课程标准与教材修订（九）
作者简介： 杜明荣（1969-），女，教育学博士，硕士生导师，河南大学物理与电子学院副教授，物理教育专业硕士点负责人，教育部高校大学物理课程教学指导委员会中南地区委员会副秘书长，主要研究方向为物理课程与教学评价，曾获河南省教育厅教学成果一等奖、国家级教学成果二等奖、全国第四届教育硕士优秀教师等。
摘? ?要：普通高中物理选择性必修第一册教材，从结构上兼顾知识的逻辑顺序与学生的心理顺序，从呈现上注重情境的创设与导入的设计，从功能上凸显学科核心素养及育人功能。基于选择性必修第一册教材的内容特点，建议在教学中做到实验探究与理论推导并重，培养学生的科学探究能力;注重理论与实际的紧密联系，提高学生学以致用的意识。建议发挥教材特色栏目的功能，实现教学方式多样化;显化模型建构的思想方法，提高学生的建模能力。
关键词：高中物理;选择性必修第一册;教材分析;教学建议
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）9-0001-4
1? ? 学习内容与质量要求
选择性必修课程是以自主选择为前提的必修课程，是在必修课程学习的基础上继续学习的课程。在2017年版普通高中物理课程结构中，选择性必修第一册模块是继必修课程之后的第一个模块，与必修课程紧密衔接，具有承上启下的作用。学习内容共包括三个主题，分别是“动量与动量守恒定律”“机械振动与机械波”“光及其應用”，在学业水平等级考试中属于必考内容。
“动量与动量守恒定律”是物理学中的三大基本守恒定律之一，在高中物理内容结构中占有非常重要的地位。课标对这部分内容在物理观念方面，要求学生能从理论推导和实验验证两个方面理解动量守恒定律，深化对物体之间相互作用规律的理解，能用动量、能量的观点分析和解释机械运动现象，解决一维碰撞问题。在科学思维方面，要求学生会用系统的思想和守恒的思想分析物理问题，能恰当使用证据说明自己的观点，质疑他人的观点，能从运动定律、动量守恒、能量守恒等不同角度思考物理问题。
“机械振动与机械波”和“光及其应用”这两个主题相关的内容，在整个高中物理知识结构中，既是教学的重点又是教学的难点。课标对这部分内容在物理观念方面，要求学生能用恰当的物理量描述简谐运动和机械波，能说明机械波的特点，并能解释生产生活中的有关现象，知道光的干涉、衍射和偏振现象及其应用，认识光的波动性，知道光是横波。在科学思维方面，要求学生能根据现实生活中的振动或摆动的特点，建构简谐运动、单摆等物理模型，能运用这些模型分析问题，通过推理得到结论，对相关现象作出解释。
选择性必修第一册模块包括4个学生必做实验，其中“验证动量守恒定律”属于科学验证方面的实验，“用单摆测量重力加速度的大小”“测量玻璃的折射率”“用双缝干涉实验测量光的波长”属于科学测量方面的实验。课标对这部分内容在科学探究和科学态度与责任方面提出了具体的学业要求，课标要求学生通过实验和相关内容的学习，认识到物理规律的内在一致性和适用范围，认识到物理研究是建立在观察和实验基础上的一项创造性工作，在研究中必须坚持实事求是的科学态度[1]。
2? ? 教材结构与特点分析
2.1? ? 兼顾知识的逻辑顺序与学生的心理顺序
教材在内容的组织上，不仅考虑到了学科知识的逻辑体系，同时也关注到了学生的认知心理发展特点。教材内容在横向上，按照课标要求的三个主题展开，第一章反映了“动量与动量守恒定律”这一主题，第二章和第三章反映了“机械振动与机械波”这一主题，第四章和第五章反映了“光及其应用”这一主题。纵向上，进一步优化了有关物理知识的结构，使之更能反映知识之间的逻辑关系，同时进一步理顺了知识展开的线索，对知识的铺垫、概括和引申进行了规划，使之更加符合科学的认知规律。例如，第一章“动量与动量守恒定律”，教材以“从天体到微粒的碰撞”导入（图1），首先介绍了动量的概念，通过理论推导，引入冲量的概念和动量定理，通过实例分析了缓冲运动中动量定理的应用;接着，通过实验探究获得动量守恒定律，通过实例分析反冲运动与火箭;最后，在碰撞问题的解决中实现了全章内容的融会贯通。
2.2? ? 注重情境的创设与导入的设计
为了激发学生的学习欲望，保留学生的探索兴趣，使学生对学习内容充满好奇，教材注重教学情境的创设与课程内容的导入设计，在每一章的开始，都设置了与本章内容相关的精彩导入[2]。例如，教材用“从天体到微粒的碰撞”导入了第1章“动量与动量守恒定律”相关内容的学习;用“从古代鱼洗说起”导入了第2章“机械振动”相关内容的学习;用“身边的波”导入了第3章“机械波”相关内容的学习;用“美妙的彩虹”导入了第4章“光的折射和全反射”相关内容的学习;用“神奇的光”导入了第5章“光的干涉、衍射和偏振”相关内容的学习。这些章首导入新奇有趣，启迪思维，能够有效引导学生进入新知识的学习探究之中。
