中学物理课程标准与教材分析 课件 第8、9章 普通高中物理教材解析、中学物理教材专题研究

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、磁约束和惯性约束等，反映物理学最新进展。原子和原子核模型的建立——从物理学史角度呈现各种模型α粒子散射实验→查德威克发现中子→天然放射现象→核裂变→核聚变科学探究侧重展示"猜想"的要素。卢瑟福猜想：原子核内可能存在另一种粒子→查德威克实验证实。核能利用的巨大优势与潜在问题（辐射、核泄漏、核废料）。原子与原子核教材详细介绍了科学家如何从天然放射现象一步步揭开原子核秘密。学生在学习的同时经历了分析和解决问题的过程，感悟了探索微观世界的方法。在观察、实验得到的确切物理事实和已有知识基础上进行猜想，再通过推理得出科学结论。本主题涉及大量实验：卢瑟福α粒子散射实验查德威克发现中子实验天然放射现象发现历程中的一系列实验哈恩的裂变实验费米建立第一个核反应堆钱三强和何泽慧夫妇发现铀核三分裂和四分裂波粒二象性主要内容：黑体辐射→能量量子化假说；光电效应→光子概念→康普顿效应；粒子波动性；不确定关系波粒二象性进一步拓展物质观和能量观，加深对微观世界物质和能量特点的认识。了解经典物理观向量子物理观的发展过程。黑体、能量子、波粒二象性等一系列物理模型。根据实验结论分析光的波粒二象性，通过证据说明实物粒子具有波动性。光电效应实验——提出问题、收集数据、分析数据、发现规律、形成结论量子论与现代生活的密切联系；了解人类认识自然的局限性与不断探索自然的必要性本章小结（一）本章系统分析了我国现行六套高中物理教材的编写依据和基本特征。教材根据2017年版课程标准编写，以培养学生核心素养为最显著特点。核心素养四个方面：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。物理观念：物质观、运动与相互作用观、能量观的逐层建构科学思维：模型建构、推理论证、质疑创新的系统培养科学探究：从问题到证据到解释到交流的完整过程科学态度与责任：STSE教育、科学本质认识、社会责任感培养本章小结（二）各版本教材在章节安排上基本一致，在微观设计和编写风格上各有特色。必修1、2、3模块构成高中物理的基础框架。选择性必修1、2、3模块进一步深化和拓展学习内容。教材不仅是呈现物理知识的文本，更是展示人类文明发展历程和伟大成就的载体。教师使用教材时应以课标为准、以学生为本、以素养为目标，合理重组教学内容。每个模块的教材分析都从核心素养的四个方面展开。思考与讨论教材研究对于教材的编写和教学的设计有哪些启示?梳理本章的三项研究案例并查阅相关文献,归纳开展中学物理教材研究的基本步骤有哪些?面向物理学科核心素养培养要求,你能否设计一项聚焦某一素养要素的教材研究?谢谢！本章课件制作：彭征09中学物理教材专题研究第一节课程教材一致性分析课程教材一致性分析课程标准是我国课程教学的纲领性文件，其规定了学科课程性质、目标、内容等，同时指导教材编写、教学实施和考试评价。因此，各教学要素均须与课程标准保持良好的一致性。在国际课程比较研究中，广泛使用的一致性分析模型有韦伯（Webb）一致性分析模型、SEC一致性分析模型、Achieve一致性分析模型等。Webb一致性分析模型(1997年诺曼·韦伯）达成公司（Achieve）模型产生：2002年，美国非盈利教育研究机构教育成就评价机构(Achieve，Ine)组织的罗斯曼(R.Rothman)等人围绕一致性分析需要揭示的三个基本问题：测验是否仅仅测量标准中所要求的内容测验在多大程度上测量了标准中的核心内容测验对于学生是否具有足够的挑战性系统分析了多方面的影响因素，构建了综合性较强的新型“学业评价——课程标准”一致性研究工具(简称Achieve研究工具)。成就公司（Achieve）模型维度涵义判断向心性反应试题所考察的学习要求与内容标准中相应学习目标的一致性水平分类：内容向心性（内容）、表现向心性（认知要求）2级1级（1A、1B、1C）0级精确的一致不精确的一致不一致均衡性评价各内容标准及学习目标是否得到平衡而合理的反映平衡指标：各内容标准得到的反映程度范围指标：内容标准中学习目标得到的反映程度若测验中考察不同内容标准的试题数量之比与相应内容标准中学习目标数量之比接近，则测验较好地反映内容标准的重要性差异内容标准中被考察的学习目标可接受满意50%~60%>67%挑战性探析试题中所考察的认知要求是否合理地反映内容标准的需要挑战的来源：关注试题能否精确反映学生某学习目标的掌握程度试题出现技术层面错误或瑕疵，认为挑战来源不恰当挑战的层次：关注试题能否合理地反映课程标准中的认知要求若测验中考察不同认知要求的试题比例与课标中不同认知要求的学习目标比例接近，则挑战层次较为恰当。