粤教版物理选修3-5碰撞与动量守恒教材分析与研究.doc

粤教版物理选修3-5碰撞与动量守恒教材分析与研究1. 前言2003年3月，教育部颁布了普通高中课程方案（实验），标志着新一轮高中物理课程改革全面启动。这是建国以来改革力度最大、投入最多、时间最紧的一次大规模基础教育课程改革，标志着我国新一轮高中物理教育改革进入了一个新的阶段。新的课程理念、新的教材、新的教学方式对传统的物理教学模式带来了严峻的挑战。2004年9月，依据课程标准编写的五套新教材正式在广东、山东、海南和宁夏四个省级实验区投入使用。教材是课程的重要载体，教材的质量和对教材的使用直接关系到能否提高教学质量。教材改革是课程改革的主要内容和主要成果，对教师的教和学生的学将产生重要影响。因此，对教材进行分析和研究是教师认识和理解新课程，有效地实施新课程的重要一环。但是，传统的教材分析存在着一定的局限性，不能适应和满足新课程的要求。在这种情况下，如何对新教材进行分析研究就成为新课程实施过程一个非常重要的课题。广东作为课程改革首批实验省份之一，也全面开展了普通高中新课程实验，大多数地区选择了粤教版教材1作为主要的教材。其一体化的教材设计理念，是一个有益的尝试，有利于实现信息技术与物理课程的整合，有利于促进教学方式的转变。作为粤教版物理教材的最后一本，选修3-5教材第一版在2005年底刚出版，绝大部分学校尚未开始教授，也尚无相关的理论分析，因此，对其教材分析才刚刚开始。针对这个问题，本文将尝试运用文献研究法、分析研究法、座谈访问法等教育科学研究方法，对其第一章碰撞与动量守恒（以下简称“本章教材” ）这一部分进行教材分析与研究，尝试让本论文对粤教版物理选修3-5教材的分析与研究，起到抛砖引玉的效果，欢迎广大教育工作者提出宝贵的意见和建议。需要说明的是，在新课程的理念下，教材的概念范围有了很大的扩充，绝不仅仅限于教科书。尽管如此，但不可否认的是，教科书依然是学生最主要的学习材料。因此，本文的分析将把焦点集中在对教科书的分析上，但出于叙述方便和读者阅读习惯的考虑， 仍将“教科书”说成“教材”，请读者留意，不便之处，敬请谅解。关于粤教版物理选修3-5教材碰撞与动量守恒一章使用情况，笔者向华南师范大学附属中学的叶正波老师作了比较详细的访谈，得到了很多宝贵的意见，并在其帮助下在该校部分高二学生中作了一次问卷调查；与此同时，笔者对人教社2003年版（以下简称“人教旧版” ）、2005年版（以下简称“人教新版” ）2、上海版3的相应教材进行了一定的分析研究，并与粤教版教材进行比较。下文将结合访谈调查内容和比较分析结果作适当探讨。2. 物理教材的分析依据做任何分析研究都必须有充足的依据，不能凭个人的主观臆断，必须建构于一定的教学理论基础。做物理教材分析也不例外，首先，物理教材不同于一般的专业论著，其编写是在物理教学目的的指导下完成的；其次，物理教材的内容是从物理学科的知识体系中挑选和提炼出来的，其编写必然要根据具体知识的地位及相互间的联系来进行；再次，物理教材是师生沟通的重要媒介，是学生物理知识的主要来源，其编写必然要与学生的认知规律相适应；此外，物理教材在不同的时期会有不同的功能定位，其编写必然会受到功能定位的制约。综上所述，进行物理教材分析，最基本的依据主要是这四个方面的内容：物理教学目的、物理学科的知识体系、学生的认知规律以及物理教材的功能定位。 普通高中物理课程标准（实验）（以下简称“课程标准” ）是国家教育部颁布的物理学科教育指导文件，是以上四个基本依据紧密结合的成果，也是教材编写的最直接依据，因此，自然也就成为了物理教材分析的直接依据。2.1 物理教材分析的基本依据2.1.1 高中物理教学目的（应该是教学目标）课程标准指出：“高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养。高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。”4因此， 在新课程的背景下，高中物理教学的目的主要有：第一，使学生获得物理学的基础知识、基本技能及其实际应用；第二，培养能力；第三，激发兴趣；第四，培养高尚品格。高中物理教学的目的是对高中物理教材进行分析的出发点。高中物理教学目的不同，教材分析的侧重点也将发生改变。在旧课程的背景下，高中物理教学的目的主要是让学生掌握系统的物理知识，虽然1996年颁布，2000年修订的全日制普通高中物理教学大纲（试用本）（以下简称“教学大纲” ）已经比较逐渐地强调能力培养和情感价值观培养，但均以知识技能的系统掌握为核心目标，因此教材分析的重点也是放在知识技能上。而在新课程的背景下，课程标准从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度规定了物理教学的目的，并把这三个维度放在了同等重要的地位。因此，把握好这三个维度的教学目的才能从总体上把握教材的方向。在进行高中物理教材分析的时候，应首先从这里着眼，分析教材在内容选择、程度要求及编写上如何体现这三个维度的教学目的。2.1.2 物理学科体系物理学在希腊文中原意是“自然的科学”，但随着科学的发展，各门独立的学科陆续形成，如化学、生物、天文、地质和各种工程学科等。