课程标准与教材修订（五）

摘   要：基于《普通高中物理课程标准（2017年版）》的要求，修订后的普通高中物理教材应体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念。文章侧重从两个方面介绍修订版教材对这一课程基本理念的落实，其一，从“总导入”“章导入”“节导入”的设计，介绍修订版教材是如何创设问题情境，“以惑为诱”引导学生走进物理;其二，从对我国科技成就、传统科技文化及STSE观念的纳入，介绍修订版教材是怎样注重人文关怀，体现物理学对社会发展的影响。

关键词：课程标准;高中物理;物理教材;人文关怀

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）5-0001-7

自从2001年教育部颁布的《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》提出“从生活走向物理，从物理走向社会”[1]的课程基本理念后，后续的普通高中物理课程标准及修订版等皆以不同的表述强调了与此相关的课程基本理念。如，2003年颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》在课程基本理念中指出课程内容应“加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想，关注物理学的技术应用所带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。”[2]在2012年初颁布的初中修订版《义务教育物理课程标准（2011年版）》中再次提出“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念[3]。2018年初颁布的《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称2017版课标）指出“高中物理课程在内容上注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想，同时关注物理学的技术应用带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和社会责任感。”[4]可见，“从生活走向物理，从物理走向社会”是贯穿始终的课程基本理念。而且，2017版课标在物理学科核心素养、课程内容、教学提示、学业要求、学业质量水平、教学与评价建议、学业水平考试与命题建议、教材编写建议及地方和学校实施本课程的建议等方面，皆通过不同的陈述强调了这一课程基本理念。那么，以2017版课标为重要修订依据的修订版教材也应站在以学生发展为本的高度，体现这一课程基本理念。下面，侧重从两个方面介绍修订版教材是如何体现这一重要课程基本理念的。

1    创设问题情境，“以惑为诱”引导学生走进物理

修订版教材注重创设问题情境，由此导入相关物理内容，强调“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念，这便于学生认识自然、理解自然，形成物理观念，也利于学生科学思维和科学探究能力的提升以及科学态度与责任感的养成。修订版教材通过“绪论”作为“总导入”引出高中物理的内容，通过“章导入”引出每章的物理内容，通过“节导入”引出相关节的物理内容。这样的设计注重以学生发展为本，体现了学生中心的课程观。

1.1    “总导入”融入学科核心素养内涵

修订版教材首先有关于全册物理教材的导入——“绪论 撩开物理学的神秘面纱”。“绪论”以更高的物理视角，通过“源自然之问”“探万物之秘”“采科学之益”“启智慧之迪” 四个主题引出全套教材内容。

如，在“源自然之问”主题中（图1）[5]，首先以浩瀚太空、地球家园为背景提问“仰望夜空，群星闪烁，梦幻而神秘。仔细观察，发现它们有着和谐统一的运动规律：太阳、月亮和星星日复一日东升西落;彗星拖著长尾消失在茫茫星空，若干年后竟会如约再次进入我们的视野;时而出现的流星雨给深邃的天空增添了浪漫与传奇……是什么力量使天体有着如此神奇的运动？”“地球，我们的家园。从高山大漠到江河湖海，从植物、动物到人类自身，神奇无处不在：潮涨潮落，苹果坠地，石头下落;‘飞得再高，总是在空中‘画出弧线后落回地面……是什么力量在‘调控这些运动？”当人们用万有引力定律解释天体运行周期、大海潮汐、人类不可逾越的跳高极限时，其实这种解释便是一种物理自然观的表现。接着，教材再次以源于自然、源于生活的现象提问“暴风雨来临，天空乌云密布，雷电交加。那撕裂长空的闪电似长龙、像凤爪，转瞬即逝;那震耳欲聋的雷声震撼山川，摄人心魄，大自然不时展示其神威！面对从天而降的狂风暴雨、电闪雷鸣，人们不禁会问：它们来自何处？为何这般惊天动地？”“生活中的神奇也无处不在：装物体的薄塑料袋会‘自动贴手;梳过头发的塑料梳子能‘悄然吸起轻物，靠近水流时，能改变其流动方向。似乎在我们周围有一种神秘力量，看不见、摸不着，时常魔幻般出现。人们不禁要问：这神秘的力量是什么？它来自哪里？”[5]一个惊天动地，另一个悄然无声，这看似无关的现象，也可从物理学（静电）的视角进行解释，这也是一种物理自然观的表现。