教材不仅每一章都有精彩的导入，而且在每一节的开始也都以不同形式精心设置了情境导入。这些情境导入有的是从学生身边的生活现象出发，引导学生从生活走向物理;有的是从现代科技的应用入手，启发学生深入思考;有的是通过展示大自然的奇妙，激发学生的好奇心，使之产生浓厚的学习兴趣;有的是从常见的体育娱乐活动出发，引导学生体会其中的物理奥秘（图2）。
另外，教材在内容上注重基础性、科学性、选择性和适用性，体现教材的人文关怀，落实物理学科核心素养，关注全体学生的学习需求，反映学科动态，体现了时代特点。在内容呈现上有利于教与学，发挥了教材对教学的支架作用，促进物理课程育人功能的落实，注重教材的物理形态，有利于激发学生对物理学习的兴趣。
2.3? ? 凸显学科核心素养与育人功能
教材在知识结构上与课标保持一致，在具体内容上对课标进一步进行细化，充分落实课标中关于学科核心素养各个方面的要求，落实立德树人的根本任务，实现教材的育人功能。
为了培养学生的科学思维与科学探究能力，教材中根据不同实验的具体功能与特点，安排设计了不同类型的实验，包括演示实验、迷你实验室、师生共同参与的实验与探究、学生必做实验等。例如，在简谐运动的相关内容设计中，为了让学生理解、体会简谐运动是一种非常完美的运动，且可以用数学图像直观地表征这种完美的运动，教材在“迷你实验室”栏目设计了一个弹簧振子在纸板上绘图的小实验，实验中学生匀速拖动纸板，与弹簧振子相连的笔头就会在纸板上留下弹簧振子做简谐运动的图像。通过这个小实验，不仅可以帮助学生理解位移-时间图像的物理意义，还可以让学生亲身体会将运动物体的位移在时间轴上展开的思想方法，提升学生的科学思维能力和科学探究能力。
教材也非常关注科学态度与责任方面的素养，注重科学本质、科学态度与社会责任。例如，在光的全反射相关内容中，教材以“物理聊吧”栏目为载体（图3），引导学生讨论“什么情况下看见虹，什么情况下看见霓，为什么现在很难看到天空中的彩虹？你对环境保护有什么设想？”等问题，从而让学生通过物理学习，认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境之间的联系，增强学生环境保护和可持续发展的意识，提升学生的社会责任感。
3? ? 教学理念与方法建议
3.1? ? 实验探究与理论推导并重，培养学生的科学探究能力
理论推导和实验探究在物理学研究中发挥着同样重要的作用。一方面，物理学是一门以实验为基础的学科，我们要重视实验教学。在选择性必修第一册中，课标共给出了13条基本要求，其中8条要求通过实验完成，同时还包括了3个科学测量性质的学生必做实验和1个验证性的学生必做实验。可见，实验探究对于物理知识学习的重要性。因此，在教学中我们要重视通过实验探究物理规律，提高学生的科学探究能力。另一方面，在重视实验教学的同时，我们也同样要重视理论推导在科学研究中的重要作用。选择性必修第一册中关于动量定理和动量守恒定律的学习，课标中明确要求“通过实验和理论推导，理解动量定理和动量守恒定律。”教材中为了落实这一要求，在动量定理的内容编排上，首先假设了一个物体在恒力作用下的运动情境，然后利用匀变速直线运动的规律公式以及牛顿第二定律，通过理论推导物体动量的变化量与作用力和时间的关系，从而得出冲量的概念以及动量定理。在这部分内容的教学中，我们可以参考教材内容的编排与呈现方式，通过实验探究和理论推导，让学生经历科学论证过程，理解动量定理的物理实质与牛顿第二定律的一致性。
3.2? ? 注重理论与实际的紧密联系，提高学生学以致用的意识
物理教学中注重理论联系实际，既符合物理学科自身的特点，又可以实现学生从感性认识上升到理性认识的飞跃。课标中对选择性必修第一册的相关内容提出了明确的理论联系实际的要求，如“理解动量定理和动量守恒定律，能用其解释生产生活中的有关现象”“能列举多普勒效应的应用实例”“初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用”等。因此，理论联系实际是物理教学的一个重要目标。
