粤教版物理选修3-5碰撞与动量守恒教材分析与研究

粤教版物理选修3-5《碰撞与动量守恒》教材分析与研究1.前言2003年3月，教育部颁布了《普通高中课程方案（实验）》，标志着新一轮高中物理课程改革全面启动。这是建国以来改革力度最大、投入最多、时间最紧的一次大规模基础教育课程改革，标志着我国新一轮高中物理教育改革进入了一个新的阶段。新的课程理念、新的教材、新的教学方式对传统的物理教学模式带来了严峻的挑战。2004年9月，依据课程标准编写的五套新教材正式在广东、山东、海南和宁夏四个省级实验区投入使用。教材是课程的重要载体，教材的质量和对教材的使用直接关系到能否提高教学质量。教材改革是课程改革的主要内容和主要成果，对教师的教和学生的学将产生重要影响。因此，对教材进行分析和研究是教师认识和理解新课程，有效地实施新课程的重要一环。但是，传统的教材分析存在着一定的局限性，不能适应和满足新课程的要求。在这种情况下，如何对新教材进行分析研究就成为新课程实施过程一个非常重要的课题。广东作为课程改革首批实验省份之一，也全面开展了普通高中新课程实验，大多数地区选择了粤教版教材1[1]作为主要的教材。其一体化的教材设计理念，是一个有益的尝试，有利于实现信息技术与物理课程的整合，有利于促进教学方式的转变。作为粤教版物理教材的最后一本，选修3-5教材第一版在2005年底刚出版，绝大部分学校尚未开始教授，也尚无相关的理论分析，因此，对其教材分析才刚刚开始。针对这个问题，本文将尝试运用文献研究法、分析研究法、座谈访问法等教育科学研究方法，对其第一章《碰撞与动量守恒》（以下简称“本章教材”）这一部分进行教材分析与研究，尝试让本论文对粤教版物理选修3-5教材的分析与研究，起到抛砖引玉的效果，欢迎广大教育工作者提出宝贵的意见和建议。需要说明的是，在新课程的理念下，教材的概念范围有了很大的扩充，绝不仅仅限于教科书。尽管如此，但不可否认的是，教科书依然是学生最主要的学习材料。因此，本文的分析将把焦点集中在对教科书的分析上，但出于叙述方便和读者阅读习惯的考虑，仍将“教科书”说成“教材”，请读者留意，不便之处，敬请谅解。关于粤教版物理选修3-5教材《碰撞与动量守恒》一章使用情况，笔者向华南师范大学附属中学的叶正波老师作了比较详细的访谈，得到了很多宝贵的意见，并在其帮助下在该校部分高二学生中作了一次问卷调查；与此同时，笔者对人教社2003年版（以下简称“人教旧版”）、2005年版（以下简称“人教新版”）2[2]、上海版3[3]的相应教材进行了一定的分析研究，并与粤教版教材进行比较。下文将结合访谈调查内容和比较分析结果作适当探讨。2.物理教材的分析依据做任何分析研究都必须有充足的依据，不能凭个人的主观臆断，必须建构于一定的教学理论基础。做物理教材分析也不例外，首先，物理教材不同于一般的专业论著，其编写是在物理教学目的的指导下完成的；其次，物理教材的内容是从物理学科的知识体系中挑选和提炼出来的，其编写必然要根据具体知识的地位及相互间的联系来进行；再次，物理教材是师生沟通的重要媒介，是学生物理知识的主要来源，其编写必然要与学生的认知规律相适应；此外，物理教材在不同的时期会有不同的功能定位，其编写必然会受到功能定位的制约。综上所述，进行物理教材分析，最基本的依据主要是这四个方面的内容：物理教学目的、物理学科的知识体系、学生的认知规律以及物理教材的功能定位。《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称“《课程标准》”）是国家教育部颁布的物理学科教育指导文件，是以上四个基本依据紧密结合的成果，也是教材编写的最直接依据，因此，自然也就成为了物理教材分析的直接依据。2.1物理教材分析的基本依据2.1.1高中物理教学目的（应该是教学目标）课程标准指出：“高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养。高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。”