中学物理课程标准与教材分析 课件 第8章 普通高中物理教材解析

主编：姚建欣田春凤彭征中学物理课程标准与教材分析08普通高中物理教材解析第一节高中教材整体分析普通高中教材的基本特征我国现行高中物理教材根据2017年教育部发布的《普通高中物理课程标准(2017年版)》编写。2019年秋季开始，全国部分省市开始使用这批新教材。促进学生核心素养的发展是这批教材最显著的特点。各版本高中物理教材通过多种方式加强物理学科核心素养的培养。让学生能全面学习物理知识与技能，进一步了解物理学的思想和方法。同时认识到物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。普通高中教材的基本特征核心素养四个方面在物理教育中是一个有机的整体，不能完全分离。物理观念的教学会涉及科学思维的训练、科学探究的应用和科学态度的培养。教材设计中注意这四个方面的综合设计。不会过于偏重某一方面而忽视其他方面。新教材从"大纲时代"迈向"课标时代"。课程理念从知识本位转向素养本位。科学思维态度与责任物理观念科学探究学科核心素养关系图物理观念的建立物理观念是物理学科核心素养的重要组成部分。物理观念主要包括：物质观念、运动与相互作用观念、能量观念。注意物理概念和规律的准确学习、深度理解和灵活应用，并将其与核心概念建立联系，适时整合提升，形成物理观念。例如：在引导学生理解瞬时速度时，教材先提出问题引发思考。再通过引入"极限"思维，帮助学生建立瞬时速度的概念。最后明确平均速度、瞬时速度、速度、加速度等的关联。科学思维的培养科学思维是近年来国际物理教育研究的重要领域。普通高中物理课程重点关注：建构物理模型、推理论证、质疑创新。各版本教材给学生提供了大量的科学模型，并展示建构过程。教材注重引导学生应用推理和论证进行学习。类比推理（库仑定律）、演绎推理（动能表达式）、归纳推理（楞次定律）教材打破陈述为主的编写方式，通过提出问题、创设情境等方式引发学生思考。科学探究的设计教材强调让学生主动参与发现问题和解决问题的过程。突出科学探究的本质，而不仅仅是形式。教材往往采取以问题为引导、设计专门实验探究等策略。在引入部分提出有趣且与实际相关的问题，激发学生的主动思考。课程标准中明确了学生必做的探究实验。教材引导学生思考如何完成实验任务，讨论清楚思路后再完成具体操作。渗透科学态度和责任课程标准中关于科学态度和责任方面的科学本质内容对学生非常重要。教材在适当的地方体现了科学本质的相关内容。例如：教材指出"人类自古以来就对自然界充满好奇……"科学态度和责任的教学不能仅仅是简单灌输，要自然地融入科学内容的学习中。在学习科学家严谨、实事求是、坚持不懈的精神时应该提醒学生。教材可能在相关内容中特别讲解，或在专门的栏目中介绍科学家的优秀品质。各版高中教材体系结构分析目前通过审查并广泛使用的高中物理教材共有6套。包括：人民教育出版社、山东科学技术出版社、上海科技教育出版社、广东教育出版社、教育科学出版社、上海科学技术出版社出版各套教材一般遵循"册→章/专题→节/实验/主题→小节→正文/栏目"的五级结构。各版本教材的总体结构和次序大致相同。基本上均按照课程标准中"课程结构"和"课程内容"的整体设计进行编排。在章节安排和内容组合上略有差异。各版高中教材体系结构分析各套教材绝大多数的单元是按课程标准的"主题"顺序进行编排的，整体上差异不大。差异举例：鲁科版将"光"的内容分为几何光学和波动光学两章，其他五个版本将"光"的内容整合至一章中。沪科版将交变电流安排在"电磁感应的应用"中，其他五版将"交变电流"专设一章讨论。教材的微观设计充分体现了各套教材的设计特色和编写者的教学思路人民教育出版社教材编写特点1.落实核心素养的培养——引导深入理解和应用物理观念；每册书专门安排"科学方法"栏目，详细介绍科学方法。2.