实践课程调查模式（SEC）一致性分析模型2001年，波特等人建立，用于课堂教学与学业评价之间的一致性比较。构建“内容主题*认知水平”二维矩阵表并对教材内容和课标进行编码，然后计算两矩阵的一致性系数P（0~1，P值越大一致性越好）将两个矩阵的一致性系数与临界值比较，判断一致性程度。（临界值与矩阵元素多少及标准点数量有关。）三种工具的比较模型优势不足适用Webb（临界指标最充分）①相较之前只研究内容领域一致性，研究维度更全面。②研究不再局限于“试题一内容领域”匹配，而是深入至“试题-学习目标”匹配，使得研究精细程度明显增加。③针对各维度设置了一系列临界指标，使得一致性强弱的判断更为便利。①使用范围较为狭窄，仅限于学业评价与课程标准之间的一致性分析；②聚焦于各内容领域内部，关注不同内容领域之间的重要性差异；③却无法反映科学方法层面的一致性。①检验分值在60分以上，选择题居多的试卷（国内物理）；②教材试题与课程标准的一致性研究；③用于教材编写和教学实践等领域。Achieve（定性信息最丰富）较Webb工具：考察维度更多，综合性更强范围指标——知识广度一致性，内涵相近，均反映各内容领域中学习目标得到反映的程度①主要通过较为细致的定性描述全面反映研究结果，未确定各维度的临界水平。②对于较大规模的学业评价的比较而言，没有明确的临界水平，将加大比较的难度，影响比较的质量。③该模式一致性分析结果停留在定性的描述上，只能得到大体一致性，不能进行横向比较和纵向比较。①试卷试题与课标一致性分析②编写课程内容标准③改善评价与课程标准之间的偏差⑤为各地区改进学业评价提供参考向心性是知识深度一致性的细化，增加研究深入性与层次性平衡指标是对内容领域一致性指标的修正，考虑到课标中各内容领域的学习目标容量的差异挑战性是新增指标，指向试题编著的技术层面，突出对试题能否精确测量考察的学习目标程度三种工具的比较模型优势不足适用SEC（整体性最强）①开发的一致性指数的计算方法是其他研究从未采用的；②量化一致性程度，解决Webb仅能定性描述一致性的弊端；③利用复杂工具计算所获得的临界水平增加了研究的科学性，也使得对于不同样本之间匹配程度的整体性判断成为可能；④该研究使用的内容矩阵是在深入分析文献的基础上自主构建。这种处理方式增强了研究的包容性，扩大了研究的范围。①自从内容主题和认知水平两个维度②SEC工具采用了编码基础上的比较研究方式，缺乏各要素之间学习目标的直接匹配，因而也就无法提供一致性的细节信息，使得定性信息不够丰富。①可用于标准、教材、教学、评价等教育要素之间的一致性分析；②进行不同教育体系下一致性的国际比较；③分析基于标准的教育改革背景下教育要素间一致性的发展性研究联系均在学科知识一致性研究方面体现重要价值，但对科学探究层面的一致性研究不够理想。Webb和Achieve都是定性描述，只有SEC是定量描述。Achieve和SEC都借鉴了Webb，Achieve与Webb的联系更为紧密。初中物理教材与课标一致性研究在“基于标准的改革”的影响下，一些专家学者开发了用于评价教学要素与标准一致性的模型，其中在国际上广泛应用的有Webb模型、SEC模型、Achieve模型等。但其中只有SEC模型能够对标准、评估、教科书和教学进行比较,另外两种主要方法仅用于测试-标准比对分析。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。内容主题分类如下内容主题分类一级主题二级主题a物质a1物质的形态和变化a2物质的属性a3物质的结构和物体的尺度a4新材料及其应用b运动与相互作用b1多种多样的运动形式b2机械运动与力b3声和光b4电和磁c能量c1能量、能量的转化和转移c2机械能c3内能c4电磁能c5能量守恒c6能源与可持续发展d跨学科实践d1物理学与社会发展d2物理学与日常生活d3物理学与工程实践旧课程标准新课程标准物质物质运动与相互作用运动与相互作用能量能量科学探究实验探究

