯(lián)系的、關于科學統(tǒng)一性的、關于科學是一個不斷探索的過程以及科學技術社會始終在互動發(fā)展等方面的知識；給予學生在閱讀科學性文章或探究生活及社會中的現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。我們還認為，高中科學課程應以進一步提高學生科學探究能力和提升科學思想、科學方法上

10、的觀念以及科學與人文的融通和耦合等觀念為己任。所以，本教材給學生的主要知識著重反映在觀念的提升上，為了提升觀念而必須用到的具體的科學知識，應盡量選用學生已經(jīng)在高一、高二學過的知識，當然也適當選擇一些較容易理解或在媒體上出現(xiàn)頻率較高的新概念，如耗散、微波背景輻射等。4、 基礎型和綜合型的關系高中科學教材是面向全體高三學生的基礎型教材但又是綜合性很強的教材。綜合往往涉及的知識面廣，難度也相應提高；基礎則應考慮到絕大多數(shù)高三學生認知水平。怎樣處理好基礎型和綜合型的關系是教材編寫面臨的又一問題。在編寫實踐中，我們逐漸認識到：講基礎，不等于降低要求，講綜合，也不等于脫離學生實際、超標準要求。我們的基礎應

11、與課程定位一致起來，基礎是關于自然科學統(tǒng)一概念的基礎，是關于科學的歷史和本質及科學技術社會之間關系的基礎。也是了解自然學科各學科之間的聯(lián)系、發(fā)展學生的科學探究能力的基礎。我們的教材應當通過對學生已有知識的綜合來達到掌握以上基礎的目的。正因為此，教材對內容的綜合沒有采取以具體事件為中心的綜合，而是采取了以觀念為中心的綜合。5、 怎樣體現(xiàn)以學生為本的理念我們的設想是把教材編寫成“學本”，即通過學生的自主學習，把握教材中的知識點，并逐漸掌握自主探究的能力。在內容組織上力爭探究性和趣味性的結合，把“要我學”改變?yōu)椤拔乙獙W”。正是在這樣的設想下，我們摸索出了“閱讀加問題”的呈現(xiàn)方式。后來發(fā)現(xiàn)，單調的“閱

12、讀加問題”，缺乏歸納性、總結性的文字，對一般學生可能有困難，而且在教學的組織上也會帶來一定困難。所以在不改變學生自己閱讀的方式上，教材增加了敘述性的文字?？傊?，教材的呈現(xiàn)方式必須以學生為本，為學生的終身學習和可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎。二、教材編寫的指導思想 教材編寫的指導思想是在編寫和修改過程中逐漸明確的。我們認為，教材必須體現(xiàn)上海市中小學課程教材改革第二期工程精神、實現(xiàn)上海市中小學自然科學學習領域課程指導綱要的總體目標和上海市高中科學課程標準（與教材編寫互動中形成）的具體要求，為上海市高三年級科學課程的教學提供具有先進理念和探究式呈現(xiàn)形式、反映21世紀人才要求、溝通分科科學知識、整合科學方法

13、、提升科學思想和觀念、挖掘科學內涵以及反映科學技術社會整體關系（STS）的面向全體高三學生的基礎型教材。其中特別容易疏忽卻又特別不能疏忽的是“面向全體高三學生”和“基礎型”這樣的要求。因此，教材編寫必須在高一高二分科學習的基礎上，按照“面向全體高三學生”和“基礎型”的要求，提高學生對科學的整體認識，提升學生對自然界物質性、運動性、統(tǒng)一性、人與自然之間的協(xié)調性以及科學技術社會三者的緊密關聯(lián)性等觀念。具體地說，一是通過教材的選材和編寫，實現(xiàn)各分科科學知識之間以及知識與技能之間的溝通與聯(lián)系，讓學生得以進一步理解自然界的物質性、運動性和統(tǒng)一性，并提高學生對科學統(tǒng)一性的認識；二是通過對科學、技術與社會關

14、系的探討，提高學生對科學、技術與社會之間互通與關聯(lián)的認識，三是通過人與自然關系的探討，提高學生對人與自然協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展觀念的認識；四是通過對科學探究的方法、過程以及科學理論的形成等方面考察，加深對科學本質與歷史的理解。根據(jù)高中科學課程標準精神，教材的知識點側重在思想、方法和觀念等方面，因此在具體的科學知識上一般不超過高一高二分科知識的難度，有些為說明觀念而引入的新的科學知識或理論只起到資料或陪襯作用，對學生不從知識層面上提要求（如理解、應用等要求）。例如在專題4中有許多具體的科學知識（如DNA、萬有引力定律、宇宙大爆炸、光電效應、能量、電磁波、數(shù)據(jù)、編碼、電子計算機等）是學生在高一、高二階段

