教科版《物理#183;必修2》编写意图与教学说明，本文主要内容关键词为：意图论文,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。
教育科学出版社版普通高中课程标准实验教科书正在北京地区试用。现对《物理·必修2》（以下简称《物理2》）这一模块的编写意图与教学说明，谈谈个人的认识，供老师们参考。
一、《物理2》模块教材的结构与特点
《基础教育课程改革纲要（试行）》指出“国家课程标准是教材编写的依据”，显然，课程标准是教材的编写指南和评价依据，但遵循课程标准并不是拘泥于课程标准。
1.《物理2》模块教材的结构
《普通高中物理课程标准（实验）》对《物理2》模块划分为三个二级主题：机械能和能源，抛体运动与圆周运动，经典力学的成就与局限性。如果在《物理2》模块一开头就插入机械能与能源，从学生思维的角度和物理知识内在的逻辑联系看，都显得比较生硬。而《物理1》中讲过质点运动的基本规律，力与物质运动的关系以及力的分解与合成。后者有利于理解抛体运动中运动的分解与合成。学了各种不同运动形式，丰富了对速度的理解，将深化对机械能的感悟。最后，以经典力学的成就与局限性，作为高中《物理1》《物理2》全部内容的总结，也是高中力学内容的总结，再引入现代物理的初步知识。
2.《物理2》模块教材的特点
在《物理2》模块教材的编写中，可从以下几方面体现这本教材的特点。
(1)设计多种探究活动
为了使学生在高中物理学习中，积极参与，经历过程，经受体验，在探究中获取知识，理解科学本质，提高科学素养，教材设计了多种探究活动，有实验探究、理性探究、讨论交流、活动、观察思考、分组实验等栏目。这种教学内容的呈现方法，改变了过去将物理概念、规律、理论作为现成的结论，传递给学生，而是转化成需要我们去思考、去探索，去提出假设、寻求证据，自己做出解释，验证结果的过程，最终在经历探究的过程后获取知识。这需要广大教师创造性地进行课堂教学设计。
(2)创设物理教学情景
创设合适的情景，可以激发学生学习物理的兴趣和内在动机，为物理知识的理解提供背景，为概念的形成提供表象，为思维的展开提供材料。《物理2》教材中几乎每一节都进行了情景的创设。这样的设计，不仅使教材变得图文并茂、生动活泼，而且是因为“思维与学习只有在特定的情景中才有意义。所有的思维、学习和认知都是处在特定的情景脉络中的，不存在非情景化的学习”。
(3)展示物理发展脉络
著名科学史学家萨顿曾说过：“向学生详细追溯一项发现的全部历史，向学生指明在发明者道路上经常出现的各种各样的困难，以及怎样战胜它们、避开它们，最后，又怎样趋近于那从未达到的目标；再没有比这种做法更适于启发学生的批判精神、检验学生的才能了。”《物理2》教材正是体现了这种思想。如万有引力定律的得出，就充分注意到这一发现的科学过程和有关的科学家群体所作出的贡献的叙述，表明一个伟大的科学发现不是灵机一动的产物，也不是个别科学家孤立奋斗的结果。
(4)发展科学思维能力
各种思维能力的培养既是高中物理教学的目标之一，又是解决物理教学中形形色色难点的关键。为此，教材设计了“理性探究”栏目，旨在让学生对重要科学问题，不仅经历实验探究，而且经历理性探究过程，以培养综合科学素养。教材中很多旁白式的“注释”，问题的提出，都是为了对学生的思维起“点拨”的作用，从对问题的探索引导学生走向科学的思维方式，启迪学生的问题意识，培养学生的创新精神。
(5)融合科学与人文
关注物理学的人文内涵，让学生理解物理学与人类发展的关系，了解物理学的文化价值，因为科学在本质上是一种文化。体现科学—技术—社会的课程设计理念，引导学生关注物理学对技术的推动，对社会发展的贡献及探讨三者之间复杂的互动关系，树立与自然和谐发展的科学价值观，树立可持续发展的理念。如教材中“圆周运动与人类文明”这一节的编写，改变传统课程中圆周运动抽象、单调结构，展示在学生面前的是一个形形色色的大千世界。
(6)优化习题编制