学习方式的多样化——设置“问题”“思考与讨论”“做一做”等栏目；"科学漫步"和"STS"栏目提出开放性问题。3.加强与生产、生活实际的联系——引入部分、分析实例、概念应用均联系实际每册后设置"课题研究"栏目，主题与生活紧密相关。4.弘扬中华文化——介绍“北斗”导航卫星系统、“天眼”射电望远镜等；让学生感受科技发展就在身边，增强民族自豪感。山东科学技术出版社教材编写特点1.体现物理学科课程的育人功能，将核心素养的培养贯穿于教材结构、内容、检测评价、栏目设计等方面。2.落实课程标准强调的基础性与选择性，必修教材为全体学生打好共同基础，选修教材促进学生自主发展。3.体现物理学科内涵及发展动态，加强与自然、生活、科技发展和社会进步的联系。4.发挥物理课程中的物理实验功能，通过探究性学习、讨论式学习等多样化设计引导探索自然。5.加强复习巩固及检测评价6.体现物理课程的人文关怀——纳入中华民族优秀文化上海科技教育出版社教材编写特点1.全面发展学生物理学科核心素养突出必修与选择性必修教材不同特色的设计。处理好"全面提高核心素养"与"个性化发展"的关系。2.突出科学探究安排了大量科学探究活动，要求学生自己提出问题、进行猜想、合作设计探究方案。重视设计完整的科学探究活动和学生必做实验。3.为学生个性化发展创造条件教材为学生的自主学习和教师的再创造提供了较大的自由度和开放空间。允许不同的学生有不同的体验与认识。广东教育出版社教材编写特点1.突出物理实验的地位物理实验既是物理教学的一种形式，同时也是物理教学的重要内容。必修1对六个课程标准要求的实验内容全部编排了对应的物理实验。2.渗透科学思维和科学方法科学思维是在各种科学认识和研究方法基础上提炼出来的合理观念和推断法则。科学方法是一种能动的、严密的、合理的、有目的的思维和活动过程。3.注重物理知识在生产生活实践中的应用强调把物理课程中形成的物理观念和科学思维用于分析、解决生产生活中的问题。教育科学出版社教材编写特点1.围绕主题和概念将课程内容情境化，全面培养学科核心素养。2.突出实验在物理学中的基础性。优化"演示实验、学生实验、小实验和家庭实验相结合"的多元实验教学系统。适当引入数字化实验，促进传统实验和数字化实验的对接。3.重视数学工具的应用和定量描述能力的培养。引导学生领悟几百年来物理学的发展路径。4.注重时代性，紧密联系技术创新选取素材。5.在达成物理观念的同时，渗透科学哲学观点的教育。6.注重人文精神的渗透，充分发挥理科教材的人文教育功能。上海科学技术出版社教材编写特点1.情境引入激发学生兴趣，问题引领建构物理知识。教材在"情境、探究、应用"的框架下进行设计。强调"从生活走进物理，从物理走向社会"。以问题链的形式引出物理概念和物理规律。2.通过实验教学，培养学生实验探究能力。展示多种实验方法，特别注重发挥传统方法和数字化实验方法(DIS)各自的优势。3.通过概念溯源，强调物理学的统一思想。教材力求在高中物理的层次上追根溯源地阐述物理概念和原理。4.发挥栏目作用，凸显层次结构。精心设计不同栏目，展现教材的层次结构。第二节“必修1”模块内容分析"必修1"模块概述本模块是物理学的基础模块，包括"机械运动与物理模型"和"相互作用与运动定律"两个主题。本模块介绍了物理学最基本的力学概念和原理。主要是帮助学生形成"运动与相互作用观"。相较于初中物理，高中物理在理性分析、逻辑思维、定量要求、数学计算等方面都上了一个台阶。"必修1"模块概述"运动与相互作用观"的建立是通过三大主要内容实现的：一是运动的知识——质点运动的概念和规律二是相互作用（力）的知识——力的基本概念、种类和作用效果三是运动与力的关系——在不同力的作用下，质点运动的不同特点机械运动与物理模型本主题主要内容：位移、速度、加速度等描述运动的物理量及匀变速直线运动物理观念：世界是物质的，物质是运动的机械运动中重要的是物体在不同时刻的位置、速度、加速度。