例谈科学方法在新教材中的渗透

V 〇1.50 No .5May .2021
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教■学参考
教材研究
例谈科学方法在新教材中的渗透
方道余
(浙江省苍南中学浙江温州 325800)
文章编号：l 〇〇2-218X (2021)05-0055-02
2020年，浙江省高中全面使用人民教育出版社 出版的物理教科书。

这版新编教材是一线名师、专家 根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020修 订）》，结合多年教学实践编写的。

为全面落实物理核 心素养，对原来教材的框架、内容、实例、呈现方式等 做了较大幅度的调整，非常接地气，给教师的教、学生 的学提供了很好的参考。

物理核心素养包括四方面， 其中科学思维的培养是新课标的亮点。

科学思维主 要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要 素，质疑创新是衡量思维品质，另外三个要素都跟科 学方法联系紧密，所以说科学方法是科学思维的体 现，我们可以科学方法为抓手落实科学思维。

新编教 材中的科学方法栏目包括演绎推理、归纳推理、抽象 与概括、控制变量、比值定义、理想建模等，笔者通过 细读必修1、必修2、必修3后有所感触，下面举例谈 谈新编教材是如何渗透科学方法的。

—、极限方法
极限方法是物理学中的一种重要方法，非常抽 象，比较难理解。

新编教材不是直接提出什么是极限 方法，而是根据学生的认知心理特点、知识方法的建 构理论，把难以理解的方法分散安排在不同章节中，以 不同的方式循序渐进地渗透其中，更有利于学生的掌握。

(1)
在必修1中，通过平均速度和瞬时速度关系
的理论讲解.即当时间间隔趋于非常小时的平均速度 可以代替某一时刻的速度，让学生初步体验极限 方法。

(2)
在必修1中，采用实验操作，即通过打点计时
器打出的纸带测速度。

如图1所示，测£点的瞬时速 度，可以用D 、G 两点间的平均速度粗略地代表£：点 的瞬时速度；如果用D 、F 两点间的平均速度代表£ 点的瞬时速度，会精确一些。

让学生通过实验操作与 分析亲自体会极限方法。

(3) 在必修1中，用图像推导匀变速直线运
中图分类号：G 632.4 文献标识码：B
动的位移。

结合匀速直线运动图像中矩形的面积 代表物体的位移，提出如图2甲中的5个小矩形的面 积之和算出的位移代表物体在整个过程中的位移，显 然是少算了；为了更加精确，可以把运动过程划分为 更多的小段，如图2乙的做法，这样可以近似代表物 体在整个过程中的位移。

小矩形越窄，多个小矩形的 面积之和越接近物体的位移，进而提出图2丙的做 法。

通过图2甲、乙、丙三个图的对比，这种理论推 导，让学生更进一步理解极限方法。

(4)
通过习题巩固，让学生加深对极限方法的理
解。

在必修1中，为估算照相机的曝光时间，让一个 石子从砖墙前、距离地面一定高度自由落下，拍摄石 子在空中的照片。

由于石子的运动，它在照片上留下 了一条模糊的径迹。

这里可以应用极限方法，用径迹 代表的长度跟曝光时间的比值代表瞬时速度，即可估 算照相机的曝光时间。

(5)
在必修2中，通过两个推导的拓展应用，让学
生掌握极限方法。

一个是向心加速度的推导，在时间 间隔非常小时，速度变化的角度也足够小，由此推导 出向心加速度的方向，进一步推导出向心力的大小。

另一个是物体沿曲面下滑时重力做功，学生有了前面 极限方法的体验、应用，再次用这种方法推导物体沿
曲面下滑时重力做功等于重力在每小段上做功的代
数和，就非常容易了。

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图1
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图2
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第50卷第5期
2021年5月
教材研究
新编教材自始至终没有出现“极限”术语，而是以 “理论讲解一实验操作一理论推导一习题巩固一拓展 应用”这种多样化、系统化的循序渐进的方式呈现科 学方法，能很好地结合学生的认知心理特点，让学生 逐步掌握极限方法的应用。

