人教版高中物理教科書(shū)中的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)方式-最新教育資料

1、人教版高中物理教科書(shū)中的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)方式科學(xué)探究是指?jìng)€(gè)體通過(guò)自主地調(diào)查和研究來(lái)認(rèn)識(shí)和解釋自然的活動(dòng)。1 從普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）可以看出，新課程注重學(xué)生科學(xué)探究的培養(yǎng)，科學(xué)探究既是學(xué)生的一種學(xué)習(xí)方式，也是學(xué)生完成物理課程所要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)。2 因?yàn)?，科學(xué)探究不僅可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到物理知識(shí)，形成物理思維，還有助于學(xué)生掌握物理學(xué)中的科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。因此，教師想要有效實(shí)施科學(xué)探究，首先就要了解教科書(shū)中的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)方式。本文以人教版高中物理教科書(shū)必修模塊（以下簡(jiǎn)稱“教科書(shū)”）為例，對(duì)教科書(shū)中科學(xué)探究的呈現(xiàn)方式進(jìn)行分析。一、教科書(shū)中的科學(xué)探究教科書(shū)中的科學(xué)探究處處可見(jiàn)，內(nèi)容極其豐富

2、。包含科學(xué)探究的相關(guān)內(nèi)容有：物理學(xué)史的引入、物理概念規(guī)律的探究、STS教育、與科技發(fā)展相關(guān)、與其他學(xué)科或高等物理聯(lián)系、聯(lián)系生活實(shí)際和物理實(shí)驗(yàn)探究等。包含科學(xué)探究的上述內(nèi)容在教科書(shū)中所占的比例，如圖1 所示：圖 1 教科書(shū)中各探究?jī)?nèi)容所占比例由圖 1 可以看出，教科書(shū)中科學(xué)探究涉及最多的是聯(lián)系生活實(shí)際的內(nèi)容，通過(guò)與學(xué)生最為貼近的生活實(shí)際激發(fā)學(xué)生的探究興趣， 有利于科學(xué)探究的進(jìn)一步開(kāi)展，同時(shí)也充分體現(xiàn)了“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)”的基本理念。 物理概念規(guī)律和物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究所占比例相差不大、且比例較大，充分體現(xiàn)了物理學(xué)的學(xué)科特性。科學(xué)探究在其他學(xué)科或高等物理聯(lián)系與科技發(fā)展相關(guān)的內(nèi)容中所占比

3、例均為8.99%?？梢?jiàn)，在教科書(shū)中科學(xué)探究的內(nèi)容還引入了與其他學(xué)科或高等物理以及現(xiàn)代高科技的相關(guān)內(nèi)容， 具有較強(qiáng)的時(shí)代感，讓學(xué)生體會(huì)到科技發(fā)展離不開(kāi)物理知識(shí)， 使學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程中學(xué)習(xí)物理知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。教科書(shū)中的科學(xué)探究關(guān)于物理學(xué)史及STS教育的內(nèi)容相對(duì)較少，僅占3.37%。二、教科書(shū)中科學(xué)探究的呈現(xiàn)方式教科書(shū)中的科學(xué)探究，不僅內(nèi)容十分豐富，呈現(xiàn)方式也是多種多樣的；不僅有物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)、演示、思考與討論常見(jiàn)性欄目和說(shuō)一說(shuō)、做一做、科學(xué)漫步等擴(kuò)展性欄目，還有以整節(jié)內(nèi)容安排探究以及書(shū)末的課題研究等獨(dú)立的科學(xué)探究呈現(xiàn)方式。其中整體探究比較少，教材中大多數(shù)的探究都屬于部分探究?？茖W(xué)探究在

4、教科書(shū)中的呈現(xiàn)方式，如圖2 所示：圖 2 教科書(shū)中科學(xué)探究的呈現(xiàn)方式1. 常見(jiàn)性欄目中的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)方式。 “實(shí)驗(yàn)”、 “演示”和“思考與討論”是教科書(shū)中常見(jiàn)的欄目， 在這些欄目中科學(xué)探究是如何呈現(xiàn)的呢？（ 1）“實(shí)驗(yàn)”欄目中的科學(xué)探究。物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)不僅可以訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，而且有利于了解科學(xué)探究的過(guò)程，掌握科學(xué)探究的方法。新課標(biāo)中也指出：觀察實(shí)驗(yàn)是物理科學(xué)探究的基本方法之一。3 教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)探究有兩種形式：一種是以小節(jié)的形式呈現(xiàn)在教科書(shū)中，如必修2 第 5 章第 3 節(jié)實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)；一種是以小欄目的形式呈現(xiàn)， 如必修 1 第 3 章第 4 節(jié)“實(shí)驗(yàn)”