因此现在物理学指的是研究物质运动最一般的规律及物质基本结构的学科，主要包括力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、固体物理学、近代物理学等。物理学的学科体系，就是指物理学按其自身发展所形成的知识内容和逻辑程序。它其主要子学科之间的结构如图1所示。图1 物理学科体系示意图从整个物理学科体系来看，可以分为两大部分。一部分是经典物理，它是由力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等部分所组成的知识系统。另一部分是近代物理，它是以相对论和量子力学为基础的知识系统。而现行高中物理课程主要选取经典物理部分的内容，加以少量近代物理内容。高中物理教材内容，尽管在初中物理教材内容的基础上有了根本性的提升，但依然是物理学科体系中的基础部分。因此，只有理解物理学科体系，才能居高临下地理解教材中某个部分知识内容，理清该部分教材的知识结构和与其它部分的联系。尽管2002年版的人教版教材已经开始设置了必修部分和选修部分两个模块，但模块化、系列化的课程结构依然是这次高中课程改革的最大特点。其中，对于选修系列3，课程标准指出，它“应侧重让学生较全面地学习物理学的基本内容，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。”因此，对选修3-5教材碰撞与动量守恒一章进行分析的时候，必须把握好碰撞与动量守恒在物理学科体系中所处的地位，尤其是选修3系列乃至选修3-5模块中的地位，深入分析其内容是否符合物理学科体系的逻辑，是否体现了物理思维的递进，是否有利于学生后继课程的学习。2.1.3 学生的认知规律高中生身心发展趋于成熟，社会接触面更广，社会交往更频繁，学习内容比初中生更复杂、更深刻，升学和就业的压力促使他们的社会化进程加速，对高中生的认知发展提出了更高的要求。在这种情况下，高中生的认知发展进入了一个新的阶段，形成了一系列新的特点。高中生认知结构的核心成分思维能力更加成熟，基本上完成了向理论思维的转化，抽象逻辑思维占了优势地位，辩证思维和创造思维有了很大的发展。认知活动的自觉性明显增强。观察力、有意识记能力、有意想象能力迅速发展，思维的目的性、方向性更明确，认知系统的自我评价和自我控制能力明显增强。下面结合问卷调查的情况，对高中学生对物理学习的认知规律进行一定的总结和分析。由于本次调查(什么时候作的,调查人数等细节要写清楚)是对华南师大附中这间省重点学校的高二年级学生进行调查，其结果不具有广泛的代表性，一、学生对物理学习难度的判断在新课程背景下，高中学生主要在高一年级完成必修1和必修2的学习，从高二开始进入分科学习阶段。在高二的物理学习中，学生普遍觉得相比于高一，物理科的难度没有降低，认为越来越难的学生和认为难度差不多的学生分别占到44.68%和47.87%，比较接近。二、学生对物理知识结构的体会经历了多个模块的物理学习之后，有43.62%认为所学的知识结构是比较清晰的，39.36%的学生认为自己仅仅知道少数知识点的联系，15.96%的学生认为没有什么逻辑性可言。这也是教材组织从逻辑性顺序向逻辑心理互补顺序转变的结果。三、学生对竞争压力的体验在竞争压力方面，预计调查结果会显示学生的竞争压力会比较大，但是，这次调查的结果显示，只有37.23%的学生认为竞争压力很大，这与预期值相去甚远，大部分（59.57%）学生能体验到竞争压力，但认为这对学习是一种促进，也有2.13%的学生认为几乎没有压力。从结果可以看出，竞争压力在学生的人之中是客观而普遍地存在的，但是，超过一半的学生可以做好心理调适，把压力变成动力。四、对学习成绩的看法作为教学过程的终结性评价，学习成绩在传统教学中扮演了极其重要的角色。而学生对学习成绩是比较看重的，大部分（61.70%）的学生认为学习成绩非常重要，31.91%的学生认为一般重要，只有6.38%的学生对学习成绩抱着无所谓的态度；在物理成绩对物理学习兴趣的影响上，62.77%的学生认为成绩对兴趣的确是有促进作用的，但是成绩不好也能及时地调整好自己的心态，而17.02%的学生认为影响非常大，19.15%的学生认为没有联系。2.1.4 物理教材的功能定位在传统的物理教学中，教材被视为“圣经”，是教学的唯一依据和标准。教材呈现的重点是知识点，对方法、过程、情感态度、价值观等信息的传递没有予以足够的重视，一笔带过，导致了教学中仅仅关注知识点的灌输，而忽视了科学方法、科学精神等的潜移默化。而新课程的理念认为，教材仅仅起到范例的作用。也就是说，教材为教学提供了培养学生科学素养提供一种范例，为师生的对话提出了相应的话题。与此同时，教材不再是学生知识的唯一来源，而只是基本知识的传送载体。可见，新课程教材能提供的只是有限的教学资源。在充分认识物理教材的功能定位后，进行教材分析，可以发现现行教材的不足，对教材的内容进行重新组合；可以分清教材提供的资源能否满足需要，是否还需增加其他资源。2.2 物理教材分析的直接依据课程标准课程标准是教材编写、教学、评估与教材分析最直接的依据，它规定了高中阶段物理课程的具体目标和内容标准，提出了面向全体学生的基本学习要求。 