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沪科版普通高中物理课程标准实验教科书


沪科版普通高中物理课程标准实验教科书 《物理 3-2》的编写思路和特点
王继珩( 合肥市教学研究室 230061 )

本册教材是按照课程标准选修系列 3 的第 2 个模块要求编写的,由上海科技教育 出版社出版,束炳如与何润伟先生主编,是供选修理工科的学生使用的。旨在通过电 磁感应、交变电流以及传感器等内容的学习,让学生较全面地学习与电磁感应有关的

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。下面就教材如何落实普通高中物理课程标准精神 和要求等方面,谈谈教材的编写思想和采取的措施



认识教材的地位与作用,梳理编写思路

电磁感应现象展示了不同运动形式之间的联系,同时也为电能的大规模应用奠定 了物理学的基础;交变电流是生活和生产中最常用到的电能形式;传感器则是生活和 生产中各种测量、控制所不可缺少的元器件。学习这些内容时既要重视它们的理论意 义,又要重视其社会应用的意义。 本模块内容传统上都安排在高中二年级的教材中,是电磁学内容中的一个重要部 分。在此之前,学生在物理课程的两个必修模块和选修第 3 系列第 1 模块中,已基本 学习了力、运动、电场、恒定电流和磁场等方面的知识,本模块内容的学习将使学生 对电磁学方面的认识更加全面一些,特别是前面各模块所学的知识可以在本模块相关 部分得到综合反映,对培养知识的综合运用能力有较大的作用。教师在教学中对这部 分内容历来都是很重视的,也极受学生的青睐。 有鉴于此,我们编写教材的思路是:在教材的内容结构上,从法拉第发现电磁感 应现象引入,以电磁感应的两个基本定律为核心,先探究电磁感应的理论基础,而把 交变电流、发电机、高压输电和变压器等作为电磁感应的应用“案例”来学习。这样 做的好处是突出了重点,学生易于把握,同时从整体上比较强烈的体现了科学与技术 与社会的关系,也体现了科学技术对社会发展的作用,让学生体会 STS 精神。传感器
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内容在此模块中较为独立,教材采取的方法是:主要探究传感器的一般原理,关注传 感器在现代社会中的作用,同样体现了科学技术对社会生活的促进作用。所以本教材 共设计为四章,分别是: 电磁感应与现代生活 交变电流与发电机 电能的输送与变压器 传感器与现代社会