二、 合成分解法
矢量的运算方法是高中生在初中没接触过的一 种全新的方法，平行四边形定则既是运算矢量的法则 又是判定是否为矢量的依据。

新编教材对于合成与 分解方法学习是这样安排的：
(1)
第一章第二节直线运动中求解位移，出现了 正负号，让学生初步了解矢量的运算方法。

(2)
在第三章第四节学习力的合成与分解，促使 学生理解矢量的运算方法。

(3)
安排在第五章学习抛体运动，一方面是学生 已经有了直线运动规律、力的合成与分解和动力学等 知识的基础；另一方面是经过高一第一学期的学习， 学生的理解、概括、分析、建模等能力有所提升。

运动的合成与分解方法的学习安排也是循序渐 进的：
(1)
第五章让学生通过学习知道什么是曲线运 动，曲线不同于之前的直线运动，激发学生的求知欲， 产生矛盾冲突，用原有知识、方法处理不了新问题，寻 找新的方法。

(2)
通过演示，初步了解把平面运动分解为直线 运动，让学生体验、感知处理曲线运动的方法。

(3) 通过学生实验，体验“复杂运动分解为简单运 动处理”。

(4)
以探索抛体运动规律为载体，让学生通过理
论推导，巩固复杂运动分解为简单运动的思想。

(5)
在必修3第十章第五节中学习带电粒子在电 场中的偏转和示波器的原理，让学生对运动的合成与 分解方法掌握更加到位。

新教材的编写按照如何求 解直线运动的位移一力的合成与分解一曲线运动一 初步了解曲线运动的分解一学生实验体验一理论推 导一拓展性应用的程序编写，体现出系统化的循序渐 进方式呈现科学方法，有利于学生的学。

三、 控制变量法
控制变量法是研究物理规律的一种常见的方法， 是研究多个物理量之间相互关系的重要方法。

对于
控制变量法，新教材是这么处理的：
(1)
第四章第二节实验:探究加速度与力、质量的
关系。

让学生通过实验探究：当质量不变时，加速度 与力的关系，当力不变时，加速度与质量的关系，最后 得出三个物理量之间关系。

让学生初步了解研究三 个物理量之间相互关系的方法、途径。

(2)
第六章第二节学习向心力，先让学生通过做
一做（手抡系有沙袋的绳子）感受向心力大小与物体 质量、物体运动快慢、绳子长短的关系。

再通过实验 探究向心力大小的表达式，思考怎样才能在改变某个
物理量时保持其他物理量不变，最后得到向心力大小
与物体质量、速度和轨道半径的关系，促使学生进一
步理解四个物理量之间关系的研究方法。

(3)
第九章第二节库仑定律，在学生已经有了力
学模块里研究多个物理量关系的方法基础上，应用类
比法提出两点电荷间作用力跟电荷量乘积成正比与 两点电荷间距离平方成反比，再通过库仑的实验探究 两点电荷间作用力与电荷量、距离的关系。

(4)
第十一章第二节的学习，通过实验探究导体
的电阻与导体材料、导体的长度、横截面的关系式。

通过必修3库仑定律、
导体的电阻这两节的探究学 习，让学生充分感知控制变量法不仅是研究力学中多 个物理量关系的重要方法，也是在未知的新领域电 场、电流中的一种重要的常见的方法。

新教材的编写
按
照力学中三个物理量关系的探究—三个物理量关 系研究—电学中多个物理量关系研究的程序编写，体
现出内容系统化的循序渐进的方式呈现科学方法，有
利于学生对控制变量法的了解和应用。

总之，科学方法是以科学知识为依托，是形成科
学思维、培养核心素质的前提和基础。

新编教材根据
学生的认知心理特点、知识方法的建构理论，把难以
理解的方法分散安排在不同章节中，循序渐进地渗透 其中。

教师要认真学习新课程标准，领会教材编写意 图，挖掘教材中蕴含的科学方法，才能引导学生了解 科学问题是如何提出的，问题是如何解决的，相应的 概念和定律是如何萌生、提炼和发展的，科学方法在 教材中是如何循序渐进渗透中的，从而达到对科学方 法的不断体会、理解、应用，才能更好地发展学生的物 理核心素养。

(本文编辑：郭晓丹)
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