跨学科实践初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。从物理学科核心素养的角度对学生表现期望分类

《普通高中物理课程标准（2017年版）》物理学科核心素养维度分类A物理观念A1物质观A2运动与相互作用观A3能量观B科学思维B1模型建构B2科学推理B3科学论证B4质疑创新C科学探究C1问题C2证据C3解释C4交流D科学态度与责任D1科学本质D2科学态度D3社会责任物理学科核心素养的水平划分（部分）初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。学生表现期望分类“物质”主题的学业要求（例）A（1）能理解密度，知道质量的含义，能说出生活中的常见温度值，能描述固体、液体和气体的基本特征及其在相互转化时的特点，能根据这些知识说明有关自然现象，尝试运用所学的物理知识解决日常生活中的有关问题，具有初步的物质观。B（2）能说出物质世界从微观到宏观的大致尺度，了解原子的核式模型；能通过实验或实例，归纳总结出物态变化过程中的吸、放热规律；在归纳或演绎中会引用证据，养成说理有证据的习惯；能用所学的关于磁性、弹性、导电性及新材料等知识对一些不合理的解释进行质疑，发表自己不同的见解。C（3）在物态变化、物质属性等知识学习中，能提出需要探究的物理问题，并作出有依据的猜想或假设；能制订简单的实验方案，会正确使用天平、温度计等实验器材，能按实验方案操作，获得实验数据；会处理数据并对数据和结果作出解释；能完成简单的实验报告。D（4）通过物态变化等实验，感受物理研究是建立在观察、实验和推理基础上的一项创造性工作；在应用密度等知识解决实际问题的过程中能获得成就感，具有学好物理学的自信心；能用物理知识初步解释地球上的水循环等现象，具有关心和保护生态环境的意识，能初步体会构建“人类命运共同体”的重要意义。物理学科核心素养A1物质观A2运动与相互作用观A3能量观B1模型建构B2科学推理B3科学论证B4质疑创新C1问题C2证据C3解释C4交流D1科学本质D2科学态度D3社会责任不同内容主题学生表现期望不同初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。学生表现期望分类“物质”主题的学业要求（例）A（1）能理解密度，知道质量的含义，能说出生活中的常见温度值，能描述固体、液体和气体的基本特征及其在相互转化时的特点，能根据这些知识说明有关自然现象，尝试运用所学的物理知识解决日常生活中的有关问题，具有初步的物质观。B（2）能说出物质世界从微观到宏观的大致尺度，了解原子的核式模型；能通过实验或实例，归纳总结出物态变化过程中的吸、放热规律；在归纳或演绎中会引用证据，养成说理有证据的习惯；能用所学的关于磁性、弹性、导电性及新材料等知识对一些不合理的解释进行质疑，发表自己不同的见解。C（3）在物态变化、物质属性等知识学习中，能提出需要探究的物理问题，并作出有依据的猜想或假设；能制订简单的实验方案，会正确使用天平、温度计等实验器材，能按实验方案操作，获得实验数据；会处理数据并对数据和结果作出解释；能完成简单的实验报告。D（4）通过物态变化等实验，感受物理研究是建立在观察、实验和推理基础上的一项创造性工作；在应用密度等知识解决实际问题的过程中能获得成就感，具有学好物理学的自信心；能用物理知识初步解释地球上的水循环等现象，具有关心和保护生态环境的意识，能初步体会构建“人类命运共同体”的重要意义。