重视基本知识的学习,重视基本技能的训练

教材在科学内容上涵盖了课程标准的全部要求,在基础知识和能力要求方面能满 足不同学生的需要。 1、重视概念和基本原理的呈现,强调理解和应用。 教材不是直接给出相关的物理概念或基本原理的条 文,而是通过一系列的引导、探究概念和原理的形成过 程,重在理解和运用。如对于楞次定律,先是通过对实 验的分析讨论,初步认识了影响感应电流方向的因素, 然后才通过实验探究得出定律,接着再通过讨论引导学 生深入理解定律中“阻碍”等一些关键词的意义。更将 导体切割磁感线产生感应电流的方向等问题作为楞次定 律的一个案例,这不仅是对楞次定律应用的训练,而且将产生感应电流的两种形式有 机地联系了起来,培养学生综合认识事物的能力。 教材设置了一些与所学知识相配合的基本例题和习题 (家庭作业与活动) 帮助学 , 生对物理概念和原理的进一步理解。例如 p11、p15 的两个案例分别帮助学生理解电磁 感应产生的条件和楞次定律,p22 的案例是引导学生认识到电磁感应在闭合电路中的 (电源)作用,并进一步将法拉第电磁感应定律、电磁力和能量等联系起来,培养学 生用基本原理综合解决问题的能力。特别是教材并没有将案例中的问题包办到底,而 是重在分析,而将一些具体的过程留在具体的教学中由师生解决,培养学生学习的能 力,类似的处理方法在教材中还有很多。再如 p62 的案例 1 则是通过一个学生运用初 中物理知识就能解决的电路问题,使学生认识到影响电能输送效率的因素,从而为高 压输电的探讨打下基础,使学生不致感到神秘。
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2、教材重视实验,重视基本技能 为让学生进一步认识学习物理的方法, 培养学生的实验技能, 充分体现理科特色, 教材十分重视物理实验,本册教材共安排实验探究 20 个,可以说实验贯穿教材始终。 较全面地落实了课程标准中本模块的知识和技能目标。 教材中实验所涉及的器材,既有常规的实验仪器,如电表、学生电源、变压器等, 也有先进的、能与微机接口的 DIS 实验,体现了随着科学与技术的进步,实验手段也 在不断地的提高。 在相关实验中通过使用示波器、电表、交直流电源等基本仪器,培养学生的实验 操作能力、实验设计能力和适时观察获取信息的能力。如 p58 的家庭作业与活动的第 4 题以及 p70 的验证变压器公式的实验都用到了一种重 要的电工仪表――多用表,目的不仅在于完成该实验的 本身,而且在于进一步让学生熟悉一些常见仪表的使用 方法,学会根据说明使用仪器仪表,培养学生将熟悉的 仪器仪表牵移扩大应用新的实验中的能力。 设计实验、进行实验、收集证据、分析与交流讨论,是理工科学生的必要素质之 一,因本教材是供准备学习理工科的学生选用的,所以在本教材中,每一个物理概念 和规律的学习都与实验结合在一起。例如,对交变电流特点的认识,是通过示波器, 在和直流相比较的观察实验中认识的;对电磁感应现象、楞次定律、法拉第电磁感应 定律、变压器电压与匝数关系、传感器的作用等知识的获得,也都是通过实验进行的。 3、重视起点,降低台阶,适应多数学生的学习 学习的起点合适,则学生容易进入所学的物理情境中,兴趣也高。重视起点从两 个方面考虑,一是以学生已有的知识为基础,提出问题,经过思考分析讨论进入新内 容学习,例如第 2.1 节关于交变电流的引入,就是通过初中和在《物理 3-1》中所学 的恒定电流,提出电冰箱铭牌上标注的文字的意义的问题,开始探讨交变电流的;再 如高压输电先是通过一个较简单的案例认识减少输电线路电能损失的必要性,开始讨 论减少线路电能损失的方法,逐步得出为什么要用高电压输电。这些起点都是比较低 的,学生能比较顺利接受的。重视起点的另一方面是以学生熟悉的生活环境为背景、 或从简单的实验引入,将学生带入相应的物理情境中,开始新的内容的学习。每章的 章图和开篇的文字都体现了这种设置背景的意图,例如楞次定律是从学生实验中观察 到的现象提出问题的,自感现象是从日光灯电路和日光灯工作参数提出问题的等等。
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这使学生感到新的知识并不陌生,从感情上就降低了难度。教材还非常注重知识的应 用,特别是在生活和社会中的反映,例如一些案例和练习题的设置,日光灯与电磁灶, 各种类型变压器、传感器的应用等等。 从实际背景中提炼出物理问题, 探究物理知识, 并关注物理知识在社会中的应用, 不仅是贯彻了课程标准“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,也反应了科学、 技术与社会的关系。 4、提供丰富多采的学习资源,使教材做得更开放些,适应性更强一些 教材设立多种栏目,向学生提供丰富的学习资源,培养学生的学习、探究能力, 扩大学生的知识面,增强学生的应用能力和创新能力等。例如,在总计 4 章的教材中, 有“信息浏览”“STS”栏目 15 个, 、 “实验探究”栏目 20 个, “分析论证”栏目 7 个, “多学一点”栏目 10 个, “课题研究”栏目 4 个,此外还有案例分析、家庭作业与活 动等。各栏目内容不仅使教材显得丰富灵活多变,适应性强,而且由于多个栏目的综 合使用,可以使学生从多侧面获得相关的学习资源,培养了学生收集信息和处理信息 的能力。 教材的这种呈现方式,也充分发挥了学生学习的自主性,增强了学生活动空间。 5、教材在编写过程中注意改变传统教材一包到底的做法,而是留给学生自主发 展的空间。 如在一些“分析与论证”栏目中采取与学生共同讨论的方式,教材讲一点,学生 完成一部分;在“案例分析”中,对一些案例只提供初步的分析,问题解决则要学生 完成,充分调动学生学习的积极参与。 为让不同的学生学习到不同的物理,教材设 立栏目 “多学一点” 对相关内容进行适当的拓宽 , 和加强,如交流电的功率等内容。



