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以核心素养为统领的高中物理教材编写——2019版普通高中物理（人教版）教材介绍

2020-11-25 12:56阅读：

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以核心素养为统领的高中物理教材编写——2019版普通高中物理（人教版）教材介绍

原创 张颖 基础教育课程 2020-11-21
人教版《普通高中教科书·物理》以“为学生发展核心素养服务、落实立德树人根本任务”“聚焦学科核心素养，落实课程标准要求”“优化教材的组织呈现形式，为教和学提供便利”“在继承的基础上发展创新”为编写指导思想，从培养学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面彰显教材的育人价值，为学生的终身学习和自主发展创造条件。
人教版《普通高中教科书·物理》的编写工作于2016年春季正式启动，并于2019年秋季开始在部分省市投入使用。编写组根据教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》精神，以《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“课程标准”）为依据，总结、反思上一轮教材编写的经验和不足，着力提升教材在发展学生核心素养方面的育人价值。
一、编写指导思想
（一）为培育学生发展核心素养、落实立德树人根本任务服务
中国学生发展核心素养是党的教育方针的具体化、细化。普通高中物理教材在内
容选择、组织和呈现方面，有机融入社会主义核心价值观、中华优秀传统文化等教育内容，努力呈现我国在经济建设、科学研究等方面的新成就，培养学生的爱国情感、社会担当、创新精神和实践能力，为培育学生发展核心素养、落实立德树人根本任务服务。
（二）聚焦学科核心素养，落实课程标准要求
物理学科核心素养是物理学科育人价值的集中体现，是学生通过物理学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。教材编写注重全面、准确地体现核心素养的内涵，使学生通过高中阶段物理课程的学习，获得进一步学习以及未来发展必需的物理观念，培养科学思维和科学探究的意识和能力，以及树立正确的科学态度与责任。同时，教材编写时注意将物理学科核心素养的四个方面有机融合，避免将其割裂开来。
（三）优化教材的组织呈现形式，为教和学提供便利
教材在内容编排上，一方面有利于教师科学设计教学情境、有效组织教学，促进课堂教学由教师独白向师生互动、学生主动思考等形式转变，强化教师在教学活动中作为组织者、引导者与合作者的角色；另一方面，着力引导学生在主动探究、建构知识的基础上形成物理观念，为学生提供质疑与探究的机会，通过显性教学和隐性渗透的方式进行科学态度与责任的教育，促进学生物理学科核心素养的培育。
（四）在继承的基础上发展创新
如果说三维课程目标相对于“双基”更完整地反映了学科的内涵和教育取向，核心素养的提出则在此基础上进一步凸显和强调了学科的本质和育人价值。从这个意义上看，核心素养并不是对三维目标的颠覆，而是对其的继承和发展。因此，只有通过对此前教材进行全面分析，继承其中合理、优秀的成分，才能有的放矢地创新，按照新时代对人的培养的要求，力图反映近年来我国基础教育课程领域涌现的新理念和新方法，编写出更加合理、更加符合时代要求的教材。
二、聚焦学科核心素养，彰显教材育人价值
（一）加强知识学习，适时提升物理观念
课程标准提出了物理观念这一素养，取代了过去三维目标中的知识与技能维度。这并非意味着要用物理观念的教学取代物理知识的教学。课程标准指出：物理观念是“物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华”。由此可以看出，物理观念和物理概念、规律联系紧密，但二者又不可简单地画等号。学生头脑中的物理观念不是凭空产生的，而要建立在知识学习的基础上，经过思维的加工提炼形成。基于上述认识，编者认为，教材编写中要注意促成学生对概念和规律的深入理解，在适当的时候进行提升，形成物理观念。
以必修第二册“机械能守恒定律”一章的编写为例。本章“能量观”内容的编写思路主要体现在：围绕功能关系这一基本线索，逐步建立“可以通过做功的多少，定量地研究能量及其相互转化”的观念，进而帮助学生理解机械能守恒定律。教材内容的编写线索如图1所示。
以核心素养为统领的高中物理教材编写——2019版普通高中物理（人教版）教材介绍