5、欄目“探究求合力的方法”。不論哪種形式的實(shí)驗(yàn)探究，大都是先提出問(wèn)題，然后給出實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)提出新的問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生猜想，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。如，“探究求合力的方法”中， 標(biāo)題就提出了要探究的問(wèn)題， “探究時(shí)要注意下面幾個(gè)問(wèn)題”中就包括了： 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證 2 個(gè)探究要素，在探究的過(guò)程中還會(huì)給學(xué)生以提示： “建議用虛線把合力的箭頭端分別與兩個(gè)分力的箭頭端連接，也許能夠得到啟示”?？梢?jiàn)，教科書(shū)還注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的正確引導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)中的探究主要是對(duì)物理原理、規(guī)律的探究，通過(guò)探究加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力，感受科學(xué)探究在物理實(shí)驗(yàn)

6、中的重要作用。（2）“演示”欄目中的科學(xué)探究?！把菔尽睓谀恐械目茖W(xué)探究， 大多是通過(guò)教師課堂上演示的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生興趣、引發(fā)學(xué)生思考，或解釋物理現(xiàn)象。該部分的探究旨在激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。如，自由落體運(yùn)動(dòng)這一節(jié)中的“演示”欄目，如圖 3 所示：圖 3 自由落體運(yùn)動(dòng)一節(jié)中的“演示”3 可以看出，教師可引導(dǎo)學(xué)生先通過(guò)教科書(shū)給出的器材，猜想第一次的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，待學(xué)生各抒己見(jiàn)之后，通過(guò)演示這 個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生仔細(xì)觀察這些物體的下落情況，驗(yàn)證他們的猜測(cè)。此時(shí)，教師提出問(wèn)題：“若把玻璃筒里的空氣抽出去，會(huì)是什么現(xiàn)象”， 這就激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣，從而再一次

7、產(chǎn)生猜想；教師繼續(xù)演示，讓學(xué)生觀察物體下落的情況，通過(guò)這兩次教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察現(xiàn)象，便可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與討論，從而引入自由落體運(yùn)動(dòng)的概念。雖然“演示”欄目都是教師在課堂中操作的演示實(shí)驗(yàn)，但通過(guò)教師的引導(dǎo)，學(xué)生便可進(jìn)入探究的狀態(tài)，不斷激起學(xué)生的興趣，不僅有助于學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，還有利于學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程。（ 3）“思考與討論”欄目中的科學(xué)探究?！八伎寂c討論”中的科學(xué)探究大多是以生活實(shí)例導(dǎo)入，然后以提問(wèn)的形式引導(dǎo)學(xué)生探究， 這種探究不僅有助于學(xué)生新知識(shí)的建構(gòu)，對(duì)教師有效教學(xué)也有一定的輔助作用；也有部分探究是針對(duì)教材中所學(xué)的內(nèi)容提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、討論或進(jìn)一步自學(xué)。該欄目中的探

8、究在幫助學(xué)生深刻理解知識(shí)的同時(shí)，還注意發(fā)展學(xué)生獨(dú)立思考的能力，注意培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。如，速度變化快慢的描述一一加速度一節(jié)中的“思考與討論”欄目，如圖 4所示:圖4速度變化快慢的描述一一加速度一節(jié)中的“思考與討論”圖 4 中的“思考與討論”由生活中常見(jiàn)的小型轎車(chē)和旅客列車(chē)入手，通過(guò)“誰(shuí)的速度增加的比較快”提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考討論，再根據(jù)“它們的速度平均 1s 各增加多少”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算分析、驗(yàn)證誰(shuí)快誰(shuí)慢，這一過(guò)程就包括了提出問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題這三個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)這個(gè)欄目，教師不僅可以輕松地引入加速度的內(nèi)容，還可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、舉一反三的能力。2. 擴(kuò)展性欄目中的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)

9、方式。新課程倡導(dǎo)的科學(xué)探究，在教科書(shū)中的擴(kuò)展性欄目滲透的也比較多，不僅涵蓋的內(nèi)容極其豐富，包括物理學(xué)史、現(xiàn)代高科技、STS教育、生活實(shí)際以及和其他學(xué)科聯(lián)系等，呈現(xiàn)方式也是多種多樣，包括“說(shuō)一說(shuō)”、“做一做”、“ ST6、“科學(xué)漫步”和“科學(xué)足跡”等欄目， 而且擴(kuò)展性欄目中的內(nèi)容不是基本教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己的條件在教師指導(dǎo)下選擇學(xué)習(xí)。（ 1）“說(shuō)一說(shuō)”欄目中的科學(xué)探究。“說(shuō)一說(shuō)”欄目中的內(nèi)容具有一定的開(kāi)放性，此欄目中的探究也是以問(wèn)題的形式引發(fā)學(xué)生深層次的思考，重在師生、生生間的交流互動(dòng)，學(xué)生在相互交流的過(guò)程中學(xué)習(xí)物理知識(shí)，掌握物理規(guī)律，有利于學(xué)生養(yǎng)成勇于質(zhì)疑的習(xí)慣。例如，重力勢(shì)能一節(jié)中的“