练习题是教材中不可或缺的重要部分。教材尽量摆脱传统的“思辨游戏”式的习题编制模式，选择有真实物理现象和实际的科学技术背景，与现实生产、日常生活和科学研究相联系的问题，选取当代科学技术的最新发展和人们关注的科学技术热点问题。同时习题也注意到考查学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，也激发学生自己去发现问题、提出问题。
二、《物理2》教材使用说明和建议
根据《普通高中物理课程标准（实验稿）》的要求，基于对高中物理教学的理解，按照在编写教材时的设想，提出教材使用的建议，供老师们参考。
1.抛体运动
课程标准对本章的要求是：“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动；关注抛体运动的规律与日常生活的联系。”本章由4节内容构成：曲线运动，运动的合成与分解，平抛运动和斜抛运动。
(1)曲线运动
本节核心内容是曲线运动的速度方向和曲线运动的条件。从观察砂轮切割钢材时火星飞出的方向，建立曲线运动速度方向的感性认识，运用实验探究，得到亲身体验，再运用理性探究建立曲线运动的瞬时速度与直线运动的瞬时速度之间的联系，从感性上升到理性，从特殊推广到一般，从而形成规律，得到对曲线运动速度方向的正确理解和解释。
与牛顿第二定律相结合，运用实验，得出物体做曲线运动的条件，既表明曲线运动条件的物理本质，也从原理上说明了曲线运动是一种变速运动。
“讨论交流”的内容是对曲线运动条件的拓展，同时也是一种应用。“香蕉球”成因则是曲线运动条件的深化，是为有兴趣并有一定分析能力的同学考虑的，也是一种层次化、选择性的体现。
(2)运动的合成与分解
这一节的内容既是重点，又是难点。在《物理1》中力的合成与分解是“静态”的，这里是“动态”的。运动的合成与分解是互为逆运算的物理量。在教学中特别要抓住两个关键词，即“同时参与”和“相互独立”。物体不同时参与两种运动，就无所谓运动的合成；而当物体同时参与多个运动时，如果各个分运动不是相互独立的，就不可能进行运动的分解与合成。这是物理学研究与处理问题的一种重要方法，在这里，就是用这种方法将复杂运动分解为简单运动，将简单运动研究清楚后又合成复杂运动，从而知道复杂运动的规律。在运动的合成与分解中，常用的方法是正交法。然而实际中常见的都是非正交的情况，因此，可以引导学生对“发展空间”中“实验室”的问题，做实验进行观察、思考。
(3)平抛运动
有了运动的合成与分解的知识，处理平抛运动的规律就有了基础。
平抛运动的特点不难理解，但要指出，在描述这一运动特点时，是以地球为参考系；并且需要强调，任何运动的合成与分解不是唯一的，也就是说，不能把学生的思维方式凝固起来，不要形成思维定势。
在“活动”中，对排球比赛的分析，一方面是与实际结合，另一方面这个问题也很有趣。但这里有两个理想的处理：把排球看成质点，忽略了排球在运动过程中的旋转与空气的阻力，而这在“香蕉球”的分析中恰好是主要依据；又把扣球看成沿水平方向，而实际中排球的扣球往往是向斜下方的。这可以在学了斜抛运动后再来讨论。
“发展空间”中的课外阅览内容，要提请同学们关注。科学研究中估算方法的掌握、运用是非常重要的，是科学研究的基本素养之一。可以向有兴趣的同学推荐课外的相关读物。
(4)斜抛运动
这里虽然没有对斜抛运动做定量分析，但“观察思考”中的问题也为斜抛运动的定量分析指出了思路。循着这一思路，结合平抛运动的知识，斜抛运动的定量分析即可得到解决。没有给出数学公式，表明没有对斜抛运动进行定量分析的要求。
对斜抛运动规律的定性分析和影响因素，应该明确地了解。
2.圆周运动
《课标》对本章要求是：“会描述匀速圆周运动。知道向心加速度。能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。分析生活和生产中的离心现象。关注圆周运动的规律与日常生活的联系。”这一章由4节内容构成：描述圆周运动，圆周运动的向心力，匀速圆周运动的实例分析，圆周运动与人类文明。