在上述功能关系的学习中，教材注重学生对“功”“动能”“重力势能”等基本概念的准确理解。例如，用一定篇幅对“功的正负”的含义进行了分析；在引入重力势能概念时，不急于给出重力势能的表达式，而是着重分析了引入重力势能的前提，即“重力做功与路径无关”。在力学中有了对这些概念的深入学习，学生在电学的学习中就容易理解为什么要研究“电场力做功与电势能的变化关系”，甚至还可以尝试探究“分子力做功与分子势能的变化关系”，等等。学生对这些基本概念的准确理解，是掌握功能关系以及后续学习能量知识、形成能量观的基础。
教材加强了概念、规律的学习，并在适当的时候将一些重要的物理观念或在正文中阐述，或以旁批的形式呈现。例如，教材在必修第一册“质点 参考系”内容处，通过旁批“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……”引出了物质观的学习；在必修第三册“电场 电场强度”“电磁波的发现及应用”等内容处，又安排了“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”“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”等旁批，以深化学生对物质观念的理解。关于运动观，教材在必修第三册第二章介绍了最简单的直线运动的规律之后，编写了旁批“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”，为学生后续逐渐形成和完善运动观埋下伏笔。为了加强能量观的学习，教材在必修第二册“机械能守恒定律”一节安排了如下旁批：“能量是人们研究物质世界非常重要的概念，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。”
（二）以科学方法教育为抓手，落实科学思维的培养
科学思维的要素包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新。其中，质疑创新可以看作科学思维的品质，而其他三个要素都与科学方法联系密切。例如，科学推理中就包括演绎推理、归纳推理、类比推理等常见且重要的方法，模型建构则是各种基本方法的综合应用。基于这样的认识，教材主要通过科学方法教育从三个方面落实科学思维的培养。
一是在教材正文中渗透科学方法。例如，为了落实课程标准提出的“体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想”这一要求，教材在必修第二册“曲线运动”一节后专门增加了“运动的合成与分解”，通过教师演示和分析相对简单的红蜡块的运动，带领学生初步了解把平面运动分解为直线运动，从而方便研究的思路和具体做法，并介绍了合运动和分运动的概念。有了上述方法基础之后，在第三节“实验：探究平抛运动的特点”和第四节“抛体运动的规律”中，学生分别通过实验探究和理论推导的方式，在水平和竖直两个方向研究平抛物体的分运动，体验将平抛运动这一较复杂的运动分解为简单运动的方法。教材通过这样逐步递进的安排，让学生既动手又动脑，比较深入地体会“将复杂运动分解为简单运动”的思想方法。
二是在栏目中讲述科学方法。过去，教材中对科学方法主要采用渗透的方式呈现，没有明确科学研究的方法。教师在教学中，常常总结出各种处理具体问题的特殊方法让学生记忆，增加了学习负担。教材专门设置了“科学方法”栏目，对科学研究中重要的普遍方法进行显性呈现。全套教材总共介绍了六种科学方法，大致可以分为两类：一类是广泛用于所有学科的一般性思维方法，包括演绎推理、归纳推理、抽象与概括；另一类是具有物理学科特色的方法，包括控制变量、比值定义、理想模型。教材结合具体知识的学习，用专栏的方式讲述科学方法，有利于强化学生对科学方法的学习。
三是多层次发展学生模型建构的能力。模型建构是科学思维素养中的一个重要要素，广泛用于科学研究，在物理学中显得尤其重要。教材通过物理学中的质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷等对象模型，以及匀速直线运动、平抛运动、简谐运动、弹性碰撞等过程模型的学习，让学生体会建构模型的过程。针对课程标准对模型建构的5级水平划分，编者进行了系统的规划并编写了相关内容，落实了发展学生模型建构能力的要求。
（三）科学探究贯穿始终
编者认为，物理课程中的科学探究有三重意义。首先，它是一种学习方法，强调学生自己不断发现问题、解决问题，在这个过程中建构对知识的理解。探究式学习与接受式学习的本质区别在于，学习的结论是学生通过自己的活动主动获得的，而不是由教师、教材直接告知的。其次，科学探究作为一种程序性知识，本身也是学习的内容。在物理课程的学习中，学生要通过对探究过程的反复体验，学会怎样进行科学探究。最后，科学探究还是一种精神，学生要用这种精神探索和研究自然规律，也要用这种精神学习整个课程中的所有内容。
基于上述理解，教材将科学探究贯穿于整个学习过程。可以说，这套教材整体上是以探究的思路展开的。在这一思想指导下，书中的课堂实验、演示等都不把现象甚至结论和盘托出，而是用启发性的语言引导学生自己观察、发现与思考，自己提出问题并寻找问题的答案。“思考与讨论”“做一做”等栏目，以至全书的语言风格都是为引导学生探索而确定的。
科学探究始于问题。教材为了帮助学生提出问题，在每节开始都设置了一个“问题”栏目，通过创设一个具体的问题情境， 引发学生对所要学习的内容进行主动思考。例如，必修第二册第八章第一节设置了马拉雪橇的场景，这种情形下学生无法用初中的知识计算功，由此产生认知冲突、引发问题。第三节通过发射炮弹的例子，引导学生思考影响动能变化的因素以及定量研究动能的方法。学生每次都带着问题学习新课，久而久之，面对生活中的现象，就会有意识地带着问题去观察和思考，逐渐形成问题意识及提出问题的能力。