在“探万物之秘”主题中，强调探索自然是人类的天性。面对神奇的自然，自古人们就有想要了解它的无法遏制的渴望。“仰观吐曜，俯察含章”，这是最朴素的探索自然的方法。此部分展示了从物理学视角探索大自然的鼻祖，如伽利略、牛顿、爱因斯坦、波尔等，是这些伟大的物理学家为人类建筑了物理学的“大厦”。从古到今，人们持续不断地探索大自然的秘密，由此人们的物理自然观不断发展，而且逐渐形成一系列的科学思维方式，具有一定水平的探究能力。

在“采科学之益”主题中，展示了物理技术应用让人类实现“飞天”梦、引发第一次和第二次工业革命、使人类进入信息时代等成就，反思了物理技术应用带来的社会问题。

在“启智慧之迪”主题中，将物理学从繁难高冷的定位拉回到学生身边，并展示了本套教材精彩纷呈的内容及其育人的价值。

“绪论”融入了物理学科核心素养的内涵，从“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”几个方面，呈现了物理学与自然、生活、发展、应用及育人等有关的内容，凸显培养学生物理学科核心素养的高定位，这是超越物理具体内容的有更高定位的“总导入”

1.2    “章导入”引导学生从迷惑走向物理

修订版教材每章都有引人入胜的导入，有的源于自然，精彩纷呈;有的来自生活，神奇无比;有的是奇妙的小实验，悬念重重;有的是科学家的故事，引人入胜……由此导出与该章有关的物理问题，引导学生从精彩走向迷惑、走向问题、走进物理课堂。

如，选择性必修第一册第4章“光的折射和全反射”，章首页呈现“本章学业要求”，其功能已在本刊2020年第2期“专家论坛”文章中阐述[6]。除此外，还有该章的导入与节的信息：“导入 美妙的彩虹”，“第1节 光的折射”，“第2节 科学测量：玻璃的折射率”，“第3节 光的全反射”，“第4节 光导纤维及其应用”。该章以彩虹和三棱镜的彩光作为导入引出全章内容，文中指出“当大雨荡涤了空中的尘埃，阳光重新普照大地，天边往往会出现美丽的彩虹。彩虹色彩斑斓——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，它来得悄无声息，去得无影无踪，带有一丝神秘。彩虹有时也会出现于流水激起的水雾中。飞流直下的瀑布撞击岩石、水面，形成白色的水雾，在阳光照射下，彩虹若隐若现，给大自然增添了俏丽与神奇。”“彩虹不仅仅属于大自然。只要用一块玻璃三棱镜对着一束太阳光，大自然的神奇就会重现。彩虹是如何形成的？其中含有哪些光学知识？”（图2）[7]

带着这样的问题与迷惑，学生走进物理课堂，当其学习了关于光的折射及光的全反射等内容后，教材再通过“物理聊吧”栏目（图3）[7]回应“章导入”提出的问题。该栏目首先从人文角度将彩虹比喻为“天空的微笑”“相会的彩桥”，接着介绍了虹与霓，即“通常能看见的彩虹是红色在外、紫色在内，这被称为‘虹。有时还能看见一组相对‘虹而言颜色较淡的彩色圆弧，红色在内、紫色在外，这被称为‘霓。”让学生根据栏目给出的虹与霓产生示意图讨论“（1）什么情况下看见虹，什么情况下看见霓？（2）为什么现在很难看到天空中的彩虹？（3）你对环境保护有什么设想？”不仅讨论了虹与霓产生的条件，而且对环境保护提出了要求。通过此案例可见，教材不仅通过“章导入”引出全章内容，而且还注重运用引出的物理内容回应“章导入”提出的问题。这是以学生发展为本的“以惑为诱”的设计，有利于引导学生学习物理。

1.3    “节导入”从问题导出该节内容

在教材每节的设计中，尽可能通过“节导入”从问题情境引出与本节有关的内容。仍以选择性必修第一册第4章为例，该章有4节内容，每节都对应有“节导入”（图4）[7]。

第1节为“光的折射”，在“节导入”（图4-1）中描述到“我们知道，光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会改变，发生折射现象。图 4-1 是一束光通过平行玻璃砖的照片。光由空气射入玻璃，再通过玻璃射入空气，出射光为什么总与入射光平行？这需要进一步认识折射规律后才能回答。本节我们将通过实验，探究光的折射定律。”接着，有“探究折射角与入射角的关系”“光的折射定律”“折射率”3個段标的内容，后面在“节练习”对“节导入”的问题给予了回应。