课程标准是以上四个基本依据紧密结合的成果，也是教材编写的最直接依据，因此，自然也就成为了物理教材分析的直接依据。课程标准提出了三维课程具体目标：“知识与技能”，“过程与方法”，“情感态度与价值观”，并定义了一系列的动词作为具体的行为目标，同时还把这三维要求在各个主题内容中予以具体化。这是对教学大纲的一大改进。因此，分析教材，就必须在理解新课程精神和理念的基础上，挖掘新课程标准提出的三维目标在新教材中的体现，分析新课程标准给出的具体目标内容是否在新教材中予以合理的设置与呈现，探讨新课程标准提出的教学建议是否在新教材中予以运用。3本章教材的具体分析教材的分析依据提供了对本章教材进行分析的基本视角。基于上述的分析依据，本部分侧重从以下三个方面对本章内容作具体分析：首先总结“动量”知识5，明确其地位和作用，然后根据课程标准的要求，对本章内容进行三维目标分析，最后分别根据本章内容和学生心理特点，明确教学中的重点和难点。3.1 “动量”知识的地位3.1.1 动量概念的地位早在牛顿运动定律建立以前，人们为了量度机械运动的“运动量”，就引入了动量的概念，这首先是在伽利略研究打击、碰撞问题时提出的。后来笛卡尔初步总结了碰撞规律，提出了动量守恒的思想，认识到动量是质量和速度的乘积，但没有揭示其矢量性；惠更斯、马略特纠正了笛卡儿结论中的缺陷，并正式建立了动量守恒定律；牛顿研究第二定律最初就是用动量概念来表达的，其数学形式为即物体所受的外力等于其动量的变化率，力的方向与动量变化的方向一致。动量和能量一样，也是用来描述物体运动状态的物理量。在一定的条件下，它们都具有守恒的性质，即无论是动量还是能量都不能凭空地产生或者被消灭，而只能通过物体间的相互作用而进行传递和交换。动能的特点是专门用来量度与其他运动形式转化时的机械运动的，而动量只能在同一水平面上的机械运动相互转换时用来量度机械运动。因此，动量是物理学科体系中的一个重要概念。3.1.2 动量定理和动量守恒定律的地位就像动能定理一样，动量定理也可以通过牛顿第二运动定律推导出来，但不能把它简单地看作牛顿运动定律的一个推论：牛顿第二定律所描述的是力的瞬时作用规律，而动量定理所描述的是力对时间的积累作用规律。动量定理的表达式为它表明外力在一段时间里对物体的持续作用所获得的效果，即力在时间上的累积效应。当合外力= 0时，= C，即为动量守恒定律，不论对一个质点还是对质点组，只要满足合外力为零的条件，那么，系统的总动量总是不变的。动量定理和动量守恒定律是力学中的重要规律，它比牛顿运动定律具有更大的普遍性，牛顿运动定律不适用的领域，例如微观粒子方面，动量定理和动量守恒定律仍然是适用的。此外，在研究碰撞和反冲问题时，利用动量定理和动量守恒定律要比运用牛顿运动定律方便得多，不必详细研究整个运动过程，只需要比较运动过程的初状态和末状态就可以了，而不必去考虑相互作用过程中复杂的细节，给解决问题带来了很大的方便。无论在日常生活、生产中，还是在学习物理学其他部分以及高能物理等领域的科学研究中，动量定理和动量守恒定律都有着重要的作用。综上所述，动量定理和动量守恒定律是物理学科体系中的重要规律。3.1.3 本章教材的地位“动量”知识在物理学科体系中有着相当重要的地位，因此，高中物理教材一直把它编在里面，从人教版1996年版教材开始，它被专门安排成一章动量，并且放在牛顿运动定律、机械能后面，使学生在教学中能比较深入地讨论碰撞问题，掌握解决动力学问题的简便方法。在新课程改革的背景下，本章的地位有所拓展。在课程标准中，“动量”知识被安排在选修3-5模块之中。由于学生在此之前接触的内容基本上都是属于经典物理，而选修3-5模块中其余知识则属于微观粒子内容。其中，波粒二象性作为从经典过渡到量子的一个中介，而“碰撞”又是粒子性的一个典型特征；原子核结构是利用粒子碰撞的方法研究得到的，而动量守恒定律又是研究微观粒子所必需的知识。因此，“动量”知识需要在学习波粒二象性、原子结构和原子核内容之前学习。可见，“动量”知识除了传统观念上在物理学科体系中的地位之外，还强化了在从经典过渡到量子过程中的“承上启下”的作用。在访谈中，学生对“动量”知识的重要性也有明确的认识；问卷调查的结果也验证了这一点：65.96%的学生认为“动量”知识在高中物理的学习中是很重要的，31.91%的学生认为其只是一个有机的组成部分，只有2.13%的学生认为其不重要。3.2 本章内容的三维目标分析高中物理新课程在课程目标上注重提高全体学生的科学素养。按科学素养的分类，物理课程中的科学素养包括：物理知识与技能、物理方法、物理能力、物理思想和物理科学品质。6契合这个目标，课程标准分别从“知识与技能”、“过程与方法”以及“情感态度价值观”三个维度提出了课程目标，这三维目标也是教材编写中隐含的一条线索。在课程标准中，“碰撞与动量守恒”是选修3-5模块中的二级主题，其要求为7“1内容标准（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律，能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐统一。