教材根据课程标准“学生必做实验”的要求，专门安排了多个完整的探究实验。为了突出实验的探究性，教材没有“越俎代庖”、直接提供具体做法，而是给出总的实验思路，或者在关键环节提出问题，对探究过程进行引导。例如，在“探究平抛运动的特点”这一实验中，在“把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动进行研究”的总思路下，教材建议的一种方案是用频闪照相或者录制视频的方法记录物体在不同时刻的位置，然后独立分析其在水平方向和竖直方向的运动规律。之后，教材以一幅实拍的频闪照片为样例，提出以下问题：“根据图片猜想，小球在水平方向和竖直方向的分运动有何特点？应以哪个位置为原点建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移？若频闪周期为T，怎样通过作图得到T，2T，3T，……时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移？需要测量并记录哪些数据？怎样用实验数据检验你的猜想？”通过这些问题，引导学生思考如何设计实验、收集证据、处理数据，不仅完成了实验所要求的任务，而且真正经历了探究的过程，学习了探究的方法。
（四）全面培养科学态度与责任
培养学生的科学态度与责任，就是要使学生在学习物理知识的同时受到情感、态度与价值观的教育。教材的主要考虑是：培养学生求真求实的科学精神，让学生加深对科学本质的认识，以及在物理教学中融入 以核心素养为统领的高中物理教材编写——2019版普通高中物理（人教版）教材介绍教育。
在物理课程中，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度非常重要。为此，教材不惜笔墨，在正文和实验操作中进行了多次渗透。例如，在必修第一册序言中特别列举了物理学家修正牛顿的理论以及爱因斯坦投稿被拒的事例，说明“物理学的目的是求真，客观事实是判断对错的标准，对就是对，错就是错。猜想和论断必须能经受得住实验的检验和逻辑的推敲。”在“练习使用打点计时器”实验中安排了旁批：“通过测量仪器直接读取的数据是原始数据。它是宝贵的实验资料，要如实记录、妥善保存。”在必修第一册结束时专门撰写了“学生实验”，在其中的“怎样做好物理实验”部分对记录原始数据提出了要求：“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’。”教材还在多处通过讲述奥斯特、法拉第等前辈科学家不懈追求科学真理的事例，培养学生持之以恒的科学态度。
让学生了解科学本质，教材高度重视并有多处体现。例如，学生通过质点、匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动的学习，对物理模型有了初步的了解之后，教材在必修第二册“圆周运动”这一章一开始引用了普利高津的话：“物理学并不是自然界本身，是人类与自然界的对话。”让学生进一步认识到：自然界不存在只有质量、没有大小的质点和绝对均匀的匀速直线运动，以及绝对光滑无摩擦的平面；根据要研究的目的，通过思维加工，把实际的物体或运动过程的本质特征抽象出来（即模型建构），是人类与自然界“对话”的一种重要方式。又如，教材介绍了从牛顿力学时空观到相对论时空观的演变，以及量子力学的成就。那么，相对论和量子论是不是物理学发展的终点呢？教材通过一个旁批，说明一切科学理论都是“未完成的交响曲”，让学生体会到科学是一个不断发展和完善的过程，人类对自然界的探索永无止境。
教材在物理知识的呈现时注意凸显STSE思想，通过多种形式反映科学与技术、社会和环境的密切联系，帮助学生认识到作为社会成员应承担的社会责任。例如，在平抛运动的学习中，教材安排了一道习题：“环保人员在一次检查时发现，有一根排污管正在向外排出大量污水。这根管道水平设置，管口离地面有一定的高度。现在，环保人员只有一把卷尺，请问需要测出哪些数据就可大致估测该管道的排污量？”这不仅考查了学生对物理知识的掌握，还自然地渗透了对环境问题的关注。在必修第三册第十二章第4节“能源与可持续发展”中提道：“能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。人类的生存与发展需要能源，能源的开发与使用又会对环境造成影响。可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡。”除此之外，还专门设置了STSE栏目。例如，在必修第二册中，通过“STSE航天事业改变着人类的生活”的内容，介绍了航天技术在天气预报、导航、航天育种等多方面的应用，让学生认识到航天已经成为推动社会发展的强大动力。
三、为学生的终身学习和个性化发展创造条件
多数学生将来的职业可能不会与高中所学某门课程直接相关，学校在立足学科教学的同时，还应注意培养学生终身学习的意识和能力，以适应未来职业发展和社会生活的需要。《中国学生发展核心素养》研究成果明确指出：学生发展核心素养，主要是指“学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。物理学科对培养学生核心素养的独特价值和具体内容已经体现在“物理学科核心素养”中。从培养途径看，为学生创造条件，让他们在真实情境中解决问题，可以有效地提升其解决实际问题的能力，从而培养其“适应终身发展和社会发展需要”的能力。
教材在引导学生应用所学内容解决问题时，尽可能设置学生较为熟悉的情境，为他们提供解决实际问题的范例。例如，必修第一册安排了“根据需求设计滑梯高度”“计算空调支架受力”，以及“用系有细绳的圆珠笔测地铁加速度”等多个来自学生生活的问题。不仅如此，教材在可能的情况下尽量向学生提供原始素材，让“从实际问题中抽象出物理模型”这个工作由学生完成，从而真正培养其解决问题的能力。例如，必修第一册第二章的章首图展示的是上海的磁浮列车，图下有一段话：“据报道，上海磁浮线路总长33km，一次试车时全程行驶了约7min 30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。磁悬浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也会很大？学过这一章后请你根据报纸上的数据，再按照实际情况给出一些简化的假设，自己尝试着估算它的加速度。”这些数据来自新闻报道，是真实的原始数据，需要抽象为一个物理模型才能用物理知识来解决。又如，在学习了动量定理之后，教材结合“高空抛物”这一危害极大的社会安全问题，展示了一份小区警示公告（图2），并给出相关参数，让学生建立模型，估算从18楼下落的鸡蛋对地面的平均冲击力。

