物理学科教学改革发展方向之教材改革之我见

笔者是一名初中物理学科教研员，前不久，分析了目前我国较为流行的几种初中物理教材。在阅读了美国的主流理科教材——《科学探索者》丛书之后，笔者认为我国的初中物理教材还需改革，不见得要照搬国外教材编写的模式，但是可以取国外教材编写的长处。

那么，我国目前的教育现状是怎样的呢？2014年12月11日，“中国导弹之父”钱学森诞辰103周年。这位杰出科学家晚年最大的心结便是中国的教育事业。他不止一次地在不同场合提出问题：为什么我们的学校总是培养不出人才？而解答“钱学森之问”，杨振宁在清华大学的讲话对于涉及到教学方式的部分也许略有启示。摘录如下：“中国的学习方法受中国教育哲学的影响，一直是让小孩子向专业的方向发展。这跟美国的传统是很不一样的。美国比较放任，让孩子自己去发展。这种分别到了大学时代以后就会看得很清楚。美国的大学生，一年级的大学生，他们的兴趣平均起来很广，所以他们什么东西都懂一点。他们的网散得比较广，导致的结果就是他们不会考试，这是大家都知道的。而中国的学生非常会考试，为什么呢？比如说中国的同学在中学学习三角，会做很多习题。而美国的中学生虽然也都知道正弦和余弦的定义，但是他们不会做习题。他们接受的是一种比较宽泛的知识，而没有深度。你们必须要了解，这两种方法的教育结果是各有短长的。从考试的角度讲，那当然中国的教育方法是非常好。”“那么是不是他们这种办法就绝对不好呢？不然，这种办法也有好处。而且这种好处在当今状况之下，就是像我刚才讲的门开的很多，不同学科的交叉领域所能产生的重要结果多得不得了的情况之下，美国学生的学习方法就发生了优势。我给你们举几个例子，我想大家如果自己没有做过CAT-scan（层状扫描，俗称”CT“）的话，那么你们的父母或者祖父母一定做过。CAT-scan的发明者是一个物理学教授，他对于计算机很感兴趣，对于医学也很感兴趣，又研究过理论的X光效应，就把这几种研究综合起来，后来就发展出了CAT-scan，并且得到了诺贝尔奖。”“这个故事告诉你们，今天的方法多得很，如果你的兴趣广一点，你就可以把好几个东西综合在一起，然后得出来从来没有过的事物或者见解。所以在今天的情形之下，每一个人都值得向广义的方向去发展，这一点对于中国教育体制下成长起来的年轻人尤其重要。”综合上述，笔者认为，教材的编写确立了我国学生的知识构成是广泛式的还是深入式。对于一名初中学生来讲，了解更多的科普知识尤为重要。将来学生可以选择自己感兴趣的方向开展研究。

1我国教材的改革现状

人类的科学和技术活动包括两个方面：一是科学技术的研究与开发；二是科学技术的传播与人才培养。而我们的中学物理学科教学实际上就是在传播科学技术。而初中的物理教学更是基础科学的普及知识讲授。

由于沈阳市一直沿用的是人教版的教材，所以在笔者的一线教学生涯中，经历过三次人教版的改版。由于旧版书都丢失了，所以我只能大致记得，2000年前的人教版是8年级力学，9年级电学，在这里暂时称为第一版。后来改版后变为了8年级电学，9年级力学，暂时称为第二版。经过实践，这次的改版就是2013年全面使用的版本，暂时称为新版，力学和电学的顺序又改了回来，其他的章节的位置有了小变动。变动原因为：刻度尺和秒表的测量为测量的基本量，所以将它改回到书上的第一章，密度的测量也是力学最基本的计算，所以安排在8年级上册。力学安排在了8年级的下半年，主要由于力学知识较为直观，孩子们较为容易接受。由于电学部分较为抽象，所以将它放在9年级。