2活动建议制作水火箭”3.2.1 知识与技能的分析掌握基本的知识和技能是学生获得发展的基础，在知识与技能的具体目标中，课程标准要求让学生掌握物理学的核心概念，掌握物理学研究的基本技能，了解物理学的发展史、成就和对社会发展影响，关注物理学与其它学科之间的渗透。在问卷调查中，相比于其他两个目标，有60.64%的学生认为经过本章的学习后，自己在“知识与技能”方面提高最快、感受最深。一、知识内容体系的分析物理知识包括物理概念、物理规律和物理理论，本章知识主要涉及了动量概念、动量定理和动量守恒定律。基于这些知识，本章设置了“物体的碰撞”、“动量 动量守恒定律”、“动量守恒定律在碰撞中的应用”、“反冲运动”和“自然界中的守恒定律”五个小节，其知识结构如图3所示：图3 本章知识结构图8根据这个知识结构，对本章知识的内容体系进行具体分析：第一步，研究物体的碰撞，让学生对其过程和特点形成初步了解，建立基本模型，有利于学生更好地跨越从实际现象到科学探究的门槛。首先，展示历史上从马尔西到伽利略、牛顿等科学家对碰撞实验的研究过程，让学生形成对碰撞与动量联系和对动量守恒定律的初步印象。然后，列举丰富的生活实例，让学生意识到碰撞在自己身边到处可见。接着，通过台球碰撞的例子介绍正碰、斜碰两个概念，并结合火车碰撞相连的例子介绍碰撞后分开与否的两种情况，让学生初步建立不同碰撞的模型。最后，从不同碰撞中总结出碰撞的基本特点，并通过一个设计巧妙的实验探究活动，从不同弹性的物体间的碰撞情况，总结出碰撞中能量的变化及规律，让学生明确弹性碰撞与非弹性碰撞的区别，从而为接下来的科学探究过程提供了必要的模型准备。第二步，研究动量及其改变规律动量定理，让学生顺利接受动量这一个新的描述运动的物理量，并对其改变情况形成初步印象。首先，从鸡蛋落地的不同结果过渡到砝码落地的不同受力，让学生形成探究实验的情景。然后，展示实验中力传感器记录结果，并结合一定的提示给出动量定理，让学生在体验传感器技术成果的过程中形成冲量、动量的概念，并初步了解动量定理。最后，列举两个通过改变作用时间而改变作用力的例子，让学生加深对动量定理的理解。第三步，探究一维碰撞中的动量守恒定律，让学生在掌握这一定律的同时，获得在技能方面乃至在另外两个维度上的提高。首先，在动量定理的基础上，对学生关于动量守恒的猜想作一定的提示和引导。然后，设置“实验与探究”环节，对学生开展实验探究活动提供相应的指导，让学生在实验中亲自比较和总结出动量守恒，形成一定的理性认识。最后，对动量守恒定律进行总结，规范和强化学生的理解。第四步，通过对碰撞问题的实际分析，展示对其进行分析的方法和过程，让学生体会动量守恒定律的优点，清楚地认识到应用动量守恒定律解决问题会比牛顿运动定律更简捷、更方便，进而培养学生应用动量守恒定律解决实际问题的习惯，帮助学生提高分析问题的能力。首先，通过一道溜冰者碰撞的例题，展示对此类问题进行分析、求解的一般步骤，并进行理论总结，让学生留下比较深的印象。然后，过渡到粒子碰撞的例题，结合了动量守恒定律和动能守恒，把分析提高了一个档次，让学生为综合题的分析研究打下良好的基础。最后，把运用动量守恒定律和运用牛顿运动定律两种解题方法进行间要的对比，让学生再次明确前者的优点。第五步，研究反冲运动及其例题，让学生在了解反冲运动的基础上，深化对动量守恒定律实际应用的理解，提高解决实际问题的能力。 首先，列举生活中反冲运动的例子，总结反冲运动的特征及其动量守恒的特点，让学生构筑反冲运动的模型。然后，通过手雷爆炸的例题，让学生了解反冲运动中的动量守恒。最后，通过火箭喷气的例题，介绍火箭在我国的发展，让学生在强化印象的同时，接受一次爱国主义教育。第六步，介绍自然界中的守恒定律，让学生从千变万化的物理现象中，找出它们共同具有的不变因素或特征，再从守恒与对称的关系中去认识守恒的美。从以上的分析可以看出，本章的体系结构主体上是逻辑顺序结构，知识内容是按“动量”知识的体系结构展开的：由建构模型到动量概念，再到动量定理、动量守恒定律，最后是应用和升华。这种逻辑顺序也是学生往后利用动量守恒定律解决实际问题的一般思路，有利于学生通过简单的总结和练习，就可以直接建立知识的基本结构，并且形成良好的思考习惯。与此同时，各小节的安排，又充分地考虑了学生的心理特点和认知习惯，基本上遵循以下思路：先引导学生从生活现象出发进行发散思考，再进行探究活动，最后得出结论。每一节内容都是以学习过的知识作为新知识的铺垫，而新知识又在初始认识水平上略有提高和改进，这能够激发学生的求知欲，促使学生进行有意义的学习，在比较轻松、循序渐进的学习过程中，掌握知识技能、体验过程方法、培养情感态度与价值观。从知识内容上说，本章教材基本实现了逻辑顺序与心理顺序的统一，在学生的学习中能起到积极的促进作用。与之相对应的是，人教版2005版和上海版相应教材的知识结构与之有比较大的区别，这将在下一节中作进一步的分析。对于本章教材的思路，学生的反应是褒贬不一，有34.04%的学生是喜欢的，25.53%的学生是不喜欢的，不过更多的是说不清楚，占40.43%。二、技能训练的分析物理技能包括解决具体物理问题的经验性操作活动方式（如仪器使用技能、实验操作技能等）和心智活动方式（受力分析技能、状态分析技能等）。