以核心素养为统领的高中物理教材编写——2019版普通高中物理（人教版）教材介绍

教材通过多种形式，为学生的个性化学习创造条件。例如，对于大部分实验，教材都提供了两种或两种以上的实验方案，供学生根据实际条件和自身兴趣进行选择。教材设置了“拓展学习”栏目，主要内容是知识的拓展和延伸，如“匀变速直线运动位移公式的推导”“惯性参考系”“推导向心加速度公式”等，或者是用传感器、计算机等设备自动记录和处理数据的实验，如“用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹”“用传感器观察电容器的放电过程”等。这些内容体现了教学的弹性，供有兴趣的学生选择学习。
每册教材最后都以“课题研究”的形式提供了一些具有开放性且切实可行的研究课题。在内容的选择上，教材增强了课题与学生生活的联系，借此培养学生解决实际问题的意识和能力。例如，必修三册教材给出的研究样例分别是“球形物体空气阻力大小与速率关系的研究”“关于甩手动作的物理原理研究”以及“充电宝不同电量时的电动势和内阻研究”。通过阅读样例，学生大致了解了应该如何进行课题研究，之后由自己选择一个课题，经历自主构思、深入分析、完整研究和系统表达的过程。这些课题的研究内容不受教材的约束，研究时间不受学时的限制，这样就能跟课堂上的学习活动实现优势互补，进一步提升学生的科研素养和创造能力，为学生的个性化发展创造机会。

（作者：张颖，人民教育出版社物理编辑室主任、副编审，人教版普通高中物理教材分册主编。）

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