(1)描述圆周运动
圆周运动是物质世界普遍存在的一种运动形式，在这里，要注意和绕轴转动的区别。因此，在“栏目”上特别提示，转动物体上的每一点都在绕轴心做圆周运动。在图2-1-1中的(c)和(d)也表明是“轮子上的每个点”和“齿轮上的每个点”在做圆周运动。
匀速圆周运动中的“速”，表示的是“速率”而不是“速度”，在匀速圆周运动中，速度是时刻变化的，这个速度就是做匀速圆周运动的质点在各个时刻的线速度，线速度的方向联系曲线运动中的瞬时速度方向，就会便于理解。
教材中饶有趣味的通过闹钟和手表转动的快慢之争，自然地引出了线速度、角速度和周期的概念，并进而讨论了三者之间的关系。
圆周运动可以认为是一种特殊的曲线运动，两者之间又有密切的内在联系。这里提出了曲线运动的一般描述方式，但这已是延伸的内容了。
(2)圆周运动的向心力
做匀速圆周运动的物体，其向心加速度的大小和方向的得出是本节课的难点，特别是向心加速度的方向一直指向圆心，不大容易理解。教材先让学生亲身感受，在体验的基础上，对一些现象做分析，得到向心力的方向。根据牛顿第二定律，向心加速度的方向自然地解决了。向心加速度大小的理论推导放在“发展空间”，是为了降低教学的难度。
至于向心力与物体质量和圆周运动的运动学参量之间的关系，根据一些相关公式是容易推导的。教材着重在向心力与有关参量关系的实际考查上，因此，在教学时，不要轻重倒置。
(3)匀速圆周运动的实例分析
从物体做圆周运动需要向心力，引出了离心运动以及生产、生活中的离心现象。教材从实验探究逐步得出离心运动，学生比较容易理解，也会有兴趣。教学中不要以单纯地讲解和理论推演替代必要的教学过程。
“圆周运动与人类文明”介绍了圆周运动与古文明、工业文明、现代科学文明及文化生活的关系，把物理学中的运动形式与人类文明的发展联系起来，融合了科学与人文，体现了STS理念，学生可以在教师的指导下进行课外阅读或讨论。
3.万有引力定律
课程标准对这一章的要求是：“通过有关事实了解万有引力定律的发现过程，知道万有引力定律，认识万有引力定律的重要意义。体会科学定律对人类探索未知世界的作用。会计算人造卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。”这一章由4节内容构成：天体运动、万有引力定律，万有引力定律的应用，人造卫星和宇宙速度。
(1)天体运动
万有引力定律的发现，是建立在前人工作基础上的。哥白尼日心说的提出，相对托勒密的地心说，不只是变换了参考系，而是如托马斯·库恩所指出的：“哥白尼革命是一场观念上的革命，是人的宇宙概念以及人与宇宙之关系的概念的一次转型。”
第谷、开普勒的贡献，尤其是开普勒三定律的介绍，一方面为万有引力定律数学形式的得出提供理论基础，同时要体会他们的工作为牛顿天体力学理论的创立奠定了观测基础。伟大的科学发现不是单靠科学家的冥思苦想而得到的。
中国古代的宇宙理论，不仅与西方天文学发展相对应，而且反映了我国古代学者对宇宙结构的思考。但这种思考思辨的成分居多，最终没有能产生出现代的天文学理论，值得我们深思。
(2)万有引力定律
这一节是本章以至整个力学中的核心内容。
万有引力定律的数学表达式的得出，把行星绕太阳的运动轨迹看成是圆，因此，本节内容从向心力引入。“与引力有关现象的思考”目的是让学生将地上物体运动的现象与天体运动的现象相联系，将已得到的一般的圆周运动的规律迁移到天体运动规律的思考上。
万有引力定律的推导，结合了牛顿运动第二定律、第三定律和开普勒第三定律；实际上牛顿得出这一定律的过程要复杂得多，因为天体绕太阳运动的轨道是椭圆。另外，对于质量分布均匀的球体，r指的是两个球心之间的距离，这一结论的得出需要运用牛顿发明的数学工具——留数（即微积分）。
万有引力常量的测定方法是十分巧妙的，这一实验中所包含的物理思想应认真领会。“月－地”检验也是很有意义的。对于有兴趣的同学，这二则可以作为研究性学习的内容，从课外再找一些相关的资料，认真地思考、讨论，学习其中所蕴涵的丰富的物理学思想和方法。
