教科版《物理#183;选修3-1》编写介绍，本文主要内容关键词为：教科论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教科版《物理》已经在北京地区大面积使用，教科版《物理·必修1》和《物理·必修2》的编写，本刊前面已有专文介绍，本文介绍我们在编写《物理·选修3-1》着重思考过的一些问题。本文分三部分，第一部分阐述《物理·选修3-1》的教学内容及其特点，这是我们编写教材首先应考虑的；第二部分是教材针对具体教学内容设置教学进程的特色；第三部分是本教材教与学使用中应注意的几个问题。
一、《物理·选修3-1》的教学内容及其特点
课标规定，本模块涉及的物理内容的一部分是关于场，包括电场和磁场，另一部分则是关于直流电路。为此，本模块安排三章，第一章电场，第二章直流电路，第三章磁场。
场不同于实物，是物质存在的另一种形式，人类认识到场这种物质存在的新形式是人类文明的一大发展，从此人类进一步探究场的变化发展，场与物质的相互作用以及场与场的相互作用等等，开阔了人类的视野，从而也推动了科学技术的极大发展。当今人类信息化时代的许多文明，如电波的传播、信息的传递、电视、遥测、遥感等等，都与场的观念是密切相关的。爱因斯坦早就预见到，并指出：“实在概念的这一变革（指从对实物的认识到对场的认识），是物理学自牛顿以来的一次最深刻和最富有成效的变革；……”学生在本模块的学习中第一次接触到场，如何培养学生建立正确的场的观念，是本模块教学的重要目标，也是培养提高学生科学素质的重要方面。
那么在高中阶段培养学生建立正确的场的观念包括哪些内容呢？首先要知道场是具有分布的，电场对于放入电场的电荷有作用力，电场用电场强度来描述；磁场对于放入磁场中的电流或运动电荷存在作用力，磁场用磁感应强度来描述。要把握场就要从场的空间分布上把握它。其次，电场和磁场这样的矢量场的分布可以用力线加以描述。不同类型的场其力线的分布是不同的，静电场分布的力线（电场线）是起于正电荷或无限远，终止于负电荷或无限远；磁场的力线（磁感线）是环绕电流且是闭合的。力线的分布情形不仅大致描绘了场的方向，也可大致描述场的强弱，等等。第三，根据静电场中电场力移动电荷做功与路径无关，可以引入电势的概念，对于这种场还可以用电势和等势面加以描述。这些内容都渗透在教材中颇为分散，教师应做到心中有数，有一个总体上的把握，这样不至于在教学中只见树木，不见森林。
直流电路是本模块另一部分重要内容。在初中阶段的物理学习中，学生已经有相当的接触，而且在具体应用上，学生也还受到相当的训练。由于电路知识在实际中有着非常广泛的应用，另外也由于电路知识的各种组合在培养训练学生的智力发展有着特殊的价值，因此电路部分的知识和技能以及它们的组合也就成为培养训练的主要内容。通常这也是高考命题中占较大比重的地方。
直流电路一章中的逻辑电路与控制电路是适应时代发展的要求所作的安排，在课标中明确作了规定的内容。本教材讲述了几个基本的有触点的开关电路（与门、或门和非门），并介绍了三个用它们组成的控制电路（自动门控制电路、举重裁判控制电路和楼梯开关电路），颇能引起学生的学习兴趣。
二、教科版《物理·选修3-1》的特色
为了实现课标提出的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维课程目标，结合本模块教学内容，编写本教材的特色如下：
1.注重设置情景，提出问题，以问题为线索展现教学进程，渗透丰富的教学内涵
课标指出：“教学始于观察，思维源于问题，教科书在讲解物理概念、原理和规律时，应从观察和问题出发，引导学生展开想象的翅膀，提出各种可供检验的猜想和假说。再经过分析和验证，直到问题的解决，因此教科书本身就是一个如何提出问题、分析问题和解决问题的范例。”“教学始于观察，思维源于问题”已是广大教师的共识，问题是观察什么，提出什么问题。如果设置的情景贴近学生的生活，要观察的现象又非常明显和明确，提出的问题也贴近学生的思想，并能引导到教学要解决的核心问题上，学生的学习兴趣一定会被教学牢牢抓住，教学进程一定会更加活跃，最终教学取得良好的效果。