教材通过显化方式直接说明物质观："我们生活的客观世界是物质的……"通过学习匀变速直线运动，学生可以形成运动有各种形式、具有相应规律的观念。教材通过介绍机械运动的多种形式（直线、曲线、匀速、变速等）让学生了解运动的多样性。机械运动与物理模型科学思维：本主题关于思维的培养主要突出抽象和概括思维的学习。通过不同情况下对物体进行抽象分析，最后概括得出质点的模型。"忽略次要因素、抓住本质"的方法是模型构建中最重要的思想。在瞬时速度概念的建立过程中，通过对平均速度的微小时间段的抽象分析，概括出极限方法。在推导匀变速直线运动位移与时间关系时，采用微元求和的方法。机械运动与物理模型科学探究：“探究小车速度随时间变化的规律”实验。以问题串的形式逐步引导学生思考实验设计、物理量选取、数据处理方法。学生可以在设计实验方案、处理实验数据以得出结论方面得到锻炼。教材注意在正文中通过使用启发性的语言和问题引导学生进行分析、建立概念。科学态度与责任：引导学生主动思考问题、发表意见。要求学生能实事求是地记录实验数据。通过伽利略对物体下落运动研究的历史，学生可以领悟科学精神。相互作用与运动定律主要内容：重力与弹力、摩擦力、力的合成和分解、共点力的平衡条件、牛顿三定律本主题以建立运动与相互作用观为主线：运动是物质的一种属性——惯性物质之间存在相互作用——力，是导致运动方式改变的原因受力分析与计算的方法，为合力不为零时的受力分析和计算奠定基础。牛顿运动定律按照"观察→总结→定量研究→验证→应用"的线索展开。相互作用与运动定律演绎推理：胡克定律、滑动摩擦力、牛顿三定律归纳推理：弹簧弹力与形变量关系、作用力和反作用力关系伽利略理想实验：基于逻辑推理将实际实验理想化处理的思想。共点力模型：将实际问题转化为共点力作用物体模型，符合课标关于模型建构的要求。相互作用与运动定律三个探究实验探究弹簧弹力与形变量的关系——侧重解释探究两个互成角度的力的合成规律——侧重"问题"

探究小车加速度与力、质量关系——全面探究通过滑动摩擦力定量研究、二力合成规律探究等，培养科学态度与责任。第三节“必修2”模块内容分析"必修2"模块概述本模块由"机械能及其守恒定律""曲线运动与万有引力定律""牛顿力学的局限性与相对论初步"三个主题组成。"必修2"模块概述让学生理解重力势能与重力做功的关系，理解动能定理和机械能守恒定律。学会从机械能转化和守恒的视角分析物理问题，形成初步的能量观念。在必修1的基础上进一步发展学生的运动与相互作用观。必修1研究直线运动，必修2以抛体运动和圆周运动为研究对象。学生将第一次较深入地学习一种基本相互作用——万有引力。通过对相对论的初步介绍，引导学生认识牛顿力学的局限性。机械能及其守恒定律主要内容：功与能的概念、动能定理和机械能守恒定律通过引入功与能的概念，开启了研究机械运动的全新角度——能量的视角。应用机械能守恒定律解决问题时只需考虑起始与终止状态，无需关注过程细节。能量观念：自然界中一切物质都具有能量，能量的大小用功来量度。能量的各种不同形式可以相互转化或传递，且总能量保持不变。突出演绎推理和极限方法的学习。守恒思想是科学研究中的重要思维方法。曲线运动与万有引力定律主要内容：曲线运动（抛体运动和圆周运动）和万有引力定律涉及角速度、周期、向心力、万有引力等概念。拓展了学生对运动多样性的认识，丰富并完善运动与力的知识结构。运动的合成与分解方法：将复杂运动分解为简单运动从运动视角（开普勒三定律）到力的视角（万有引力），增强运动与相互作用观念。曲线运动与万有引力定律建立模型："称量"天体质量时，选择研究对象、运用规律、忽略次要因素的过程就是建模。匀速圆周运动是重要理想模型：向心力方向时刻指向圆心、大小不变。极限思想：曲线运动瞬时速度方向（虚线逼近切线）曲线运动与万有引力定律向心力教学：生活实例→手拉细线体验→向心力演示仪定量探究科学探究重视实验前的猜想假设、实验后的推理论证、科学解释与误差分析等思维过程。