强调认识过程,重视方法指导

1、展示科学发现过程 传统教材对电磁感应只是做一个实验或描述 一些现象,就直接给出电磁感应的定义,本教材 则是通过“新课题的提出”“思维定势路漫长” 、 、

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“偶然发现犹迷茫” 、 “深入探究得直谛” 等段落展示了电磁感应现象的艰辛发现过程。 重视过程将使学生更能了解科学探索的艰难,体会方法的重要,加深对原理规律的认 识,还培养了学生的科学素养。不仅重视基础知识,同时重视知识发现和学生获得知 识的过程是本教材的特点之一,例如交变电流的特性是通过实验观察,用交、直流对 比的方法知道的;对于感应电流的方向(楞次定律)则是经过实验观察,然后用分析 归纳方法理解的... ...教材充分体现了课程标准中“过程与方法”目标的落实。 2、设立探究型课例,培养学生的科学探究能力 根据课程标准要求,教材中将“楞次定律”“变压器电压与匝数的关系”设计为 、 科学探究课。 传统教材中, “楞次定律”的呈现方式有两种形式:一种是直接给出定律;另一种 是通过实验分析得出。但传统的实验方法使用器材较多,实验步骤复杂,直观性差, 学生分析综合有困难,因而许多教师在教学中, 干脆在 “黑板上做实验” 。本教材则是根据电磁 感应实验中的现象,提出感应电流方向的问题, 十分自然。教材带领学生设计了一个探究实验, 该实验的特点是器材简单,一个磁铁和一个铝环 即可进行,人人可做,这是其一;操作简单,现 象明显,这是该探究实验的第二个特点;再者,实验中收集的信息便于分析论证,容 易得到结论。本探究实验的设计,不仅探究性强,效果明显,而且在其他资料中没有 出现过,是本教材的独创。 “变压器电压与匝数的关系”则是根据实物模型,先从理论上分析论证,然后进 行实验验证的方式。 两节科学探究课展示了科学探究的主要过程,也体现了中学物理课程中,科学探 究的主要方法,对科学探究教学有很强的指导作用。 除此而外,对于诸如“研究电阻、电感和电容对交流电的阻碍作用”“法接第电 、 磁感应定律”“自感现象”“高压输送电”和“传感器”等内容虽没有设计为科学探 、 、 究课,但处处都渗透着观察与发现问题、猜想与假设、制订计划和设计实验、进行实 验和收集数据、分析与论证、交流与合作、以及评估等探究思想,能有效地促进科学 探究教学,提高学生的探究能力。 3、在实验器材棏选择和方案的设计上体现了选择性和灵活性
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为了培养学生的科学探究能力,与传统教材不同的是,我们对许多实验的安排不 是单一的,在器材和实验方案的设计上都体现了选择性和灵活性。如法拉第电磁感应 定律实验、热敏电阻特性实验、测量热敏电阻特性曲线实验都提供了几个方案,供教 学时选择。再例如,在探究变压器电压和匝数关系实验中,传统做法要用两个交流电 压表,在中学比较困难,我们在设计时,根据在《物理 3-1》中已学习过多用表的使 用,因此将实验中的交流电压表改用多用表,既解决了器材的不足,又使学生进一步 熟悉了多用表的使用,避免了传统教材中形成的器材闲置现象(传统教材中,在高中 学习阶段,多用表只用了一次:测量电阻) ,在研究交变电流一章中,还用多用表测电 容和电感。这不仅是实验设计的灵活性,而且是对学生实验能力的锻炼。 4、重视实验数据的分析和处理 根据实验收集的信息数据,作出分析处理,特别是根据实验数据描绘图线,分析 图象的物理意义,是理科学生的应具备的基本素质。传统教材在这方面重视不够。本 教材对此给予了较多的关注,例如在学习交变电流与发电机时,要求学生自己分析描 绘交流发电机发出电流的图线,讨论图线的物理意义;在学习传感器时,安排了热敏 电阻特性曲线的测量,还要求根据特性曲线进行小设计,培养学生利用图线的能力。 5、采用多种措施,加强对思想方法的指导。 例如 p8、p10、p13、p20、p21、p50 的旁批,p66 等处的信息浏览即是对思想方 法的培养。