《物理·选修3-1》根据不同的内容设置不同的情景和提出不同的问题。例如在讲述电荷之间相互作用的库仑定律之前，通过几个现实生活中容易做的实验，如能“粘”在墙上的塑料袋，能展开的塑料花以及带电梳子对验电器的静电感应现象，来展现摩擦起电的电荷之间存在相互作用的事实。这里设置的情景比起古老而颇为枯燥的用丝绸摩擦玻璃棒和用毛皮摩擦火漆棒吸引轻小物体要更贴近学生的现实生活，更容易引起学生的学习兴趣，也就使学生更容易领会静电相互作用的实在性。在此基础上再提出问题：“电荷之间存在相互作用力，那么这种作用力遵从什么规律呢？我们如何来研究呢？”然后让学生猜想电荷之间的相互作用力与哪些因素有关，在这之后再提出需要建立一个理想化的物理模型——点电荷才能够深入进行研究，这是进入严格的科学研究的第一步，否则带电体的形状会影响电力；而且非点电荷时，电荷之间的距离不能精确地确立。物理模型是科学研究中不可缺少的，它体现了科学的严谨性。引入点电荷这一物理模型之后，再进入实验探究两个静止点电荷的相互作用力。在这里，原来的探究实验左边放一个点电荷，右边分别用细线悬吊着三个点电荷，由于它们到左边点电荷的距离不同，受到的电力不同，它们的悬线偏离竖直线的角度不同，说明两个点电荷之间的相互作用力随距离增大而减小。这一实验配置存在问题，这不是两个点电荷的相互作用，而是多个点电荷相互作用的综合效果，其他电荷的存在会影响所研究的两个电荷之间的相互作用。这次教材编写我们作了改进，左边放着一个可移动的点电荷，右边用细线悬吊着一个点电荷，把左边电荷向右边电荷推进，可改变它们之间的距离，右边电荷受电力改变，悬线偏离竖线的张角逐渐增大，说明两个点电荷之间的电力随距离减小而增大。这样的实验配置避免了其他电荷干扰的影响参入，也显得更加简洁。
讲电表改装时，首先说明现实生活中人们需要测量非常不同的各种电压值和各种电流值，也就是说需要有各种不同量程的电压表和电流表，而直接生产多种不同量程的电表是极为不便的，需要耗费巨大的人力、财力和物力。于是提出问题，上述矛盾如何解决？然后通过教师课上讨论交流的引导，引导学生提出用电表改装的办法来扩大电压表或电流表的量程，搞清楚其中的原理，最后通过活动来实现电表的改装。
讲电源的电动势和内阻时，首先从一个实际中很容易发生的事情说起，几个同学使用手电筒时发现电池有电压，但按下开关手电筒不亮，提出问题，“电池有电压为什么手电筒不亮？”再参照电池上标示的伏特数，进一步提出，电池上的“标称电压”是什么意思？它和电压表测量电池两端所得的电压值为什么不同？它们之间有什么关系？这样就把几个同学生活中遇到的问题引导到本小节所要解决的核心问题。下一步通过实验探究获得两条概括性结论：一是用电压表直接测量电池两端的电压值都小于电池上的“标称电压”，而且旧电池两端的电压比“标称电压”要小得多；二是在电池与用电器连接的情况下，用电压表测得电池两端电压明显小于“标称电压”，电路中用电器的总电阻越小，通过的电流越大而实验测得的两端电压则越小。通过这一探究使这两条概括性结论在学生脑子中建立鲜明的印象之后，再通过讲解伏打原电池的结构原理介绍电动势和内阻的概念，得出电源端电压与电动势以及通过的电流、电源内阻的关系：U=E-Ir。再把它与两条概括性结论相比对。在下一节从能量守恒的观点导出这一公式。这样就在比较牢固的基础上获得对电源的电动势和内阻的认识。这里要说明一下过去的教材中要做一个测电池内电压的实验，或者叙述一下该实验的结果，从实验上证明
。这个实验是有问题的，问题是这样测出来的电压值是这两根测量导线之间的电压值，而不是电池的溶液内靠近两极板附近两点的所谓“内电压”，再者，实验中加入了测量“内电压”的装置，是否会改变原来没有此测量“内电压”装置时的情况也是完全不清楚的。我们认为，在教学中没有必要事事都必须从实验事实来引入，更不能以假想的事情误导了学生。