物理学史素材：开普勒70余次尝试发现8'偏差→提出椭圆轨道。探索未知世界的两个路径：理论分析和实验探究教材专门介绍了我国太空探索的诸多成果，增强学生科技报国的信念。牛顿力学的局限性与相对论初步主要内容：牛顿力学的局限性、相对论时空观、宇宙的起源和演化爱因斯坦提出质疑并建立了相对论：时间延缓效应、长度收缩效应、质能关系、时空弯曲通过爱因斯坦建立相对论的历史过程，了解科学推理与大胆想象的重要性。可以安排学生收集与相对论时空观有关的信息，撰写小论文。从牛顿→爱因斯坦→霍金→南仁东，让学生初步形成探索自然、造福人类的意识。第四节“必修3”模块内容分析"必修3"模块概述本模块由"静电场""电路及其应用""电磁场与电磁波初步""能源与可持续发展"四个主题组成。"必修3"模块概述让学生通过探索电场、电路、电磁场、电磁波与能源的过程体验物理学思想方法的威力。了解电磁学的研究成果及其在现代科学技术中的广泛应用。"静电"分别从力和能量的角度描述电场。"动电"则是关于运动电荷（电流）的规律。电路中的很多概念都是在静电场知识的基础上建立起来的（如电压、电势差）电磁场与电磁波初步为选择性必修2和选择性必修3的学习奠定基础。静电场主要内容：电荷的产生和相互作用、电场的特性、电势能、电势、电容、带电粒子在电场中运动从电荷生成本质出发，让学生明白电荷是物质的基本属性。强调电场的物质性——世界是由物质构成的。静电场电势能是高中学习的又一重要能量形式，拓宽和深化了能量观念。通过演绎方式学习——恒力做功→静电力做功→电势能→电势差。电场强度和电势的定义方式展现了物理学重要思维方法：被定义的新物理量与定义式中的物理量不是同一研究对象。观察电容器充放电现象、探究电容器电势差与电荷量关系。通过静电的防止与利用，建立辩证唯物主义思想认识。静电场——核心概念分析点电荷概念的建构——从实际带电体到理想模型的抽象。试探电荷的引入——为描述电场性质服务的辅助概念。匀强电场模型——最简单而重要的电场模型。电场强度定义：E=F/q，比值定义。静电场——核心概念分析电势定义：φ=Ep/q，从能量的角度描述电场。电势能类比重力势能：场力做功与路径无关。电势能与重力势能的不同：电荷有正负。电势差与电场强度的关系：U=Ed（匀强电场）。这些核心概念的学习路径体现了从力到能量、从特殊到一般的认识过程。电路及其应用主要内容：电源和电流、导体电阻、串并联电路、电功、电功率、焦耳定律、闭合电路欧姆定律三个实验：导体电阻率测量、练习使用多用电表、电源电动势与内阻测量恒定电场由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。能量观：电流做功的本质是恒定电场对自由电荷的静电力做功。电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能的装置。电动势概念的建立：从感性到理性、从个别到一般、从现象到本质的渐进过程。电路及其应用通过游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等仪器的使用，养成规范、严谨、实事求是的科学态度。电磁场与电磁波初步内容包括电和磁的联系、电磁感应、电磁场、电磁波、黑体辐射、能量量子化将能量观念拓展到电磁领域，将物质观念拓展到电磁场。磁场与电场的类比：磁感应强度与电场强度、磁感线与电场线的对比。麦克斯韦电磁场理论：变化的电场和磁场总是相互联系，形成统一电磁场。体现假说、理论预言、实验证实、质疑创新等科学思维。电磁场与电磁波初步科学探究：探究产生感应电流条件的实验。法拉第用了十年坚持不懈的努力才发现电磁感应现象。介绍我国FAST射电天文望远镜，激发学生对物理学的兴趣。能源与可持续发展先介绍不同形式能量的概念，然后研究能量守恒，最后倡导节约能源、爱护环境。与必修2的机械能和必修3的电能都有较深的结合。