（一）训练经验性操作活动方式的分析经验性操作活动方式主要包括仪器使用技能和实验操作技能。两种技能均可以在物理实验中被训练，但是在传统的高中物理教学中，这向来是一个薄弱环节。而在本章教材中，从课堂实验到课外活动，都对两种技能的训练加以着重。在课堂实验方面，本章教材设置了两个“实验与探究”环节，分别对弹性碰撞和非弹性碰撞以及对动量守恒定律进行实验探究，着重对学生的仪器使用技能和实验操作技能进行训练。首先，在探究动量守恒定律的实验中，要求学生使用气垫导轨和光电计时器进行实验。这套器材在探究牛顿第二定律的实验中初次使用，此处再次出现，可以让学生继续训练器材的使用技能和实验的操作技能，如导轨水平状态的调节、光电计时器的检查，读数的注意事项等，并在此基础上加深对实验器材原理的理解，从而培养运用这套器材进行实验的能力。其次，在探究弹性碰撞与非弹性碰撞的实验中，要求学生寻找简单的实验器材进行相对规范的操作，主要起到了训练操作技能的效果。它占用时间不多，却在实际操作中锻炼了学生的动手能力。不过，在访谈中，华南师大附中的叶正波老师指出，实验器材虽然简单，但存在配备困难的缺点；也有学生提出把弹性球套上布套进行实验的话，对其形变不能完全恢复的说法难以理解，这方面的问题，还留待进一步的讨论。此外，在引入动量和动量定理的时候，教材使用的是观察力传感器实验图象的方法，有条件的学校在教学中也可以采取分组实验的形式进行力传感器实验。这也能起到训练学生对新型实验器材的使用技能和操作技能的作用。在课外活动方面，本章教材同样安排了两个活动：一个是选取不同碰撞物做碰撞实验，另一个是水火箭的制作。前者要求学生寻找不同的碰撞物，做碰撞实验，再总结影响其运动状态变化的因素，对学生实验操作能力的训练是一个很好的补充；后者在必修2里面曾出现的基础上，可以进一步训练学生的动手能力。这两个课外活动，一方面实验仪器便宜，而且容易找到，让学生觉得实验的难度不大，乐意去做。另一方面又有一定的趣味性，让学生对课题感兴趣，激发他们动手实践的热情，利用课外时间提高实验操作技能。课内教学中实验的设置与课外实践活动的开展，相互相承：课内通过课堂小型实验与大型探究实验，教给学生一定的仪器操作方法和技巧，并在老师的指导下，学习一定的实验方法；课外的实践活动，则给予学生空间与时间，让学生运用课内所学的知识与实验方法，自主地动手实践，进一步巩固与提高课操作技能。相关研究发现，传统物理课堂实验设计比较严谨、具体，对操作技能要求很高，课外活动的指导又比较少，而高考的实验考试均是笔试，这些情况决定了其不利于激发学生兴趣，发掘其动手操作能力。鉴于这种情况，本章教材设置了较多的课堂实验和课外活动，这将有利于发掘学生动手能力，增强其自信心，激发其学习热情，从而促进其科学素养的提高。此外，实验操作技能，与学生物理成绩的高低无关，不同学校的学生在操作技能上也并无显著差异。9本章教材设置的实验活动，也将给成绩相对较低的学生一个新的发展空间，从而最终促进其发展。（二）心智活动方式心智活动方式主要包括受力分析技能、状态分析技能。这两种技能的训练除了需要不断重复来强化之外，还需要及时地分类总结。考虑在选修系列之前必修1、必修2模块中，乃至义务教育阶段的学习中，学生对基本的受力情况分析已经比较熟练了，结合利用动量守恒定律解题的需要，本章教材把受力分析的内容提高了一个档次：首先，需要判断某个力能否忽略。发生碰撞的物体间相互作用力峰值很大，可以把其它外力忽略不计，这就要求学生在受力分析的基础上，理解忽略其它外力的合理性和作用。这部分内容在教材给出碰撞特点的时候有阐述。其次，需要判断某个方向的受力情况。发生碰撞的物体有时候在一个方向上不受外力的作用，动量守恒，这就要求学生在受力分析的基础上，理解这种处理的思路和好处，这部分内容在教材中被设置在第四节的例1中。在受力分析的基础上，本章教材对心智活动方式的训练重点在状态分析上面。“动量”知识很多情况下都是与物体碰撞和反冲联系在一起的，因此，理解动量概念、动量定理和动量守恒定律，利用动量定理和动量守恒定律解题，最重要的前提是理解好物体在碰撞或反冲过程中的状态情况。为了让学生理解好碰撞过程的状态特点，本章教材专门设置了“物体的碰撞”作为第一节，在紧接着的配套练习1中又让学生对弹开实验进行思考，从与学生的访谈中，笔者发现，这种设计能让学生能在充分理解物理过程的基础上，进行第二节“动量 动量守恒定律”这一重点、难点的学习与探究，从而降低了学生从具体过程到理论总结的第一级台阶，相当于起到分散难度的作用。问卷调查结果也显示，56.38%的学生认为第一节教材在这方面所发挥的作用是最大的，只有7.45%的学生认为其没有什么可取的地方，可有可无。此外，在教材中也有多处分析了碰撞或反冲过程中的各种具体情况：如紧接着动量定理的缓冲过程分析、第四节例2的解题分析等等。这对帮助学生的理解，降低其思维跳跃幅度，形成循序渐进的思考习惯，无疑是大有裨益的。 三、物理发展史、成就和对社会发展影响的分析物理发展史、成就和对社会发展影响的内容渗透于知识内容当中，有利于学生了解物理学的发展历程以及对社会的贡献，从而对物理知识的学习、对物理研究方法的掌握和对物理热情的培养都有积极作用。