关于情景的设置还可以说说，在磁场一章开头磁现象从历史到现代概括成四大方面：我国古代对磁现象的认识及应用，电与磁的相互作用现象的发现及第二次产业革命，信息技术中的磁现象，以及生命物质中的磁现象，来说明磁现象的广泛性和重要性，这比起以前只是枯燥地从基本磁现象讲起，更能体现时代性，也更能吸引学生的学习兴趣。在讲电容器时，设置情景从闪光照相引入，这也是学生比较熟悉的，能够引起学生兴趣。
2.重视重要物理概念建立的实验基础
物理概念是关于所研究物理对象的属性方面的本质的科学概括，物理概念的这种本质的科学的概括不是凭空得来的，也不是随意瞎凑的，而是建立在确凿的实验基础上的。例如电场强度概念，它是描述电场分布特征的物理量，我们所以用单位正检验电荷所受的电场力来定义电场强度，是因为实验表明在确定的电场中的某一点放入一个检验电荷，它所受到的电场力与检验电荷量的大小成正比，这表明检验电荷所受的力与电荷的比值，也就是单位正检验电荷所受的电场力，是一个与检验电荷无关的量，它仅与电场在该点的性质有关，因此用它来描述电场的性质是恰当的。如果没有上述实验结果，检验电荷所受的电场力与检验电荷不是成正比，那么用单位正检验电荷所受的电场力来定义电场强度就不适宜了。再例如磁感应强度的定义也有类似的情形。此外关于电容的概念，也是根据实验表明电容器贮存的电荷与电容器的电压成正比，因此贮存电荷Q与电压U的比值
是一个与电压无关仅反映电容器贮存电荷能力的量，用它来定义电容器的电容。中学物理教师都知道物理学中常常用两个物理量的比值来定义一个新的物理量，如用质量和体积之比定义密度，用检验电荷所受的力与检验电荷之比来定义电场强度，等等，其道理就在于存在着揭示出显示两个物理量成正比关系的实验事实。
电势概念也有很强的实验基础。基础之一就是移动电荷静电力做功与路径无关。在静电场中将一个检验电荷从一处A移动到另一处B，沿不同路径静电力所做的功都相同，或者说在静电场中将一个检验电荷沿闭合路径移动，静电场力所做的功恒为零。这种情形与物体在重力场中的情形相似。因此，与物体在重力场中有重力势能一样，电荷在静电场中有电势能。需要指出，在“静电场力做功与路径无关”的基础上引入电势的概念是新教材与旧教材的一大区别。课标提出，要提高学生的科学素养，在“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三个方面培养学生，就不能不要求学生不仅要知其然，还要知其所以然。通过这种物理概念的建立需要一定的实验基础的教育，学生的科学素养一定会提高。基础之二就是在静电场中移动检验电荷，电场力所做的功与检验电荷q成正比，用q除它，即是移动单位正电荷静电场力所做的功就与q无关，仅仅由电场的性质确定，它就定义了电场中两点的电势差。
3.引导学生关注物理量之间的关系以及物理关系的特点
物理量之间的关系表现为一些物理公式，它表明一个物理量对其他物理量的依赖和变化关系以及与什么无关。而物理量之间关系的特点常常正是其重要应用的关键点。例如带电粒子在垂直磁场的平面内受到洛伦兹力作用做圆周运动的周期公式是
，它表明带电粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动的周期与带电粒子的荷质比
以及磁感应强度的大小有关，而与带电粒子的速度无关，这是带电粒子在磁场中运动的一个很突出的特点，它表明可以采用这个特点反复定时加速粒子，使粒子获得很高的能量。劳伦斯正是抓住带电粒子做圆周运动周期公式的这个特点，发挥出他的创造能动性，发明了回旋加速器，为人类做出杰出的贡献。再例如平行板电容器的电容公式是
，平行板电容器的电容C与极板面积S成正比，与板间距d成反比。因此增大极板面积和减小极板间距，可增大电容C；如果固定极板间距，把平行板电容器插入油箱，油箱内的储油量多少可与电容器极板面积联系起来，测量了电容器的电容，就可以知道储油量，这正是电容式储量传感器的工作原理。