高中阶段体现在对力学、热学、光学和电学等知识的综合。进一步扩展能量观：从机械能守恒扩展到多种形式能量的能量守恒。培养能源和可持续发展相关的能量观念——能量转化的方向性。科学思维：建立模型、推理、质疑创新。科学探究：上网查询、咨询调研、分析证据、完成调研报告。认识科学、技术、社会和环境之间的关系，在力所能及的范围内节约能源、保护环境。第五节“选择性必修1”模块内容分析"选择性必修1"模块概述本模块由"动量与动量守恒定律""机械振动与机械波""光及其应用"三个主题组成。进一步深化和拓展了力学和光学的学习内容。"选择性必修1"模块概述动量与动量守恒定律、机械振动与机械波的学习进一步深化对物体之间相互作用规律的理解。机械波中相关内容的学习为后续波动光学和电磁波的学习打下基础。本模块还为学生提供了深入进行科学探究的机会。通过实验和理论分析，探索碰撞与动量守恒、机械振动、机械波和光的波动性。动量与动量守恒定律主要内容：动量、冲量、动量定理和动量守恒定律从动量的角度介绍动量定理和动量守恒定律，帮助学生进一步形成运动与相互作用观。动量概念引入：通过"寻求碰撞中的不变量"的实验来体会动量概念的形成过程。抽象与概括：任何科学概念的形成、规律的建立都需要严格的科学归纳、推理和论证。科学探究思想贯穿：提出问题→引入概念→理论推导→验证结论→应用教材内容设计致力于培养学生运用动量守恒定律解释生产生活中的相关现象。汽车碰撞试验、火箭的发射等集中体现了科学态度与责任的核心素养。机械振动与机械波机械振动：简谐运动的表达式、物理量、受力特点、能量变化规律；单摆、受迫振动和共振机械波：波的基本概念、产生、描述、传播特性（反射、折射、衍射、干涉）、多普勒效应从加速度视角分类质点运动形式：匀速→匀变速→抛体/圆周→简谐运动波动是物质运动的一种特殊形式，其基本运动特征与规律适用于机械波、光波、电磁波。科学思维：弹簧振子和单摆的理想化模型横波和纵波两种理想模型，图像法与解析法。机械振动与机械波振动和波动进一步深化运动与相互作用观。机械振动是加速度大小和方向都在变化的运动形式。波动是介质内质点相互作用的结果。波传递能量的过程为进一步理解能量概念奠定基础。探究单摆周期与摆长关系——完整经历科学家研究过程探究波的衍射条件——观察现象→实验探究→改变缝宽→得出结论分析波的干涉现象——基于证据探讨频率、相位差和振动方向的关系介绍多普勒测速仪、超声波在彩超中的应用，激发学生兴趣。光及其应用几何光学：定量探讨光的折射现象，通过实验理解折射定律并测定折射率，探究全反射条件波动光学：通过对比方法讨论光的干涉、衍射和偏振等现象帮助学生了解到光也具有波动的性质，同时光又因其独特性质与机械波有所区别。光及其应用教材注重在实验事实的基础上培养抽象思维能力。突破"光沿直线传播"的认知，在更高层次上理解到光沿直线传播只是衍射的特殊情况。光电效应的发现无法由波动理论解释，于是提出光子说，最终产生波粒二象性的新理解。实验：水流导光、肥皂膜薄膜干涉、偏振片观察偏振、传感器进行双缝干涉实验第六节“选择性必修2”模块内容分析"选择性必修2"模块概述本模块包括"磁场""电磁感应及其应用""电磁振荡与电磁波""传感器"四个主题。"选择性必修2"模块概述在必修3的基础上，通过实验探究和理论分析，探究安培力、洛伦兹力、电磁感应定律等。进一步培养关于电磁场的物质观、运动与相互作用观和能量观。电磁学中涉及大量与生活密切相关的知识：交流电、高压输电、变压器、电磁波、传感器等。学生能够更深入地认识物理学对人类文明进程的巨大影响。磁场主要内容：安培力、洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动规律、质谱仪等在必修3磁场知识基础上，介绍磁场与通电导线和带电粒子之间相互作用的相关知识。安培力与库仑力的相似与不同——帮助学生建立新知识和旧知识之间的联系。