15、學過的，也有少數(shù)知識或名稱不太熟悉（如地震波、3K微波背景輻射、信息論等）。那么在教學和評價中，對那些新的名詞或概念一般只要求知道就可以了。因為這些新概念或新名稱是為了說明該專題的核心知識（信息是客觀存在的事物運動的狀態(tài)和狀態(tài)變化的方式，它通過物質載體和一定的能量轉化過程傳遞給接收者，使接收者在認識上的不確定性得以消除或減少。信息離不開物質和能量，信息又是獨立的自然要素）而引入的。三、教材結構本教材有10個專題（第一冊中4個專題分別為：科學探究的過程和成果、物質的結構和性質、能量的守恒和耗散、信息的物質基礎）分屬于科學的本質與歷史、科學中的統(tǒng)一概念、人與自然、基于科學的技術以及科學技術與現(xiàn)代化

16、5大主題。專題序專題名含小節(jié)數(shù)所屬主題1科學探究的過程和成果5科學的本質和歷史2物質的結構和性質7統(tǒng)一的科學概念3能量的守恒和耗散64信息的物質基礎65地球演化過程中的生物進化（待定）待定人和自然6人和生態(tài)系統(tǒng)（待定）待定7空間技術（待定）待定基于科學的技術8科學和技術的結合促進材料技術發(fā)展（待定）待定9生物技術和人類健康（待定）待定10現(xiàn)代科學的發(fā)展及其特點（待定）待定科學技術與現(xiàn)代化教材中另有4個課題探究建議。這4個課題研究建議可以由教師選擇1個讓學生完成，也可由教師根據(jù)教材內容自己設計1個課題探究讓學生去做。課題探究建議序題目1探究物質、能量和信息的關系2人工生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的比較研究（

17、待定）3空間生物搭載設計（待定）4科學技術與我們（待定）四、教材特點本教材有以下特點一是突出內容的整合。不僅重視各分科知識、技能的整合，還重視科學、技術與社會的互動與關聯(lián)，科學與人文的結合與滲透，在培養(yǎng)科學精神的同時人文素養(yǎng)也得以提升。雖然上述整合思想是貫穿全書的，例如科學精神、科學思想、科學方法及科學探究過程的曲折性等在專題1科學探究的過程和成果中集中地做了介紹，但是在專題2 、專題3和專題4都有反映。專題2 中介紹了諾貝爾獎獲得者的科學成果和精神，專題3 中介紹了能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的曲折過程，專題4中介紹了宇宙大爆炸學說發(fā)展的曲折性等。其他，如科學技術社會的關系也在各專題中都有反映。當然，各

18、專題還是有所側重，如專題2物質的結構和性質整合了學生在物理、化學和生命科學中學過的各類物質和特性，統(tǒng)一地闡述結構與功能的關系；專題4信息的物質基礎進一步反映了自然界物質、能量與信息這三個基本概念的統(tǒng)一性，并在此基礎上對各科知識與技能進行溝通與聯(lián)系；與技術相關的一些專題則著重于科學與技術，科學、技術與社會之間的互動與關聯(lián)；專題1科學的探究過程和成果以及涉及人與自然的專題則著重于科學與人文的結合與滲透，科學、技術與社會的互動與關聯(lián)。二是強調觀念的提升。我們認為這一特點（或可稱為教材的觀念性特點）是本教材最為突出的特點之一。力求使學生通過本教材相應內容的學習，能以對科學整體認識的視角，在原有分科知識

19、基礎上對一些基本的科學觀念的認識有所提升。例如物質、能量和信息是自然界的基本要素，物質、能量和信息三者關系，物質結構決定功能、功能又影響物質結構，守恒與耗散，演變與平衡，有序與無序，科學探究過程的曲折，科學探究和科學精神，技術進步離不開科學發(fā)展、科學發(fā)展也離不開技術進步，人與自然和諧發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展等觀念在教材中都是各專題的核心知識。本教材的最重要的知識就是那些觀念型知識。三是不強調體系結構的理論邏輯性，而是以具體事例、科學問題或歷史資料為線索，引出主題，進而通過豐富的背景材料將主題向深度和廣度展開。也就是說內容按“從點到線、再從線到面”的思路推進。例如，在專題2中以水稻和玉米為例自然地引出結

20、構決定功能的觀念、在專題4中以獲得諾貝爾獎的事例引出了自然界信息與物質運動的關系等。四是體現(xiàn)學生發(fā)展為本和主動探究的要求，充分展示學習過程。我們認為這一特點（或可稱為教材的動態(tài)性特點）也是本教材最為突出的特點之一。在本教材中，學習過程和目標是統(tǒng)一的，甚至可以說過程就是目標。在許多段落，學生可以自己閱讀，閱讀過程往往也是探究的過程或者說是思維探究過程，學會探究和思維探究正是本教材的主要目標之一。教材的多數(shù)知識點基本上以“閱讀+問題”的形式呈現(xiàn)。同學們在一些引領型問題的指引帶著問題閱讀相應文字，在此基礎上通過思考與討論把握材料中的核心內容，并對這些問題作深入的思考以獲得觀念上的提升。五是所選內容力