(3)万有引力定律的应用
万有引力定律的发现对天文学的发展起了巨大的推动作用，尤其是教材中指出的预言未知星体，预言彗星回归等的成功，使经典力学的地位得以确定，牛顿的影响也如日中天。而最重要的是理解牛顿基于地上运动规律的研究，进而将地上的运动与天体的运动规律相统一，这种科学思想和科学方法比知识更有价值。
学生在学习了万有引力定律以后，需要运用这一定律去分析、解决问题。如教材中计算天体质量，估测太阳的平均密度、质量及其他星球的质量。天体估测和计算，主要依据是万有引力定律，而其中万有引力常量G是一个关键的物理量，是在地球上的实验室中测得的，要引起学生的注意和思考。
(4)人造卫星，宇宙速度
人造地球卫星绕地球做圆周运动的向心力是万有引力，因此本节是万有引力定律应用的延伸。3-6式是讨论本节内容的核心公式。
从公式可知，卫星的环绕速度与卫星本身的特点（大小、质量和形状）无关。显然，第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度。由此，应引起同学们对第二宇宙速度、第三宇宙速度与环绕速度之间的关系进行思考。同学们也可以对人造地球卫星运转的相关物理量，如环绕速度。，轨道半径r，环绕周期T，以及向心加速度、角速度等之间的关系进行推导。
我国于2007年10月24日成功地发射了绕月探测器——嫦娥一号，请同学查阅相关的数据和资料，根据本节的知识，认识这一卫星发射的意义。
4.机械能和能源
课程标准对这一章的要求是：“举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。”这一章由6节内容组成：功，功率，动能和势能，动能定理，机械能守恒定律，能源的开发与利用。
(1)功
本节运用情景和初中已学的知识揭示了做功总是与能量的转化密切相关的；做功的过程就是能量转化的过程。但对功与能量之间的确定关系——功是能量转化的量度，却是由“大量的实验事实表明”的，是从实验得到的规律。
以力的方向与物体运动方向一致时，力对物体做功的计算法为基础，扩展到力的方向与物体运动方向相夹某一角度时功的计算方法。针对这一公式，从数学计算得出功的正、负，讨论力对物体做功的正负，讨论了功的正负的物理意义，也进而讨论了合力做功与分力做功的关系。这种讨论必须注意数学的计算结果与物理内涵的表达，不能将物理计算纯数学化。在这些讨论中，还需要思考功与能量转化的关系。
(2)功率
本节内容较难理解的部分是“功率、力和速度之间的关系”。对于各种交通工具而言，当车辆的发动机的功率为P、速度为v时，它的“牵引力”
，这里的“牵引力”是个等效的力，不能等同于我们在质点力学中通常所说的“力”，两者不能混淆。
从功率的定义可知，功是能量变化或转化的量度，而功率则是这种变化或转化的“速率”。
在本节中，还要注意与功率相关的几种名称，如额定功率、平均功率、瞬时功率、输入功率、输出功率等以及它们之间的区别；还要注意关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。
(3)动能与势能
教科书在推导动能公式时，是在恒力F作用下，物体作直线运动的特殊情况下得出的。实际上，这一公式对于在变力、曲线运动的一般情况下，
仍然成立，这对以后的应用是有用的。
重力势能
这一表达式，要注意物体的高度h是一个相对值，参考平面选择的不同，同一物体的重力势能的量值也不同，甚至可以是正值或负值。参考平面的选择视问题研究的方便而定。根据能量与功的关系，重力势能与重力做功密切相关，重力是地球与物体之间的相互作用力，所以，重力势能是地球与物体所组成的这个系统所共有的。
弹性势能不要求定量计算。弹性势能一方面与弹力所做的功密切相关，另一方面随弹簧的伸长（压缩）的量的变化而变化。弹性势能与重力势能一样，是弹力装置与受弹力作用的物体所组成的系统所共有的。
(4)动能定理