教材中也有很多紧密联系生产生活、现代科技和社会活动过程的内容素材，例如，在讲多普勒效应时，让学生解释当救护车鸣笛从身边飞速驶过时，听到的鸣笛音调为什么会发生变化;在讲共振的防止与应用时，让学生理解共振破碎机的工作原理以及塔科马海峡大桥垮塌的原因。类似的还有让学生了解光纤通信，认识美丽的彩虹，欣赏漂亮孔雀羽毛形成的光栅，观察超市里用激光扫描条形码等等。物理学与人们的生活紧密相连，物理现象就存在于我们周围。因此，教学中我们应充分挖掘学生熟悉的生活素材，引导学生运用物理知识解决这些生产生活中的实际问题，潜移默化地使学生养成有意识地运用所学的物理知识分析、思考并处理各种现实问题的习惯，将物理学与生产生活联系起来。同时，我们还要注重物理学与现代科技的联系，反映物理学习的时代特征，使学生意识到物理学在现代科技中所起到的关键作用，认识到今天学习物理学的意义所在[3]。
3.3? ? 发挥教材特色栏目的功能，实现教学方式多样化
提倡教学方式多样化，是高中物理课程的基本理念之一。为了给教师实施多样化的教学方式提供有力的支撑，教材中设置了丰富多彩的特色栏目，诸如 “本章学业要求”“素养提升”“实验与探究”“迷你实验室”“科学书屋”“方法点拨”“策略提炼”“拓展一步”“物理聊吧”等。教师可以充分利用这些特色栏目，创设学生积极参与、乐于探究的学习情境，培养和发展学生的自主学习能力，使学生养成科学思维的习惯，理解物理学的本质。例如，我们可以利用“实验与探究”栏目中规范的验证实验和探究实验培养学生的科学探究能力;利用“迷你实验室”中妙趣横生的趣味小实验激发学生的物理学习兴趣（图4）;利用“DIS实验室”引导学生将现代信息技术与物理实验有机融合;利用“科学书屋”中的科技信息拓展学生的视野，彰显物理学的人文关怀;利用“方法点拨”栏目向学生渗透科学研究方法和科学思想;利用“策略提炼”教给学生物理问题解决的方法;利用“物理聊吧”引导学生畅所欲言，培养学生的交流合作能力[4]。
3.4? ? 显化模型建构的思想方法，提高学生的建模能力
模型建构是一种认识客观世界的手段和思维方式，是指学生根据研究问题和情境，利用抽象化、理想化、简化和类比等方法，抽象出研究对象的本质特征，构成概念或者体系的过程[5]。物理教学中注重物理模型的建构与应用，有利于加深学生对物理概念和规律的理解，对提高学生的深层次学习具有重要意义。选择性必修第一册内容中包含有弹簧振子、单摆、简谐运动、弹性碰撞等多个物理模型，且课标对这部分内容的教学也提出了明确的建议“通过创设学生感兴趣的问题情境，引导学生运用已有的概念和规律分析常见的碰撞、机械振动、机械波等现象，建构弹性碰撞、简谐运动、单摆等模型，在研究碰撞现象、单摆运动等实验过程中，提高建模能力。”因此，我们在教学中要充分利用这些模型的教学，显化模型建构的思想方法，培养学生的物理建模能力。
例如，在单摆模型的教学中，我们可以引导学生分析教材中关于单摆的表述：“把一根不能伸长的细线上端固定，下端拴一个小球，线的质量和球的大小可以忽略不计，这种装置称为单摆。”首先，这里是将研究对象模型化，球的大小忽略不计，是将球抽象为一个质点模型，细线的质量忽略不计且不能伸长，是将细线抽象为物理学中的轻绳模型和非弹性绳模型，它们的组合产生一个新的模型，即单摆模型。单摆在小角度摆动时所做的运动为简谐运动，我们平时所说的单摆模型是指单摆在小角度摆动时做简谐运动的模型，这里既包含研究对象的模型化，又有研究对象所处的条件模型化以及物理过程的模型化思想。物理模型是感性思维与理性思维相统一、具象与抽象相结合的产物，教学中我们可以通过分析物理模型的建立和发展过程，展示物理模型所包含的丰富内涵，引导学生经历物理模型建立的过程，体会物理模型建立的思想方法，提高学生的物理建模能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：24-27.
[2]廖伯琴.普通高中教科书物理选择性必修第一册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.
[3]廖伯琴.《普通高中物理课程标准》（2017年版）要点解读[J].物理教学，2020，42（2）：2-5.
[4]廖伯琴.课程标准与教材修订（一）——基于2017版课标对高中物理教材修订的总体思考[J].物理教学探讨，2020，38（1）：1-4.
[5]李兰，李春密，杨鹏飞.基于学业质量水平的物理建模能力研究[J].物理通报，2020（2）：116-119.
（欄目编辑? ? 廖伯琴）