第2节为“科学测量：玻璃的折射率”，在“节导入”（图4-2）中描述到“折射率是光学材料的重要指标。例如，在制造汽车挡风玻璃时，对折射率和形状都有十分严格的要求;在钻石鉴定过程中，常常根据折射率的大小来判断钻石的真伪。如何测量介质的折射率？本节我们将学习用简便的方法测量玻璃的折射率。”接着，在该节设计有2017版课标要求的“测量玻璃的折射率”的学生必做实验，相关实验过程及“节练习”对“节导入”的问题给予了回应。

第3节为“光的全反射”，在“节导入”（图4-3）中描述到“远方有一湾美丽的湖水，走向前去，那里却是一片荒漠，这是一种蜃景现象。蜃景是怎样形成的？熏黑的铁球放入水中，为什么看上去会变得锃亮？学习了光的全反射，你便能发现其中的奥秘。”接着，在该节设计有“全反射及其产生条件”“全反射现象”等内容，在介绍全反射现象时对“节导入”提出的问题给予了回应，如教材回应到“当熏黑的铁球放入水中时，球面和水之间形成空气层。日光从水照射到空气层时，会有部分光发生全反射，球看上去就变得锃亮了。”“在荒漠里看到的蜃景也是一种全反射现象。太阳照到沙地上，接近地面的热空气比上层空气的密度小，折射率也小。从远处物体射向地面的光，进入折射率较小的热空气层时被折射。当入射角大于临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会看到远处物体的倒景。”

第4节为“光导纤维及其应用”，在“节导入”中描述到“物理学家提出用光导纤维实现高效传输信息的设想，由此引发了一场光纤通信的革命，推动了高速互联网等现代通信的发展。光导纤维是什么？为何能高效传输信息？本节我们将学习光导纤维的工作原理及其应用。”此节的第1个段标“光导纤维的工作原理”中有图4-4（光纤与针眼大小的比较），烘托了“节导入”的问题，该节第2个段标“光纤通信”，对该“节导入”的问题给予了回应。

无论是“总导入”“章导入”还是“节导入”，修订版教材都非常注重引领学生从自然走向物理，从生活走向物理，注重培养学生从真实情境中发现问题，带着问题走进物理教材，找到“解惑”的钥匙。这种“以惑为诱”的教学方式，符合学生的认知特点，能更好地激发学生的学习兴趣，提升学生的注意力，有利于学生从真实情境中建构物理模型、习得物理概念，培养学生的物理自然观。

2    注重人文关怀，体现物理学对社会发展的影响

在2004年6月10日联合国大会通过的决议，规定2005年为“世界物理年”，决议确认“物理学是认识自然界的基础;物理学是当今众多技术发展的基石;物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。”[8]物理学对社会进步的推动作用是众所周知的，因此修订版教材不仅注重体现从自然到物理、从生活到物理的课程基本理念，而且强调从物理走向社会的课程价值追求。

2.1    凸显我国的科学技术成就

为了培养学生的科学态度与责任感，培养学生的爱国热情与民族自豪感，修订版教材尤其注重弘扬我国的科学技术成就。

例如，修订版教材弘扬了我国的航天技术成就。如在必修第二册第4章“万有引力定律及航天”的导入（图5-1、图5-2）中描述到“远古，人们就梦想能够飞出地球，探索浩瀚星空的奥秘，各种关于星空的神话流传至今。‘嫦娥奔月便是我国家喻户晓的古代民间神话。这美丽神话反映了人们对星辰的崇拜，对‘飞天的向往。”“2019 年，我国‘嫦娥四号成功着陆月球，并通过‘鹊桥传回世界第一张近距离拍摄的月球背影像图。举世瞩目的‘嫦娥工程实现了古老神话中的‘嫦娥‘玉兔及‘鹊桥的神奇功能。”[9]在科学书屋中特别介绍了我国“嫦娥工程”，探月卫星“嫦娥一号”“嫦娥二号”完成“绕”的任务，“嫦娥三号”携“玉兔号”月球车成功实现月球软着陆，并开展月面巡视勘察以及月表形貌与地质构造调查等科学探测，实现了“落”的任务，“嫦娥四号”探测器成功着陆月球背面南极——艾特肯盆地，完成了“人类探测器首次实现月球背面软着陆”的壮举（图5-3）。

在必修第二册第5章“科学进步无止境”第3节“探索宇宙的奥秘”中，介绍了我国的“大国重器”——中国“天眼”（图6）[9]及其首席科学家南仁东先生。这是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。目前，“天眼”已发现若干脉冲星，人们期待它有进一步的天文发现。在选择性必修第三册第5章“原子核与核能”第1节“认识原子核”的“科学书屋”中专门介绍了“大国重器”——散裂中子源（图7）[10]：“它就像‘超级显微镜，是研究物质材料微观结构的理想探针，可带动物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药和新型核能开发等学科发展。散裂中子源是由加速器提供的高能质子轰击重金属靶而产生中子，每个高能质子可产生 20 ～ 40 个中子，大大提高了中子源的强度，使中子探针的功能变得更加强大。”另外，还有中国航母舰载机、高铁……这些内容无不扬我国威，长我志气，能很好地增强学生的民族自豪感和为国家强盛作出贡献的使命感。