在利用这几个因素的方式上，本章教材一般是综合介绍这几方面内容的，如引入碰撞的时候就是这样：利用历史上对碰撞问题的研究历程，并突出近代科学家在利用碰撞原理进行粒子研究方面的成就，总结了其对社会的影响；又如介绍火箭这一动量守恒定律的典型应用中，先简单介绍我国利用火箭的历史，再阐述我国当代火箭运载飞船的发展成就，最后也不忘总结其社会影响。这些内容对三维目标的实现都是一个很好的补充。四、物理学科内综合与学科间渗透的分析对于高中物理课程来说，尽管为了建立相应的学科体系而实行分科教学，但学科内、学科间的综合思维和迁移能力，依然不容忽视。高考中也设置了“综合测试”，对学生在六个科目之间的综合能力进行评估。为此，课程标准同样强调关注物理学与其他学科之间的联系。相应地，本章教材也同样体现了这个要求。首先，利用动量守恒定律解决的题目在高考中多放在最后一题，这就说明了“动量”作为高中物理中对知识技能要求比较高的内容，本身就是对运动学知识的一次综合。这从学生普遍反映的“教材内容很简单，习题就很难做”的意见也可见一斑。其次，高中物理的两大守恒定律机械能守恒定律和动量守恒定律的结合，体现在弹性碰撞的过程当中，因此，教材中同样在第三节的例2引入了以发现中子的历史为基础的例题，要求学生通过两大定律的方程联立计算中子质量。在实际教学当中，学生在访谈中反映联立解题过程中的数学计算难度太大，与例1的难度相差太大。这其实也反映了两大定律结合后，对学生能力的确是一个考验。再次，由于动量守恒定律的应用很少能用在其他学科当中，因此本章教材中涉及应用的综合不多，但是也设置了单独的一节“自然界中的守恒定律”来讲述守恒定律的不变性和对称美，说明了“守恒”这个物理概念和“对称”这个美学概念，“是紧密地联系在一起的。”“三大守恒定律乃是物质世界和谐性最完美的体现。”10有学生在访谈中提到，这一部分内容“让我有一种畅快淋漓的感觉，觉得之前学过的知识都被统一起来了，物理在我面前清晰了很多。”问卷调查的结果证明这种说法代表了一部分学生的感受，有38.30%的学生认为这一节对自己的物理学习是有帮助的，当然，超过50%（52.13%）的学生对这一节没有留下什么深刻印象，只有7.45%的学生认为其内容与考试无关，对自己的学习没有任何帮助。学科内综合与学科渗透，一方面，从心理学角度来看，综合性的知识，与学生固有知识存在一定偏差，反而更加激发了学生继续深入研究的兴趣，使得物理学习更显趣味性；另一方面，从方法论角度看，对综合性知识的分析，也向学生传递着综合思维和迁移能力。因此，它能更改学生分科思维，引导其综合思考，帮助其形成正确的科学观念。3.2.2 过程与方法的分析在过程与方法的具体目标中，课程标准强调了对学生科学探究能力的培养，对学生自主学习能力的培养，对学生实践能力的培养以及对学生解决问题能力的培养。11以上各种物理能力的基本要素其实就是物理知识和物理技能：对知识深刻理解和对技能熟练运用，从而形成知识与技能的广泛迁移，即培养成为能力。而这个迁移过程，是和学生在学习中的相关行为联系在一起的。也就是说，要培养某种能力，就必须经历相关的过程。因此，学生经历培养某种能力所对应的一个过程，本身就成为了学习目标之一。与此同时，掌握物理方法对物理能力的培养又具有积极的作用，但是，物理方法具有较高的概括性和广泛的适用性，其迁移过程比知识技能的掌握具有更大的跨度，因此，物理方法的掌握，同样需要经历一定的过程才能实现。在问卷调查中，相比于其他两个目标，有26.60%的学生认为经过本章的学习后，自己在“过程与方法”方面提高最快、感受最深。一、学生学习过程的分析研究表明，学生对科学研究过程和方法的理解靠“听”是不可能获得的，没有“做”的探究活动，学生的学习不可能真正发生。12传统的物理课程过于重视知识本身的系统传授，忽视了对知识形成过程的精心阐述，从而导致学生把学习过程看成无需智慧努力，只需听讲、记忆和模仿就能掌握知识的简单过程。为了改变这种情况，课程标准把“科学探究及物理实验能力要求”作为内容标准的一个大部分，把科学探究过程放在学生学习过程中的最主要位置，转变过去两者对立的情况，把两者从根本上统一起来。从学生的角度来说，科学探究是一种学习方式，学生在科学探究活动中，通过经历和科学工作者进行科学研究时的相似过程，学习物理知识和技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。课程标准提出了科学探究的七个要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。可见，科学探究的方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握和对各探究要素意义的认识，都有一个系统学习和不断加深理解的过程，同样也是物理教学中的重要内容。为了体现科学探究过程和学生学习过程的统一，本章教材设置了各种形式的科学探究活动。（一）通过设置“讨论与交流”环节体现科学探究过程的分析在课堂学习内容中，教材在每一章节都恰到好处地设置了“讨论与交流”环节，承上启下地提出了一系列的问题，要求学生通过讨论解决，从而把思考的空间留给学生。本章教材共设置了五个“讨论与交流”环节，均为“承上型”的设置，要求学生在前文掌握一定知识的基础上，对提出的问题进行讨论和交流。