新人教版主要讲的是“力、热、光、电、声”五部分，如果将声现象部分也归类到力学，那么实际就四部分了。从章节上看，力学有九章，分别为“机械运动”、“声现象”、“质量和密度”、“力”、“运动和力”、“压强”、“浮力”、“功和机械能”、“简单机械”。热学有三章，分别为“物态变化”、“内能”、“内能的利用”。光学有两章，分别为“光现象”、“透镜及其应用”。电学有七章，分别为“电流和电路”、“电压 电阻”、“欧姆定律”、“电功率”、“生活用电”、“电与磁”、“信息的传递”。新人教版书上属于能源的部分内容介绍不多，只有第二十二章以整章篇幅出现。所以教科书各个部分的介绍内容，均在我们的衣食住行中有应[HJ1。3mm]用，所以教材是本着“从生活走向物理，从物理走向社会”的课标理念编写的。在教材使用过程中，人教社一直在各地调研并改进，但是教材改革的道路仍旧是任重而道远。

2美国的初中物理教材简介

美国主流的初中理科教材是《科学探索者》。第三版一共有17册书，它们是《从细菌到植物》、《动物》、《细胞与遗传》、《人体生理卫生》、《环境科学》、《地球内部》、《地表的演变》、《地球上的水》、《天气与气候》、《天文学》、《物质构成》、《化学反应》、《运动、力和能量》、《电与磁》、《声与光》、《科学探究》、《法庭科学》。在这些书目中，与物理相关的有《运动、力和能量》、《电与磁》、《声与光》、《科学探究》等教科书。下面仅就笔者看到的两本书做以简介。

《科学探究》一书以超级发明家朗尼·约翰逊研制玩具手枪的过程及对朗尼的访谈，揭开了成为一名发明家需要的心态及做法。在“像科学家那样思考”一节中，以珍妮·古多尔研究美洲黑猩猩的叙事过程介绍了怎样像科学家那样思考：观察、推理、观测、分类、建立模型、交流。开展科学探究的过程需要提出问题、提出假设、设计实验（控制变量）、分析数据、得出结论。在“从事科学事业”一节中以空间站、开发新能源两个例子介绍了从事科学事业需要不同的科学家们的协作研究。在“测量-科学家们的通用语言”中，介绍了长度、体积、质量、温度、密度、时间的测量方法及测量仪器的使用和计算方法。在“数学和科学”中，介绍了需要用到的数学方法；均数、中数、众数、概率、面积、体积、分数、小数、比和比例、百分比、有效数字、科学计数法。在“科学图表”一节中，介绍了创建数据表及绘制折线图的方法。在“科学实验中的安全常识”一节中，介绍了在实验室里你需要注意的安全守则。在“技术设计的基本方法”一节中，介绍了确定需求、研究问题、确定设计方案（提出设想、分析评估、权衡利弊）、制作小样及评估、检查改进并重新设计、交流设计成果。最后的“跨学科探索”中讲述了现实中和科幻中的机器人。这本书的实用性是非常强的，它教会了学生们在实际生活中，怎样用科学家的眼光观察、分析及思考。

《声与光》一书先介绍了美国科学家克里斯汀领导的音爆小组，研究超音速飞机减少音爆的过程。随后展开了第一章波：“波的特点-横波与纵波”、“波的性质-振幅、波长、频率、速度”、“波的相互作用-反射、折射、衍射、干涉、驻波、共振”、“地震波”。声音是一种波，在第二章中介绍了“声音的本质-产生、传播、反射、衍射、干涉、声音的速度”、“声音的性质-响度、音高、多普勒效应”、“音乐-音质、乐器的类别、声学原理”、“怎样听到声音-人耳、听觉丧失”、“声音的应用-回声定位法、超声波”。第三章为“电磁波谱”，分别介绍了“电磁波的性质”、“电磁波谱-无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线、波长频率波速的公式”、“产生可见光-各种灯具”、“无线通讯”。第四章“光”中介绍了“光与颜色”、“反射与镜面”、“折射与透镜”、“看见光”、“光的应用-望远镜、显微镜、照相机、激光、光纤”。最后的“跨学科探索”中将电影与声光结合，简述了电影的制作。