4.有比较才有鉴别
比较是人们认识事物的一种有效的方法。通过比较我们可以知晓不同事物在性质、属性、结构、适用范围、精确程度等等方面的异同，并可在此基础上进一步探索其中的原因，完成从现象到本质的探索历程。
伏安法测电阻一节就让学生采用比较的方法来探索伏安法测电阻的两种接法。老师先给出伏安法测电阻所必需的元器件，向学生提问：能设计一个电路来测量电阻吗？能把各部件连接成一个可进行实际测量电阻的电路吗？然后让学生画图连接，这中间可能有学生画图连接中有错，老师可以给予纠正，其中一定会有两种不同的接法：电流表外接和电流表内接。于是可组织学生分组实验，用不同接法的电路分别测量阻值大小不同的电阻，实验完毕后再组织学生讨论书上提出的几个问题，通过这种比较讨论能使学生更清楚地理解哪一种接法的电路更适宜于测量怎样的电阻值，其误差更小。这种比较的方法能够给学生留下更深刻的印象。
以上仅对教材中主要的特色作了些说明，其他细微的特点还可以从教材中分析体会。
三、本教材使用中应注意的几个问题
教科版《物理·选修3-1》教材是精心编写的成果。教材在教与学的使用中仍然需要教师结合自己的教学经验，比对其他教材，很好地加以组织，因此具体的教学过程是一个再创造的过程，是一个最后获取收获的再创造过程。
1.认真仔细分析教材和教参，抓住教学的脉络
教材注重设置情景，提出问题，以问题的解决为线索展现教学进程，渗透丰富的教学内涵。建议任课教师认真仔细分析教材和教参，抓住教学的脉络。具体地说，就是弄清楚各章节要解决什么问题，设置了怎样的情景，具体提出了什么问题，为解决这个问题做了哪些准备，问题是如何解决的，问题解决之后又展开了哪些讨论和拓展，得到了哪些重要结论，在具体的应用和解决具体的问题应坚守哪几条，等等。如果教师把这条教学脉络想清楚，教师在教学中就会得心应手，驾驭自如，获得满意的教学效果。
2.不局限于具体物理知识的传授，注重从方法论上教育学生
教师进行物理教学不仅是传授具体的物理知识，更重要的是给予学生科学方法论上的训练；学生学习物理也不仅是学习一些具体的物理知识，更重要的是获得对科学的悟性，获得科学研究的门道。一个学生如果他拥有探索物理世界奥秘的好奇心，他向往着去揭开奥秘和在实际中应用它，他在接受教育中一定会去思考更多的问题，他也一定能够获得比一些具体的物理知识大得多的收获，这就是课标强调的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维课程目标的积极意义。因此教师在具体教学过程中应注重从方法论上教育学生，不仅在传授具体物理知识中渗透方法论的教益，而且启迪学生探索奥秘的好奇心，引导学生自己关注在方法论上的收获。例如教师在教学中要求学生重视物理概念建立的实验基础，关注物理量之间的关系以及物理关系的特点，通过比较来鉴别事物的异同以及探索其中的原因，等等。
3.关注提高学生自学获取知识的能力
自学能力是一个人成长很重要的品格，是终身受用的事情。一个自学能力很强的人在阅读学习中能够较好地把握阅读材料的要点，能够在阅读时思考相关的问题和联系更广泛的事情，以及自己去寻找相关的资料，扩大相关的知识。自学能力是需要培养和提高的。教师在教学中应关心学生自学能力的成长，教师在教学中应该指导学生阅读教材需掌握的要旨，阅读时应思考的问题，可联系的更广泛的事情，以及鼓励学生自己寻找相关的资料，扩大相关的知识面，等等。
4.认真处理好本模块的难点
本册教材的难点主要有三处：第一章电场中的第4节电势差；第二章直流电路中的第6节电源的电动势和内阻；以及第三章磁场中的第2节磁感应强度。
第一章第4节的难点是几个复杂的新概念纠缠在一起，移动电荷静电场力做功，与路径无关，电势差，电势零点的选取，电势能，等等，因此显得庞杂而没有头绪。在我们的处理中把它分解成四个层次。首先，要明确电势引入的前提是在静电场中移动检验电荷静电场力做功与路径无关。这一点通过分析在匀强电场中沿两条不同路径移动电荷q的例子来说明。利用静电场力做功与路径无关和重力作用做功与路径无关两者的相似性，使学生确信在重力情形存在重力势能，在静电情形也可存在势的概念。其次，通过具体例子说明移动电荷静电场力所做的功