对动能定理在理解和应用时，要强调力是“外力”，而这个外力所做的功可正可负。而且，动能定理适用于变力和曲线运动的情况，因而在解决实际问题时有广泛的应用。动能定理也不涉及物体在运动过程中的加速度和运动的时间，这就为处理某些物体运动问题带来了方便，应很好地利用。运用动能定理可以使生活、生产中一些现象的解释更简明，教科书中图4-4-3，4-4-4，4-4-5就是这方面有一定典型性的例子，要引起同学们的注意。
(5)机械能守恒定律和能源的开发与利用
教科书中的机械能守恒定律不从功能原理推导得出，而是通过观察思考、实验探究得出，目的是为了降低难度。但必须对“大量事实表明”这句话引起足够的重视，因为物理定律的得出，绝不是单从一两个现象中概括得到的。因此教科书又加上了理性探究的内容，希望老师们能注意到编者的用意。
机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在机械运动范畴内的一种特殊形式。因此，从这一特殊推广到一般，引出能量守恒定律。但这里是简要的介绍，选修《物理3》系列的同学，在《物理3-3》选修模块中，将要更深入地讨论这一定律。
由于没有学习热力学第二定律，也没有学习熵增原理，能源的开发与利用不必讲原理，而着重关注科学发展、可持续发展、环境保护等观念，增强同学们的社会责任感。
5.经典力学的成就与局限性
课程标准对这一章的要求是：“初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响。初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识。通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。”这一章由3节内容构成：经典力学的成就与局限性、了解相对论、初识量子论。
(1)经典力学的成就与局限性
经典力学体系是时代的产物，不仅在当时，对科学技术的发展，对社会的进步起了无法估量的巨大影响，而且也是现代物理学和天文学的基础，是许多工程技术的理论基础。现代的航天、登月工程也是与伽利略的落体定律、牛顿的万有引力定律不可分割的。
随着人们认识自然、认识世界范围的扩大，经典力学显示出它的局限性；因而，经典力学只能在一定的范围内是适用的、正确的。此外，经典力学中蕴涵的科学思想和创立的科学方法，在今天还在显示着它的作用。
(2)了解相对论，初识量子论
对于20世纪初两个伟大的物理学成果，不能仅作新闻式的介绍，更不能作随意的解释和类比，力戒把物理科学庸俗化。
对于狭义相对论中的效应，必须讲清这是物体做高速运动时所产生的，而不是物体的物质结构发生的变化。
对于广义相对论的现象，可以介绍理论预言与实验和实践结果的一致，介绍理论思维的重要。
量子论是阐明微观世界物质运动规律的一种理论。这时，物质的运动规律与经典力学所描述物质的运动规律是不一致的。
三、《物理2》教师教学用书
新课改背景下的高中物理教学，要实现教学规范从“传递”到“对话”的转型。这种对话的一个重要内容，是师生与文本之间的“对话”。为了给使用本套教科书的广大教师和，同学提供这种对话的帮助，我们编撰了教师教学用书。
对每一章，有总的教学目标要求，这是对该章教学的宏观的目标阐述，使教师对整章内容的教学心中有数。本章结构是对整章内容内在联系的勾画，是对编者编写思路的介绍。
每一小节内容的分析和教学建议中，第一部分是具体的教学目标，根据高中物理课程标准的具体要求及三维目标确定。
情景说明既有对教科书中情景内容的阐释，也有对课堂教学中创设情景的建议。
教学过程的设计是物理课堂教学设计的重点和核心，充分展示了物理教师对物理学、物理教学的理解，对教育教学理论的具体运用，对新课改理念的体现。我们的“过程指导”仅属建议，是为物理教师的教学提供参考。
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