3从上面两个典型版本中获得的一点感想

在笔者的17年的一线教学生涯中，最困惑的就是，如何让学生们睁大观察世界的双眼。由于物理学中涉及的现象很多，物理学又是在观察事物的基础上，解释现象得出结论。所以，观察事物成为了学生会学物理的首要条件。可是，现在的学生成长过程中太多依赖电视、电脑。家长们太重视成绩，很小的孩子们都是在补课班中成长。对自然现象、生活现象都缺少观察力，所以在物理课中的各种现象引课，步入了讲课要先讲现象的囧境。例如在一节《汽化和液化》新课上，我问学生们“秋天的时候，家里正在做饭的时候，厨房的窗户上就会出现水雾，你们见过吗？”就会有一些学生很困惑的摇头。我又问：你们没有烧过水吗？烧水的时候，水壶壶嘴的上方会冒“白气”。还会有一些学生回答水没有烧过水。这样的例子很多。还有的就是讲自行车上的物理问题，很多学生都不知道自行车的构造。这是多么悲哀的一件事呀。没有了观察生活的眼睛。没有了在无处不在的现象中发现问题的思维，我们未来的科学家将怎样诞生呢？还谈什么科技兴国呢？所以，笔者认为，我们国家的理科教材也应该修订出像《科学探究》那样的书，培养学生们的科学素养和科学意识。

在我国的人教版教材中，将声、光、电磁波分别放在了第二章、第四、五章和第二十一章。学生们在学习了这三部分知识后，都会泾渭分明的区分开来，但是，在光也是一种电磁波的问题上，很多孩子们都是困惑的。所以，建议我们国内的教材学习《科学探索者-声和光》的教材编写方法，将这一类波都整体的呈现出来。但是美国的教材在讲授声现象时，除了光的产生、传播、速度、音调、响度、音色、控制噪声的方法等。还介绍波的干涉及衍射等物理现象。笔者认为，铺开的还是太大了，需要学生了解的太多，这些部分可以放在我们人教版的“科学世界”当中，成为学生愿意接受时可了解的部分内容。

在一些计算的处理上，国内外教材的处理也是不同的，国外的教材在涉及到计算时，会给出计算所需的数学工具，还会给出计算式（但大多数都是文字式：例如：速率=路程/时间）并给出例题。甚至一个速度计算，会反复出现在他需要的地方。在教材中体现的理念就是计算只是一种工具。而国内在计算的处理上，基本都是以符号出现在计算中，在练习册当中又会不断地加强和深入这种计算。计算成为了理科学习的一种重要得分题。在笔者看来，物理现象及解释、实验得出的结论应用才是物理学的魅力所在，物理是物理世界蕴含的道理，我们明理即可明道。还是不应将物理数学化。

还是建议国内教材加大科普知识铺开面的广度。将这些基础知识从各个角度在学生的头脑中铺开，孩子们上高中乃至大学后，在初中已学的基础上，可以有选择地一步步地深入。确立将来自己在物理学的某一研究方向。所以个人认为从初中物理学科内容设置的角度看，未来的物理教材还应该是这几部分内容，但是随着现代科技的发展，在教材的“能源及可持续发展”或“STS栏目”、“科学世界”中会越来越多的出现高科技发展的介绍内容，体现物理学发展的最新成果。另外，在未来的物理教学内容的安排上，应该更加细致地将物理学分为理论物理学及实验物理学。实验物理和理论物理是物理学的两大组成部分，其发展共同形成整个物理学史的前进足迹，二者相互促进、共同发展。物理学本身就是以实验为基础的科学，在教学过程中实验的作用是为学生创造适于探究物理理论的情景。当实验物理中有新的发现、出现新的结果时，就会激励和促进理论物理研究出现新的模型、理论，使人类对自然规律的探索向广深推进。在初中物理教学中应以实验物理学为先导，所以在课本实验基础上，应开发更多的小实验或者是综合实践实验，将物理的实验能力的培养侧重放在家庭生活取材，自主设计及制作上，从动手能力的培养上加强学生学习的兴趣。学生实验后开始理论学习，并探讨科技上的应用。让学生的物理学习转型为研究性学习。

不管是国内还是美国的理科教材，都要理性的看待教材的设置及使用，不管是什么样的教材编排，其出发点和落脚点都必须是培养学生的能力。