10、說(shuō)一說(shuō)”欄目，如圖 5 所示：圖 5 重力勢(shì)能一節(jié)中的“說(shuō)一說(shuō)”由圖 5 可以看出，該部分先給出假設(shè)“如果重力的功與路徑有關(guān)”，進(jìn)而提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生探討在這種情況下還能否把mgh叫做物體的重力勢(shì)能，并且給出理由。學(xué)生通過(guò)思考分析、交流討論，不僅可以加深學(xué)生對(duì)重力勢(shì)能的理解，還有助于學(xué)生養(yǎng)成質(zhì)疑的習(xí)慣，培養(yǎng)辯證性思維，從而形成科學(xué)的價(jià)值觀。（2）“做一做”欄目中的科學(xué)探究?！白鲆蛔觥睓谀恐械目茖W(xué)探究操作性比較強(qiáng)，主要包括兩方面的內(nèi)容：一種是貼近生活實(shí)際的物理知識(shí)應(yīng)用：一種是科學(xué)技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用。該欄目通過(guò)身邊實(shí)例啟發(fā)學(xué)生善于觀察、發(fā)現(xiàn)， 有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。如， 必修 1 第

11、1 章第 3 節(jié) 運(yùn)動(dòng)快慢的描述速度中的“做一做”欄目，就是讓學(xué)生設(shè)計(jì)方法，測(cè)量自行車(chē)在不同情況下行駛（如長(zhǎng)距離和短距離）時(shí)的速度，測(cè)量蚊香燃燒的速度，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性作出評(píng)估。設(shè)計(jì)方法、測(cè)量速度、 評(píng)估結(jié)果這三個(gè)過(guò)程就包括了制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估這4 個(gè)科學(xué)探究要素，但教科書(shū)中并未直接呈現(xiàn)科學(xué)探究4 要素，而是簡(jiǎn)短精煉地隱含在了“做一做”這一欄目中， 這樣不僅讓學(xué)生感受到物理在生活中處處可見(jiàn)， 而且還可以讓學(xué)生逐漸掌握科學(xué)探究這一方法，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。該欄目還包含科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容，通過(guò)計(jì)算機(jī)、傳感器等高科技技術(shù)，使學(xué)生了解物理探究中的其他方法，有助

12、于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維及數(shù)據(jù)分析能力等。如， 必修 2 第 7 章第 6 節(jié) 實(shí)驗(yàn)： 探究功與速度變化的關(guān)系節(jié)末的“做一做”欄目“利用數(shù)表軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理”， 就指出借助于常用的數(shù)表軟件就可以迅速準(zhǔn)確地根據(jù)表中的數(shù)據(jù)做出圖像，甚至能夠不用把圖像變換成直線就寫(xiě)出圖像所代表的公式。學(xué)生通過(guò)該欄目了解到除了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，還可以利用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且該方法更加準(zhǔn)確快捷，但這些技術(shù)應(yīng)用僅限于有條件的學(xué)?；?qū)W生個(gè)體。(3) “ST6欄目中的科學(xué)探究。”ST6欄目中的科學(xué)探究呈現(xiàn)多是以現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為題材，融入社會(huì)發(fā)展、環(huán)境能源與可持續(xù)發(fā)展等方面的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入思考科學(xué)技術(shù)與社會(huì)、環(huán)境、資源之間的

13、關(guān)系，培養(yǎng)他們與時(shí)俱進(jìn)的科學(xué)精神和合理利用科學(xué)技術(shù)的意識(shí)。該欄目在聯(lián)系科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展、人類(lèi)生活的基礎(chǔ)上， 引導(dǎo)學(xué)生思考一些實(shí)際問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣。如，必修1第1章第3節(jié)運(yùn)動(dòng)快慢的描述一一速度的“ST6欄目“速度與現(xiàn)代社會(huì)”，介紹了城市規(guī)模的大小與車(chē)速提高的密切關(guān)系、速度與現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)間的關(guān)系及交通網(wǎng)的形成對(duì)社會(huì)的促進(jìn)，這都是速度對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展有利的一面，該欄目還介紹了速度制約社會(huì)發(fā)展的方面，比如大量汽車(chē)帶來(lái)的交通堵塞、能源過(guò)度消耗、尾氣與噪聲污染等帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題。面對(duì)這些社會(huì)問(wèn)題，人們需要去探索有效措施來(lái)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展，比如研制綠色汽車(chē)、對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)的使用在時(shí)間和道路上進(jìn)行限制等