其中，讨论鸡蛋互撞结果这一环节的设置更多的是为了引起学生的讨论，激发他们的兴趣；而随后的两个环节实际上是对例题的扩充，而引入划船情景还起到扩充反冲运动的作用；讨论名画瑕疵的环节能起到复习能量守恒定律的作用，还能作一定的鉴赏训练；而最后的环节主要想让学生回顾一下自己对物理的感受，进一步培养学生的物理思想。可见，“讨论与交流”环节的设置各有各的用意，但它们相同的是，都是为了加强课堂互动，让学生通过独立思考、分析以及与同学的讨论，自己得出结论，并从中体验合作学习的重要意义。值得提出的是，“讨论与交流”环节中的问题与实验探究、理论探究部分所给出的问题是有所不同的，前者是基于学生已经学过的知识来建构的，跨度不大，又或者比较多地起到形成疑问，激发学习兴趣目的，而后者主要是为了进行后面的步骤服务的。不过在教学中也可以采取灵活的方式，淡化这一条界线，充分开发“讨论与研究”环节的资源。（二）通过课堂探究实验显现科学探究过程的分析在一次对广东实验中学和广州市第47中学高一年级的调查结果显示13：过半数学生对物理探究性学习兴趣是比较浓厚的，有厌恶情绪的仅为5.9。深入分析学生对探究性学习的意见，学生对探究性学习产生厌恶情绪主要是由于探究任务难度过大，与学生认识水平不相适应而引发心理抵触的原因。如果在课堂上进行探究实验也是严格按课程标准给出的7个探究要素，一步一步进行，不仅时间不允许，而且难度也相对过大，这也是部分学生对此产生厌恶情绪的一个原因。考虑到这个问题，本章教材的探究实验学习均采取“部分探究性学习”的形式，即只要求学生完成科学探究七个要素中的几个，其余步骤由教材全部给出，或对几个要素设计适当简明的提示。这种形式能在充分考虑教学条件和师生情况的基础上，结合具体探究内容，侧重对学生进行相应几个要素的培养，从而保证学生不至于无从下手，利于学生集中思维各个击破，保证探究实验学习的质和量。下面以教材中两个“实验与探究”环节及一个“观察与思考”环节所涉及的三个探究实验为例进行具体分析。1探究弹性碰撞和非弹性碰撞（教材第4页）在这个实验中，教材首先为学生完成提出问题的步骤，但没有给出猜想与假设的步骤，给教师和学生在探究实验中留下足够的发挥空间，接着还完成了制定计划与设计实验步骤的具体实验步骤设计部分，即给出具体、清晰的实验步骤，而对于在实验中需要观察、记录的现象，就结合分析与论证步骤，给出进行分析的简明提示。要求学生在完成猜想与假设的基础上，对实验现象的观察、记录作预想，继而进行实验与收集数据，在一定提示下完成分析与论证，并进行评估、交流与合作。本实验的设置目的在于引导学生通过观察摆球极限高度的差异，并作相应的分析，从中总结出弹性碰撞和非弹性碰撞的区别，因此，在设计上，首先，着重让学生通过对问题的猜想与假设，乃至对教材给出提示的思考与分析，来明确实验的目的，制定完整的实验方案，从而达到培养物理方法与能力，激发学习兴趣的目的；然后，要求学生亲自动手来进行实验，或者对演示实验进行观察，从而达到训练其实验操作技能或实验观察能力的目的；接着让学生在提示下进行分析与论证，既降低了难度，又培养了学生良好的思维习惯；最后，把评估、交流与合作两个步骤留给教师进行取舍，也留下了选择继续开发教学资源还是节约时间的空间。2探究动量守恒定律（教材第7页）在这个实验中，教材首先为学生完成提出问题、假设问题答案的步骤，学生自然要在此基础上对实验结果进行一定的猜测，从而落实实验的目的和实验中的待测量，再结合教材给出的比较详细的实验器材和实验步骤，就可以制定出实验方案了。然后就可以进行接下来的步骤了。在进行分析与论证这一步骤的时候，教材还给出了简明清晰的提示，以引导学生更好地进行分析论证。本实验的设置目的在于引导学生通过观察、记录不同情况下滑块的速度变化情况，探究动量守恒定律，因此，在设计上突出实验器材和实验步骤，尤其是实验步骤部分虽然内容不多，但是涉及了六个不同的小实验，全面地反映了不同碰撞下速度的变化情况，让学生在实验过程中能够对动量守恒定律及其普遍性有所了解，进行实验操作技能训练和迁移，培养全面考虑的思维习惯。值得注意的是，根据问卷调查结果的显示，作为本章教材的最重要的探究性实验，学生在学习过程中大多（64.89%）把它看成一个验证性的实验，只有29.79%的学生认为其符合探究精神，有极少数（2.13%）的学生甚至认为这个实验没有设置的必要。这固然与学生预习意识比较强有一定的关系，但是也提醒我们不要把探究性实验变成验证性实验。以上两个探究实验的教材设计都没有完整地再现探究的全过程，但这样的安排，不仅大大地节约了时间，保证有充足的时间留给学生猜想、操作和交流；而且留给学生完成的步骤都是该探究实验中较重要也最需要学生掌握的步骤，起到比较好的效果。比较两个实验可以发现，它们的教材设计所侧重的步骤是不同的，前者主要突出对实验原理的猜想和理解，以及对现象的分析与论证；而后者就着重引导学生进行实验设计尤其是实验步骤的设计。3探究动量定理（教材第6页）在这个实验中，教材在简单提示问题、介绍实验情景之后，直接给出了力传感器的实验图象，要求学生根据教材和教师的提示，对比两次碰撞的F-t图线，归纳出动量定理的雏形，为下面学习动量定理打下基础。