4[4]因此，在新课程的背景下，高中物理教学的目的主要有：第一，使学生获得物理学的基础知识、基本技能及其实际应用；第二，培养能力；第三，激发兴趣；第四，培养高尚品格。高中物理教学的目的是对高中物理教材进行分析的出发点。高中物理教学目的不同，教材分析的侧重点也将发生改变。在旧课程的背景下，高中物理教学的目的主要是让学生掌握系统的物理知识，虽然1996年颁布，2000年修订的《全日制普通高中物理教学大纲（试用本）》（以下简称“《教学大纲》”）已经比较逐渐地强调能力培养和情感价值观培养，但均以知识技能的系统掌握为核心目标，因此教材分析的重点也是放在知识技能上。而在新课程的背景下，课程标准从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度规定了物理教学的目的，并把这三个维度放在了同等重要的地位。因此，把握好这三个维度的教学目的才能从总体上把握教材的方向。在进行高中物理教材分析的时候，应首先从这里着眼，分析教材在内容选择、程度要求及编写上如何体现这三个维度的教学目的。2.1.2物理学科体系物理学在希腊文中原意是“自然的科学”，但随着科学的发展，各门独立的学科陆续形成，如化学、生物、天文、地质和各种工程学科等。因此现在物理学指的是研究物质运动最一般的规律及物质基本结构的学科，主要包括力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、固体物理学、近代物理学等。物理学的学科体系，就是指物理学按其自身发展所形成的知识内容和逻辑程序。它其主要子学科之间的结构如图1所示。图1物理学科体系示意图从整个物理学科体系来看，可以分为两大部分。一部分是经典物理，它是由力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等部分所组成的知识系统。另一部分是近代物理，它是以相对论和量子力学为基础的知识系统。而现行高中物理课程主要选取经典物理部分的内容，加以少量近代物理内容。高中物理教材内容，尽管在初中物理教材内容的基础上有了根本性的提升，但依然是物理学科体系中的基础部分。因此，只有理解物理学科体系，才能居高临下地理解教材中某个部分知识内容，理清该部分教材的知识结构和与其它部分的联系。尽管2002年版的人教版教材已经开始设置了必修部分和选修部分两个模块，但模块化、系列化的课程结构依然是这次高中课程改革的最大特点。其中，对于选修系列3，课程标准指出，它“应侧重让学生较全面地学习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。”因此，对选修3-5教材《碰撞与动量守恒》一章进行分析的时候，必须把握好碰撞与动量守恒在物理学科体系中所处的地位，尤其是选修3系列乃至选修3-5模块中的地位，深入分析其内容是否符合物理学科体系的逻辑，是否体现了物理思维的递进，是否有利于学生后继课程的学习。2.1.3学生的认知规律高中生身心发展趋于成熟，社会接触面更广，社会交往更频繁，学习内容比初中生更复杂、更深刻，升学和就业的压力促使他们的社会化进程加速，对高中生的认知发展提出了更高的要求。在这种情况下，高中生的认知发展进入了一个新的阶段，形成了一系列新的特点。高中生认知结构的核心成分──思维能力更加成熟，基本上完成了向理论思维的转化，抽象逻辑思维占了优势地位，辩证思维和创造思维有了很大的发展。认知活动的自觉性明显增强。观察力、有意识记能力、有意想象能力迅速发展，思维的目的性、方向性更明确，认知系统的自我评价和自我控制能力明显增强。下面结合问卷调查的情况，对高中学生对物理学习的认知规律进行一定的总结和分析。由于本次调查(什么时候作的,调查人数等细节要写清楚)是对华南师大附中这间省重点学校的高二年级学生进行调查，其结果不具有广泛的代表性，一、学生对物理学习难度的判断在新课程背景下，高中学生主要在高一年级完成必修1和必修2的学习，从高二开始进入分科学习阶段。