14、。通過(guò)這些介紹，讓學(xué)生感受科學(xué)技術(shù)就在身邊，它不僅促進(jìn)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，同時(shí)也制約著社會(huì)的進(jìn)步，在人類(lèi)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，但當(dāng)這些問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，我們需要去探索如何處理這些矛盾，以達(dá)到能源的可持續(xù)發(fā)展。該欄目最后 還提出一個(gè)問(wèn)題“討論： 交通工具的速度是不是越快越好？”引 發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考與探究。（4）“科學(xué)漫步”與“科學(xué)足跡”欄目中的科學(xué)探究。 “科學(xué)漫步”與“科學(xué)足跡”欄目中主要是與現(xiàn)代科學(xué)理論、 現(xiàn)代科技和物理學(xué)史的有關(guān)內(nèi)容，通過(guò)這類(lèi)學(xué)生知其然不知其所以然的知識(shí)， 激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索其物理根源的沖動(dòng)和欲望，物理學(xué)史中不僅涉及了科學(xué)家的成長(zhǎng)歷程，而且還有科學(xué)方法與科學(xué)精神的滲

15、透。 該欄目側(cè)重物理學(xué)與人類(lèi)文明的關(guān)系，這些都讓學(xué)生在較高層面上理解科學(xué)的意義。4 如，必修2 第 6 章第 6 節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性的“科學(xué)漫步”欄目“時(shí)間和空間是什么”，該部分簡(jiǎn)單的講解了經(jīng)典時(shí)空觀，隨后又提到愛(ài)因斯坦提出了一種嶄新的時(shí)空觀念，但都是簡(jiǎn)單的介紹，供學(xué)生了解，但最后指出：即使是今天，也有許多物理學(xué)家在思考研究時(shí)間和空間呢。由此可見(jiàn)，該欄目并沒(méi)有打算講清時(shí)間和空間的問(wèn)題，只是提出問(wèn)題“時(shí)間和空間是什么”， 讓學(xué)生有一個(gè)初步的認(rèn)知，激勵(lì)感興趣的學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的探索與討論。又如， 該節(jié)的“科學(xué)足跡”欄目“牛頓的科學(xué)生涯”， 學(xué)生通過(guò)閱讀該欄目，不僅對(duì)牛頓一生有了了解，還從中學(xué)習(xí)到了

16、牛頓勤奮學(xué)習(xí)、積極探索的精神，以及對(duì)牛頓的科學(xué)方法也有了一定的認(rèn)識(shí)?？梢?jiàn)，該欄目物理學(xué)史的介紹，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以滲透科學(xué)方法的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神，促進(jìn)了學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀的發(fā)展。3. 獨(dú)立的科學(xué)探究及其呈現(xiàn)方式。教科書(shū)中獨(dú)立的科學(xué)探究的呈現(xiàn)方式包括以小節(jié)形式和書(shū)末的課題研究?jī)煞N呈現(xiàn)方式，這兩部分相對(duì)其他的科學(xué)探究比較獨(dú)立，是專(zhuān)門(mén)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何開(kāi)展自主探究學(xué)習(xí)的。（ 1 ） 小節(jié)形式呈現(xiàn)的科學(xué)探究。教科書(shū)中共有2 個(gè)專(zhuān)門(mén)以小節(jié)形式呈現(xiàn)的科學(xué)探究，在學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，更注重科學(xué)方法與科學(xué)精神的培養(yǎng)。小節(jié)探究以欄目的形式循序漸進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。如，必修1

17、第 2 章第 6 節(jié)“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”， 從“綿延兩千年的錯(cuò)誤”開(kāi)始，以“邏輯的力量”、“猜想與假設(shè)”、“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”等欄目逐步深入，通過(guò)一條清晰的邏輯線索，引領(lǐng)學(xué)生走向伽利略的探究之路。教科書(shū)中把伽利略的抽象思維過(guò)程、數(shù)學(xué)推理過(guò)程、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程結(jié)合當(dāng)時(shí)的科學(xué)條件、社會(huì)背景、文化環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)展示，展現(xiàn)了科學(xué)探究的豐富內(nèi)涵和非凡魅力，不僅使學(xué)生了解了近代科學(xué)產(chǎn)生的背景，領(lǐng)略了伽利略的研究過(guò)程和科學(xué)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生不畏權(quán)威、堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。 5（ 2）課題研究。教科書(shū)中的課題研究，旨在指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展擴(kuò)展性的自主探究學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生從自己感興趣的方面入手，查閱資料、深入研究，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。如， 必修 1 的課題研究“橋梁的研究”， 通過(guò)“課題的得來(lái)”啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)