对于这部分的重要性，叶正波老师也指出：“对于这一部分的处理，在教学中要讲细讲透，尽可能地把整个探究过程呈现给学生，如果有条件的话还可以进行分组实验。F-t图线中是有很丰富的信息的，要一步步地引导学生去筛选和处理信息。”本实验完全跳出了一般探究实验的框架，直接给出了实验结果，让学生进行分析与论证，对实验数据进行分析处理，从而尝试得出结论，并对实验结果进行解释和描述。虽然实验结果只有一幅F-t图线，但实际上里面蕴含的信息是非常丰富的：首先，图线的界面是基于力传感器实验的软件处理界面，能激发学生对传感器实验这一新型实验方式的兴趣，加深学生对此的了解；然后，在图线上方给出图线所反映的碰撞时间和碰撞力峰值的数据，引导学生进行分析，降低学生读图的难度；然后， 在图线右方利用软件的数据积分功能，显示图线的面积，引导已经从牛顿第二定律进行推导的学生总结：两次碰撞中碰撞力对碰撞时间的积分结果在误差允许范围内是相等的。从学生的理解难度来说，问卷调查显示，有34.23%的学生不需要教师的讲解就能理解，47.87%的学生在老师的讲解下已经能够理解，加起来超过80%，只有12.77%的学生还不能理解。在传统的实验教学中，实验的性质基本上属于验证行实验，学生在实验之前已经知道结论了，而且通过对实验原理的预习，学生对实验中将出现的现象和得到的数据都已经胸有成竹了，缺乏对实验现象和数据进行分析论证的训练和迁移。而本章教材在此处的设计突出重点，让学生重点经历分析与论证的步骤，对学生形成知识与技能迁移，提高物理能力，是大有好处的。通观粤教版物理教材，这种新颖的设计模式还是很少见的，可以作进一步的推广和论证。（三）通过物理史实介绍呈现科学探究过程的分析在教材中对物理史实进行描述，利用文字和插图呈现物理规律发现的过程，同样可以体现科学探究过程。从另外一个角度来说，探究实验一般在一个课时内按七个步骤来完成，只能让学生初步经历科学探究过程，而不能完全体验到科学家进行科学研究的艰辛，而通过介绍物理史实的方式，不仅能原汁原味地呈现科学研究的整个过程，而且对探究实验也是一个很好的补充。本章教材在一开始就介绍了科学家研究碰撞问题“从最初对一些现象尚无法作出解释，到逐渐归纳成系统的理论，总结出碰撞的规律，直至明确提出云动量守恒的基本思想”14的过程和思路，再介绍碰撞规律在现代微观粒子研究中的应用，其中还插入“马尔西的碰撞实验”的图片，让学生随着教材文字和图片的描述，虚拟参与了物理知识的发现过程，体味科学发现的奇妙与乐趣。同时，也让学生充分认识到历史上科学家对碰撞问题的重视，认识到科学研究的发展是需要较长时间甚至是几代人的不断努力的。此外，向学生展示科学探索发现的过程，也可以教给了学生物理思考的方法。（四）通过理论推导探究进行科学探究活动的分析物理中的部分公式，并非通过实验得出，而是立足于已有的物理公式和规律，经过严密的逻辑推理和运算得出来的。因此，在教材中，不仅要把实验发现规律的过程教给学生，还同样要把物理逻辑推理的过程教给学生。从学生的角度来说，经历理论推导的探究过程，将使记忆更为清晰牢固，思维向更高的阶段发展。动量定理和动量守恒定律同样可以由牛顿第二定律推导出来，在本章教材中，没有直接给出由牛顿第二定律推导动量定理的整个过程，而是在第6页的内容中，通过结合实验的情景，用简明的文字“如果把碰撞过程中的理近似看成恒力，设碰撞前法码的速度为v0，碰撞速度为零，根据牛顿第二定律，两次碰撞中力F与作用时间t的乘积是否应该相等？”15 给予学生提示，逐步推导出两次碰撞中F与t乘积相等的结论。这个过程并没有严格按照理论探究的步骤去做，而是与实验探究相结合，相得益彰。从理论探究的角度来说，探究实验的存在可以从实践上检验理论推导的正误；从实验探究的角度来说，理论推导的存在是对实验的一个指导。两者紧密结合，对培养学生理论联系实际的科学研究品格也有重要的作用。（五）通过各种课外任务迁移科学探究活动的分析在本章教材中，通过设置“实践与拓展”、“资料活页”、“我们的网站”和“练习”四个环节供课外选用，给学生开展课外的科学探究提供了广阔的空间和理想的平台。通观教材中这四个环节所呈现的过程性质，可以分为动手型的任务、调查型的任务和知识巩固型的任务。1动手性的实践拓展任务在“实践与拓展”和“习题”环节中，教材设置了一个小型猜想任务、一个科技制作任务和两个实验设计任务，尤其是两个实验设计任务，分别要求学生设计实验方案，测量某种冲力的大小和利用反冲原理设计小实验。任务的布置不比课堂探究实验的内容，是没有给出具体的实施步骤的，这就需要学生运用课堂上学到的知识，来根据任务中提供的情景设计实验。这种考察学生思维的题目，培养了学生的物理思想，能进一步促进学生物理知识和技能向物理能力的迁移。2调查性的实践任务在教材第二节“练习”环节第5题、第四节的“练习”环节第4题和第五节的“练习”环节中，教材布置了两个查找资料的任务，分别了解反冲运动在现实生活中的应用和物理学中除了守恒与对称外的其他美的表现形式。同时，教材设置了“资料活页”、“我们的网站”两种环节，帮助有兴趣拓展知识面的学生提供学习的方便，而让学生查阅这些资料实际上也是调查的一个过程。调查性实践任务的设置，能帮助学生拓展课外知识，以形成自己的知识网络。在完成任务的过程中，实际上也培养了学生寻找