2.2    弘扬我国传统科技文化

修订版教材不仅凸显我国现代科技成果，而且注重弘扬中华民族优秀的传统科技文化，展示我国古代的科技瑰宝。

例如，在修订版教材必修第一册第4章“力与平衡”的导入中介绍了被誉为“天下奇观”的悬空寺（图8-1），“上接危岩，下临深渊，层层叠叠的殿阁犹如悬在半空之中。它历经了上千年的风雨，仍然能够牢牢地紧贴在峭壁之上。古代工匠们想象力之丰富、建筑技艺之高超、对力与平衡规律的运用之精巧，令人惊叹不已。”在第2节“力的分解”中介绍了载入世界桥梁史册的赵州桥（图8-2）， 指出“在我国古代，智慧的劳动人民就利用合力与分力的关系，设计出了结构精美的拱桥，大大提高了桥梁的承载能力。例如，赵州桥就是古代劳动人民智慧的结晶，它开创了中国桥梁建造的崭新局面，载入了世界桥梁史册。”修订版教材不仅展示这些内容，而且还前后呼应地通过习题提出进一步的要求，如在“节练习”中回应：“上网查询相关资料，了解我国赵州桥及悬空寺等的基本信息、建筑结构和建筑价值等，完成一篇小论文，并与同学交流讨论。”同时，还凸显学习这些内容的育人价值，如在“素养提升”栏目中强调“能欣赏‘力与平衡 之美;能为我国古代精湛的建筑技术而骄傲，体会物理学的技术应用在生产生活中的作用及意义。”[5]

再如，必修第三册第5章“初识电磁场与电磁波”，在第1节“磁场及其描述”中介绍了“指南针与航海业的发展”，指出“磁的应用源远流长。古人对磁技术的应用中，首屈一指的当数我国发明的指南针。”（图8-3）“指南针的出现改变了夜晚依靠北极星辨别方向，白昼通过太阳确定方位的历史，为人们的远行提供了帮助，开启了航海技术革命，推动了世界各国航海事业的发展，为 15 ～ 17 世纪的地理大发现提供了重要条件。明初郑和七下西洋是人类航海史上的空前壮举，而指南针的应用则为这一壮举的完成作出了伟大贡献。”并且通过“素养提升”栏目进一步强调这些学习内容的育人价值“能为我国古代在磁学方面的研究成果及其对人类文明的影响而自豪;能体会磁技術应用对人类生活和社会发展带来的影响。”[11]

再如，选择性必修教材第一册第2章的导入“从古代‘鱼洗说起”（图8-4），指出“我国汉代有一种被称为‘鱼洗的铜盆，盆的边缘有两个耳环，盆底有浮雕的鱼等。盆内注入适量清水，当用潮湿的双手有节奏地来回摩擦两个耳环时，伴随着鱼洗发出的铮铮声，盆中喷出泉涌般的水柱，令人惊叹不已！”并且教材通过“物理在线”栏目前后呼应地进一步强调“同学们可到科技馆或上网查询，调研‘鱼洗等与共振有怎样的联系，进一步了解共振在生产生活中的应用与防止。”[7]

另外，还有我国古代的汲水瓶是如何巧妙地利用重心变换，使得汲水既方便、省力，又能控制水量的，这充分体现了我国古代劳动人民的智慧。介绍民族地区的“伸臂桥”如何将木板重叠，逐渐向河面延伸，利用不太长的木板铺设桥面，巧妙地形成稳定的平衡结构的案例，继而引导学生进行“怎样保持平衡”的趣味小实验，以此培养学生的学习兴趣， 使他们了解关于力与平衡的知识和生活的密切联系。我国民族地区使用的一种舂米装置，利用水力协助人们劳作的情境设计了关于重心与周期方面的题目等等。对这些内容的凸显，旨在激发学生的爱国热情，增强其为国家发展、民族进步而努力学习的责任感与使命感。

2.3    关注STSE问题，培养科学态度与责任

自1962年美国科普作家蕾切尔·卡逊创作的科普读物《寂静的春天》出版后，唤起了人们的环境意识。STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写。STSE教育思想是对STS的延伸，在发展科技、生产的同时，保护人类赖以生存的环境已成为当今社会可持续发展的重大课题，环境教育是公民科学素养教育的重要组成方面。