与移动电荷q的大小成正比，因此比值
与检验电荷无关，只与A、B两点的位置有关，反映电场本身的性质，所以把它定义为A、B两点的电势差
。第三，把电势差与物体在重力情形中的重力势能差相类比，选定了重力势能的零点就可以完全确定一个物体的重力势能，同样，选定了电势的零点，就可以完全确定一个电荷体系的电势的分布。第四，与重力情形类比，引入一个电荷在静电场中的电势能，导出静电场力做功与电势差以及电荷q在电场中的电势能差的重要基本关系
于是当我们已知电势分布，要计算从一点A到另一点B电场力所做的功或电势能差，就容易由(1)式加以计算，而无须由具体的路径从力与位移的乘积或力对位移的积分来计算。这样许多电学的问题可以在电势概念的基础上加以讨论，这也就是引入电势概念的好处。
以上是我们的教材的处理，把第一章第4节的难点分解成四个层次，有的教材分解层次把电势能差放在电势差前面先讲，这也是可以的，或许这样讲把电势能与重力势能类比更为贴近，如果这样讲的话，上述静电场力做功W与电势差以及电荷q在电场中的电势能差的重要基本关系要处理好。
第二章的前几节，欧姆定律，电阻定律，焦耳定律和电阻的串并联，在初中阶段都有所接触，学生学习不会有太多的困难；当然这几节也有新东西，如伏安特性，实验测定电阻与其他量的定量关系，电功率与热功率的区别，电阻串并联的应用、电表改装、限流电路和分压电路。对于初中已学习接触过的内容，教学进展可快些，把时间留给新的知识点。电阻串并联中的各种关系可用列表的方式通过同学的交流讨论活动来填写，达到复习巩固的效果，而无须一一推导。
第二章第6节的难点在于电动势完全是一个新的概念，它不同于电压或电势差，电压或电势差是与静电场力做功联系在一起，它等于电场力所做的功与移动电荷之比，或者说它等于移动单位正电荷电场力所做的功；而电动势是与非静电力做功联系在一起，它等于把单位正电荷从电源负极移动到正极非静电力所做的功。为了突出两者的区别，特别安排了一个实际中容易发生的事情——“手电筒有电压为什么不亮”。进一步联系到电池上标注的电压数，提出电池上的标称电压是什么意思？它和电压表测量电池两端所得的值有什么关系？然后通过教材第62页的实验探究，对实际测量的端电压和电池上的标称电压不同加深印象。在实践的基础上，再通过讲解伏打电池的结构原理，介绍电源电动势和内阻的概念，得出电池端电压U与电动势E、通过的电流I以及内阻r的关系U=E-Ir，用它来说明实验探究中所观察到的结果。在第7节中再从能量守恒的观点，给予此式一个证明。
第三章第2节的磁感应强度是一个描述磁场的物理量，其定义方式与电场强度的引入有些相似。电场强度根据放在电场中的检验电荷受到的电场力来定义，磁感应强度则根据一段电流导线在磁场中受到的磁场力来定义。然而磁的情形涉及空间立体图像，磁场对电流的作用力不仅与电流的大小、通电导线的长度有关，还同电流导线与磁场之间的角度有关，而且电流导线、磁场和电流导线所受的力三者不在一个平面内，从而造成磁感应强度的引入成为难点。关于磁感应强度的定义可适当降低要求，不要过多地纠缠在空间的立体图像上，只要求学生知道磁感应强度的引入类似于电场强度，用电流导线在磁场中所受的磁场力加以定义，它是描述磁场分布的一个物理量，会用磁感应强度计算磁通量和计算电流导线在磁场中受到安培力以及运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力就可以。
以上教材编写介绍和教学建议供教学参考，老师们教学中还可参考与教材配套的教参。希望广大老师在教学中有更多的创新，多与我们交流，使教科版教材更加完善。
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