在高二的物理学习中，学生普遍觉得相比于高一，物理科的难度没有降低，认为越来越难的学生和认为难度差不多的学生分别占到44.68%和47.87%，比较接近。二、学生对物理知识结构的体会经历了多个模块的物理学习之后，有43.62%认为所学的知识结构是比较清晰的，39.36%的学生认为自己仅仅知道少数知识点的联系，15.96%的学生认为没有什么逻辑性可言。这也是教材组织从逻辑性顺序向逻辑——心理互补顺序转变的结果。三、学生对竞争压力的体验在竞争压力方面，预计调查结果会显示学生的竞争压力会比较大，但是，这次调查的结果显示，只有37.23%的学生认为竞争压力很大，这与预期值相去甚远，大部分（59.57%）学生能体验到竞争压力，但认为这对学习是一种促进，也有2.13%的学生认为几乎没有压力。从结果可以看出，竞争压力在学生的人之中是客观而普遍地存在的，但是，超过一半的学生可以做好心理调适，把压力变成动力。四、对学习成绩的看法作为教学过程的终结性评价，学习成绩在传统教学中扮演了极其重要的角色。而学生对学习成绩是比较看重的，大部分（61.70%）的学生认为学习成绩非常重要，31.91%的学生认为一般重要，只有6.38%的学生对学习成绩抱着无所谓的态度；在物理成绩对物理学习兴趣的影响上，62.77%的学生认为成绩对兴趣的确是有促进作用的，但是成绩不好也能及时地调整好自己的心态，而17.02%的学生认为影响非常大，19.15%的学生认为没有联系。2.1.4物理教材的功能定位在传统的物理教学中，教材被视为“圣经”，是教学的唯一依据和标准。教材呈现的重点是知识点，对方法、过程、情感态度、价值观等信息的传递没有予以足够的重视，一笔带过，导致了教学中仅仅关注知识点的灌输，而忽视了科学方法、科学精神等的潜移默化。而新课程的理念认为，教材仅仅起到范例的作用。也就是说，教材为教学提供了培养学生科学素养提供一种范例，为师生的对话提出了相应的话题。与此同时，教材不再是学生知识的唯一来源，而只是基本知识的传送载体。可见，新课程教材能提供的只是有限的教学资源。在充分认识物理教材的功能定位后，进行教材分析，可以发现现行教材的不足，对教材的内容进行重新组合；可以分清教材提供的资源能否满足需要，是否还需增加其他资源。2.2物理教材分析的直接依据——《课程标准》《课程标准》是教材编写、教学、评估与教材分析最直接的依据，它规定了高中阶段物理课程的具体目标和内容标准，提出了面向全体学生的基本学习要求。《课程标准》是以上四个基本依据紧密结合的成果，也是教材编写的最直接依据，因此，自然也就成为了物理教材分析的直接依据。《课程标准》提出了三维课程具体目标：“知识与技能”，“过程与方法”，“情感态度与价值观”，并定义了一系列的动词作为具体的行为目标，同时还把这三维要求在各个主题内容中予以具体化。这是对《教学大纲》的一大改进。因此，分析教材，就必须在理解新课程精神和理念的基础上，挖掘新课程标准提出的三维目标在新教材中的体现，分析新课程标准给出的具体目标内容是否在新教材中予以合理的设置与呈现，探讨新课程标准提出的教学建议是否在新教材中予以运用。3．本章教材的具体分析教材的分析依据提供了对本章教材进行分析的基本视角。基于上述的分析依据，本部分侧重从以下三个方面对本章内容作具体分析：首先总结“动量”知识5[5]，明确其地位和作用，然后根据《课程标准》的要求，对本章内容进行三维目标分析，最后分别根据本章内容和学生心理特点，明确教学中的重点和难点。3.1“动量”知识的地位3.1.1动量概念的地位早在牛顿运动定律建立以前，人们为了量度机械运动的“运动量”，就引入了动量的概念，这首先是在伽利略研究打击、碰撞问题时提出的。后来笛卡尔初步总结了碰撞规律，提出了动量守恒的思想，认识到动量是质量和速度的乘积，但没有揭示其矢量性；惠更斯、马略特纠正了笛卡儿结论中的缺陷，并正式建立了动量守恒定律；牛顿研究第二定律最初就是用动量概念来表达的，其数学形式为dmvFdt即物体所受的外力等