注重激发情感,倡导主动学习,培养学生树立正确的科学观

1、教材注重培养学生的科学精神和科学态度。如前所述,在学习电磁感应时,教 材从 18 世纪的电磁研究热开始,引导出“将磁转变为电”是一个必然出现的世界性研 究课题,但为什么唯独让法拉第摘到了这一重大发现的桂冠呢?他是怎样想到的?这 是大多数学生十分感兴趣的问题。教材引导学生,从法拉第对问题的反复思考和锲而 不舍实验探索的历史回顾入手,了解法拉第科学思维和方法;从数年的失败到偶然的 发现,体现了法拉第执着的科学精神;从初步发现电磁感应现象,到继续改进实验、 深入分析归纳,最后摘得电磁感应桂冠,认识了法拉第的科学态度。在经历了法拉第 发现电磁感应的过程后,教材又设计几个简单的实验,让学生具体经历和体验法拉第 的实验,同时能较深入地理解产生电磁感应的条件。通过法拉第探索电磁感应现象的
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艰苦历程的展示,使学生认识到科学思维和科学方法的重要,培养了学生的科学精神 和科学态度。 教材还通过录音(像)原理介绍、微波炉原理和各种磁卡的应用,通过日常生活 中各种传感器的应用,使学生认识到科学技术的价值,激发学生对科学技术的热爱; 教材又通过对发电和输送电原理的探讨,使学生认识到基础科学原理的力量,对科学 的未来充满了向往,激发学生在科学技术征途上前进的决心。教材全面落实情感态度 和价值观的课程目标。 2、改变传统教材板着面孔说科学,教材教学都是一言堂的情况 倡导教材、教师和学生在平等的地位上共同研讨的课堂气氛。教材中有许多请学 生主动参加教学活动的讨论、思考方面的问题。例如: 请讨论:1、磁铁靠近铝环时,铝环中感应电流产生的磁场方向与磁铁的磁场方向 相同还是相反?铝环中感应电流的方向如何? 请根据上面的分析,推导出下面公式: (p13)

U 1 n1 ? U 2 n2

(p69)

“请思考”“请讨论”“请你推导一下”等语言,使教材语言亲切,让学生有平 、 、 等、受尊重的感觉,和物理有了亲近感;和学生共同讨论的方式,也为学生开放了活 动的空间,促使教材和课堂教学的单边活动向多边活动发展,变学生的被动接受为主 动思考与探索。 3、渗透 STS 观点 在教材的 p36 页利用“信息浏览”和“STS”栏目展示了自感现象的广泛应用,又 反映了科学技术的发展对社会生活的相应影响等等。教材采用多种方式反映了科学技 术在生活、 生产和社会中的应用, 反映了由于科学技术的进步给人类社会带来的好处, 也反映了科学技术应用不当给人类社会带来的负面影响,培养学生正确的科学、技术 与社会的观点(STS) 。