修订版教材注重体现物理学的人文关怀，一方面注重展示物理技术应用对人类文明和社会进步具有极大的推动作用，另一方面从科学、技术、社会、环境角度关注技术应用带来的问题。例如，在必修第一册第5章“牛顿运动定律”的“跨越时空的对话”（图9）[5]中指出“力与运动之间究竟有什么关系？这个看似简单的问题，曾经困扰了人们数千年，并由此引发了科学史上一次次影响广泛、意义深远的思想革命，改变了人们对世界的认识。其中出现了三个重要的代表人物，他们生活在不同的时代。如果把他们对力与运动的观点放在一起进行比较，就如同聆听三位智者之间一场跨越时空的对话。”通过展示古希腊伟大哲学家亚里士多德、科学先驱伽利略、伟大的物理学家牛顿关于力与运动的不同观点，体现科学是不断发展、逐步完善的。在第5章的“本章学业要求”中有相应的要求“通过了解与伽利略、牛顿相关的史实，能认识物理学研究是不断完善的。”在必修第二册第5章“科学进步无止境”的“再次跨越时空的对话”[9]中指出“物体的运动离不开时间和空间，时间和空间究竟有怎样的关系？人们对此问题的探索从未间断过。牛顿和爱因斯坦对时间和空间有着根本不同的认识，如果把他们的时空观放在一起进行比较，就如同我们再次聆听两位科学伟人之间跨越时空的‘对话。”通过展示牛顿和爱因斯坦关于时空的不同观点，揭示人类对大自然的认识是不断深入发展的。在该章的“本章学业要求”中指出“能体会人类对自然界的探索是不断深入的，能从牛顿力学的局限性体会科学理论既具有相对持久性和稳定性，也存在局限性，人类对自然的探索永无止境。”对这些内容的展示，旨在培养学生关于科学本质的认识，有利于学生学习科学家的探索方法与永无止境的探索精神。

再如，在必修第三册第6章“能源与可持续发展”中，有“能量的多种形式”“能量的转化与守恒”“珍惜大自然”三节内容，以能量守恒、能量转化和能量转化的方向性内容为基础，展示了现代的科学发展观，启发学生要爱护环境、节约能源、珍惜大自然。如在第3节“珍惜大自然”中设计了“自然过程的方向性”“熵与地球家园”两个段标，从物理学的视角指出“熵的增加就意味着无效能量的增加，有效能量的减少。因此，我们应节省有效的能量。无论是不可再生能源还是可再生能源，我们都应珍惜。地球是我们共同的家园。珍惜地球家园的蓝天白云、绿地森林、碧水清波，珍惜地球家园的每一个存在！爱护地球家园，从我做起！从诸如随手关灯、节约用水、垃圾分类等小事做起。行动起来吧，爱护我们的地球，让我们的家园变得更美丽。”这里也设计有“素养提升”栏目（图10），提炼出学习这些内容的育人内涵：“能主动关心能源与可持续发展问题;能认识能源的过度开发和利用对环境的影响，能意识到物理研究与应用会涉及道德与规范问题，了解科学·技术·社会·环境的关系，具有力所能及的节约能源、保护环境的自觉行为。”[11]通过这些内容的学习，加强对学生“科学态度与责任”这一核心素养的培养。

这是一套基于2017版课标修订的教材，相对2004年出版的基于《普通高中物理课程标准（实验）》编写的高中物理教材而言，这次的修订版教材定位更高，旨在促进学生物理学科核心素养的达成;寓意更深，更注重从情境走向物理，从物理走向社会的内涵;更重实践，强调概念构建过程，注重探究能力的培养;逻辑性更强，结构更佳，更符合教育教学规律;更重评价，发挥习题功能，促进学生全面发展;更加拓展，体现物理学对社会发展的影响;更加精致，体现“以学生发展为本”的理念。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准 （实验稿） [S].北京：北京师范大学出版社，2001.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[3]中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准 （2011年版） [S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[4]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.

[5]廖伯琴.普通高中教科书物理必修第一册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[6]廖伯琴.课程标准与教材修订（二）——如何在教材中凸显对学生学科核心素养的培养[J].物理教学探讨，2020，38（2）：1-4.

[7]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.

[8]赵凯华，秦克誠.物理学照亮世界[M].北京：北京大学出版社，2005.

[9]廖伯琴.普通高中教科书物理必修第二册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[10]廖伯琴.普通高中教科书物理选择性必修第三册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[11]廖伯琴.普通高中教科书物理必修第三册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

（栏目编辑    廖伯琴）