通电导线在磁场中受到的安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现。科学思维：定性分析→定量归纳→形成结论问题串引导思考："磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的？"磁场通过实验设计，改变磁场和电流方向，自行观察受力方向，最终归纳安培力的方向电磁感应及其应用从楞次定律入手，深入探讨电磁感应规律，从感应电流延伸到感应电动势。介绍涡流、电磁阻尼、电磁驱动、互感和自感等电磁感应现象及应用。交变电流：产生原理、特征量（周期、频率、振幅）、定量计算得出数学表达式。楞次定律中"阻碍"作用体现能量守恒原理，强化能量观。归纳推理——楞次定律的得出；模型建构——交流发电机、变压器。关注交变电流知识的实践应用：无线充电技术、输电技术的发展电磁感应及其应用楞次定律的探究——先实验引出问题，猜想与磁通量变化有关，再通过实验验证。教材通过"进一步分析可以想到"引导学生突破难点。电磁振荡与电磁波在电磁感应和交变电流基础上，结合选择性必修1中机械波和光波知识。按电磁波的产生、发射和接收、应用的顺序展开。电磁振荡→麦克斯韦电磁场理论→赫兹实验验证→无线电波发射和接收→电磁波谱进一步强调场的统一性——从电场到磁场再到电磁场和电磁波。电磁场是一种具有能量的物质形式。科学思维：理论预言与实验证实的全过程。科学带来的技术发展促进了社会生活的变化。介绍麦克斯韦研究过程的物理学史。传感器主要内容：传感器的知识及其应用，体会物理知识在技术中的应用。传感器技术是当今世界正在迅猛发展的高新技术之一。日常生活中大量传感器得到广泛应用：遥控装置、麦克风、电饭锅等。将传感器纳入教材，体现了课程的基础性、选择性与时代性。在研究常见传感器原理时，进一步体会物质观、运动和相互作用观以及能量观。传感器演绎推理（话筒工作原理）、归纳推理（电阻式传感器）、类比推理（电容式传感器）利用传感器制作简单的自动控制装置：功能分析→电路控制逻辑→设计制作实验电路引导学生思考科学的人文价值，鼓励学生发表不同意见和设想。第七节“选择性必修3”模块内容分析"选择性必修3"模块概述本模块由"固体、液体和气体""热力学定律""原子与原子核""波粒二象性"四个主题组成。"选择性必修3"模块概述学习运用统计思想研究大量分子做无规则运动的规律。从宏观和微观两个角度研究固体、液体和气体的性质。在量子论视野下探索原子世界的奥秘，认识光及实物粒子的波粒二象性。结合力学、电磁学和光学的知识，完善高中物理的知识结构。通过实验探究活动增强科学探究意识。通过回顾热力学定律和原子世界探秘过程，增强科学献身精神。固体、液体和气体分子动理论：物体由大量分子组成；分子永不停息做无规则运动；分子间存在作用力。分子动理论建立了宏观量与相应微观量统计平均值的关系。固体：晶体和非晶体的宏观特征，从微观结构（空间点阵）定性解释。液体：表面张力、浸润和不浸润、毛细现象。气体实验定律：定性分析→定量探究的逐步深入认知过程。理想气体模型：学生在高中阶段基本完成对主要理想模型的学习。布朗详尽记录观察现象，为后人进一步研究做出开拓性贡献。热力学定律热力学第一定律：系统内能变化与做功、传热的关系，能量的转化和守恒。热力学第二定律：与热现象有关的宏观过程的方向性问题。结合热力学定律进一步提升学生对"能量观"的认识。高中物理在初中内能概念的基础上更深入研究和探讨。用更严谨的方式介绍内能概念、功能关系、改变内能的方式。绝热过程模型、系统模型、第一类永动机模型用绝热过程模型探究做功与系统内能改变之间的关系。对能量观念和能量守恒的探索历程体现人类认识自然和进行实践的过程。原子与原子核原子结构：电子的发现、卢瑟福原子核式结构模型、氢原子光谱、玻尔原子理论原子核：原子核的组成、核力与结合能、核反应、衰变和半衰期、裂变、聚变、基本粒子基本粒子模型、夸克模型、磁约