五 1、 关于课题研究

对几个问题处理的说明

教材在每一章后都设立一个课题研究(从磁卡到感应卡、研究动圈式话筒和 动圈式扬声器,电磁式打点计时器的原理,用电情况调查,探究宾馆的自动门是 如何开闭的) 这些课题主要是探究基本物理原理在技术层面上的应用, 。 或根据相
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应的原理作的社会调查,他们旨在培养学生的自主学习能力,培养学生的应用能 力、创新能力和组织工作能力,并不是学习新的知识。因此课题不是课堂教学内 容,而应是课后的小组活动形式,教材建议以全书最后所附的课题研究报告会形 式结题。 当然,课题研究的内容还可以根据实际情况而增减变化。 2、关于设立旁批的用意 前已说过,旁批有的是对思想方法的指导,如 p8、p10、p13 的旁批等,有的是对 科学成就的评价,如 p8、p11 的旁批等,有的是对我国科技史的简述,以映衬我国现 代的科技发展成就,如 p46 页的旁批,也有的是如 p62、p63 页所示,提供一些相关的 科技数据,以作正文叙述的补充,还有如 p76、p79 页的旁批则是科学的预测和预见。 这些旁批不是教学中的必学内容,它的呈现是对正文内容的补充和拓展,是对学生的 思想方法及科学素养的形成起潜移默化的作用。 3、关于 p11 页的信息浏览内容的处理。 该栏的内容是三位科学家在探索电磁感应道路上的遗憾。这不是必学内容,但它 和法拉第电磁感应艰难探索历程的配合,则能更好地体现出思想方法在科学研究中的 重要性。所以我们认为教学中不应只是简单地作为一个有趣的信息处理,而应恰当地 引导学生阅读了解,并进行思考。 4、关于“探究感应电流方向”的教材设计 教材设计为科学探究型,问题的提出是通过前面的实验现象为基础,再做一个实 验,运用已有的电磁学知识进行分析论证,初步总结出影响感应电流方向的因素,再 给出科学家的研究结论――楞次定律。这是符合探究规律和认识规律的。教材中的实 验现象是供分析论证用的,因此实验一定要做。教材中的实验设计简单易做,现象比 较明显(磁铁的磁性要强一些,市场上有强磁铁出售) ,因此使教学重点突出,而且学 生根据已学过的知识很容易进行分析论证。该实验也可用实验室中常用的楞次定律演 示器来做。因器材简易,建议实验分组由学生自己做。 5、关于 p28 页图 1-46 这是一幅日光灯起辉过程中的灯管两端电压图,其难得的是拍出了激发灯管的脉 冲电压,因为其时间极短,一般抓拍很困难,本照片是在拍了近两百张照片中才得到 的。此图的左边是灯管两端被点亮(中段还是暗的)时的波形,这时的电路状态是: 起辉器两触片间有电弧 (相当于短接) 灯管两端的灯丝可认为直接相连并与镇流器串 ,
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联,示波器显示的是两根串联灯丝上的电压;图中的尖脉冲则是起辉器两触片分开瞬 间,这时原呈相连接状态的两灯丝断开,镇流器和灯管串联后接在交流电源上,脉冲 电压即是起辉器两触片断开时,由于自感产生的电压;图中右部的波形是日光灯正常 工作时,灯管两端的电压波形,这时的电路是镇流器和灯管串联,接在交流电源上。 教材中应用此图的目的不仅在于展现日光灯工作时的电压变化过程,以从生活走 入自感现象讨论的物理情境,也在于向学生显示此实验拍的是一个瞬态过程,说明实 验中要善于抓住时机,获取有用的信息,也是对学生实验能力的潜在培养。 6、关于教材第 4 章内容的设计 课程标准中关于传感器的科学内容要求是: “ (1) 知道非电学量转换成电学量的技 术意义。 (2)通过实验知道常见传感器的工作原理。 (3)列举传感器在生活和生产中 的应用。 ” 根据要求, 教材首先用生活中的光声控延迟开关实验将学生带入自动控制环境中, 使学生感到传感器并不神秘,但却非常神奇而有趣,从而带着浓厚的兴趣来学习。 如果仅就一般要求,教材第 4 章的第 1、4 两节已能达到,但我们的教材却又设计 了第 2 节和第 3 节,为什么这样做呢? 第 2 节是一节实验测量,因为器材元件的性能是制作仪器仪表的基础,因此在制 作设计之前都要对元器件的性能做了解,了解的方法一是查阅元器件手册,另一是进 行测量,本节的设计是从理科角度考虑,让学生经过元器件特性测量的过程。从实验 能力方面来看,本实验是在 V-A 法测电阻的基础上完成的,电路对高中生来说不困 难,但此实验又要控制测量时的温度,因此能力要求又要高于单纯的测电阻实验,该 实验的方法设计还具有选择性,所以本节内容对学生实验能力的锻炼与提高是有帮助 的。 第 3 节用传感器做实验比较新,本套教材中已有多处应用传感器做实验的例子, 但当时学生对传感器还不知是何物,只能是被动的接受和操作着。设计本节就是让学 生对常见的一些传感器的传感头结构原理有个一般了解。传感器在社会生活中的应用 已十分普遍了,也已进入了中学的物理实验室,这也反映了科学技术的进步,反映了 科学技术进步对社会生活的影响。

以上是对沪科版普通高中课程标准实验教科书选修《物理 3-2》的简单介绍,限

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于编者的水平和经验,教材中也定存在不少疏漏和错误之处,希望物理老师和同行们 给予指导,在此表示衷心地感谢!

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