21、求與學生的社會生活和社會實踐緊密相關，并在學生可接受的水平上反映當代的科學成果和科學思想，使學生關注社會、關注科學，關注中國的現(xiàn)代化，并獲得綜合運用科學知識及STS思想認識或處理相關社會問題的能力，進一步強化學生的方法和能力，提升學生的科學態(tài)度、情感與價值觀，培養(yǎng)學生樹立科學的發(fā)展觀。例如，專題1中“丁肇中一問三不知”、專題2中“水的反常性質”、“水稻和玉米莖的結構與功能”、專題3中“能量轉化的方向性”、專題4中“獲取信息的方法”等，都在介紹新知識的同時，注意提升學生的態(tài)度情感價值觀以及培養(yǎng)學生處理相關社會問題能力。六是兼顧高三學生的認知基礎與心理特征，設置了可自行學讀的內容（教材中印有底色的

22、文字）、資料（包括科技發(fā)展史料、科學家生平事跡、新的科學技術成果以及名詞解釋、數(shù)據(jù)等）、思考與討論和客體探究建議等欄目。語言比較生動，版面較活潑，圖文并茂，注意所選內容的新穎性與可讀性。此外，為便于學生掌握每個專題的核心思想，每個專題題首設置導圖與導入語，題尾有專題小結，并配以適當練習性問題。課題研究屬有較高需求的學生活動，學生可自行選擇其中之一在課外進行。課題研究的形式有實驗、觀察、調查、考察、上網(wǎng)、制作課件、寫小論文等。五、教學建議 這里就教材的教學在總體上提一些建議，至于各專題的教與學將在后面各專題介紹時提出具體建議。 1、高中科學教材在高三年級第一和第二學期使用，根據(jù)市教委規(guī)定共60學

23、時。教材共10個專題，分屬科學的本質與歷史、科學的統(tǒng)一概念、人與自然、基于科學的技術和科學技術與現(xiàn)代化5大主題。這次出版的是教材第一冊，第二冊將在年底出版。我們建議第一冊教材的4個專題為必教（讀）專題，它們分屬2大主題。第二冊的6個專題分屬3個主題，可以選讀。同一主題內至少應選擇1個專題進行教學。 2、課時安排平均每個專題在7學時左右，如教學8個專題則需56學時。具體的安排在教學過程中可根據(jù)實際情況靈活處理。有些專題的課時可適當延長，有的則可以適當壓縮，有的專題（如專題10科學技術發(fā)展與中國現(xiàn)代化建設）甚至可以完全讓學生自己閱讀，教師只用少量課時略作輔導。但是不管怎樣安排，必須事先制訂詳細的教

24、學計劃，按既定的教學計劃執(zhí)行。 3、教學形式可以靈活，可以教師講，可以學生自學，可以學生討論，可以走出去請進來，可以充分利用課件、錄像等信息技術和現(xiàn)代化教學工具。個別專題（如專題10）可以采取聽專家報告、討論和自學相結合的形式進行教學。但是，我們認為無論采用何種教學方式，教學時都應充分注意本教材中的“觀念性”和“動態(tài)性”兩大特點，盡量引導學生提升觀念，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度、情感和價值觀，盡量讓學生自主探究。4、在教學時牢牢把握住觀念性的知識和盡量回顧學生在高一高二已經(jīng)學過的知識。對于那些為了說明觀點而不得不選用的學生沒有學過的科學知識，不必花精力去過多講述，也不要學生掌握，它們只是為說明觀點而被

25、教材采用的資料性內容。5、高中科學課程是一門全新的課程，它與目前一些學校在高三階段開設的綜合理科課程不同。高中科學面向全體學生，是二期課改上海市中小學自然科學學習領域課程指導綱要中規(guī)定的基礎課，是在課程標準（初稿）指導下開設的課程。所以，本教材是一本全新的教材，我們編寫時遇到的困惑和疑難，教師們在教學過程中也會不同程度地遇到。特別是“專和博”的矛盾，是教師們在教學中遇到的第一大攔路虎?？茖W課程要求教師有較寬的知識面，但是大多數(shù)教師長期從事的是分科教學。一些教師擔心自己的知識結構能否適應科學課程的教學。我們編寫者中多數(shù)也是教師，也各有自己的專業(yè)。我們認為，有些知識不懂不要緊，重要的是教師應具有從不知道到知道的能力，而且在教學過程中不斷提高這樣的能力，并把這樣的能力傳遞給學生。各試驗學校應成立科