提取学生表现期望关键词进行水平分类得到核心素养水平分类目标分类研究初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。编码技术方法课标内容具体划分核心素养水平编码内容编码计数3.1.3结合实例，认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。结合实例，认识功的概念。B1c1能量、能量的转化和转移1认识功的概念。A11知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。A21划分：以行为动词为单位划分为更细的要求编码：将划分后的语句与内容主题及物理学科核心素养进行比照，确定其核心素养水平。计数：按行为动词拆分后的内容要求是平等的，都计数为1初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。编码结果根据分析框架，两名具有物理教育学背景的编码者分别独立对新旧课程标准进行了内容主题-核心素养水平二维框架的编码。为检验编码结果的信度，计算了两编码者对两材料编码的Pearson相关系数。编码结果新课程标准旧课程标准Pearson相关系数0.9780.991结果表明两名编码人员的编码结果具有良好的相关性，对新旧课程标准的内容-核心素养水平划分具有较高的可靠性。为了进一步提高编码的准确性，对于两位编码者编码不一致的条目，进行讨论、协商及询问专家意见，最终得到了新旧版本课程标准的编码统计结果。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。系数分析——临界值分析美国学者Gavin、柳秀峰等人针对SEC一致性分析模型提出了一种临界值的分析方法：以两被比较材料二维矩阵的计数的总条数为最大值，对与两被比较材料相同大小的矩阵进行随机赋值。然后将两矩阵的结果带入Porter一致性计算公式，计算得到Porter一致性系数。将这个过程重复来20000次，最终得到Porter系数的频数分布图（应服从正态分布）。然后计算此正态分布图在0.05水平上统计显著对应的临界值。旧课程标准新课程标准物质物质运动与相互作用运动与相互作用能量能量

跨学科实践临界值受矩阵大小的影响，矩阵越大，临界值越大全部内容无跨学科实践矩阵大小17×1214×12临界值初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。系数分析——Porter一致性系数分析无论是否计算跨学科实践，两课程标准具有显著的一致性。在考虑共同部分时，新旧课程标准之间距离完美一致性只有约0.064，保持了较好的稳定性。考虑跨学科实践的影响后，新旧课标的差异约为0.17，这表明跨学科实践内容主题的引入对新旧课标的差异带来较大的影响，是主要差异来源。

全部内容无跨学科实践矩阵大小17×1214×12临界值Porter一致性系数初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。系数分析——替代一致性系数分析旧课标中99.1%的内容主题-核心素养水平分类点能在新课标中找到对应。新课标中85.1%的内容主题-核心素养水平分类点能在旧课标中找到对应。跨学科实践主题在新课标中占比13.74%，这表明新旧课标之间的分类点差异主要由此引起。旧课标对照新课标新课标对照旧课标

新旧课标共同部分分类点变化增加的计数点减少的计数点a2物质的属性-D2b4电和磁-A3b2机械运动和力-D2

c1能量、能量的转化和转移-C3c1能量、能量的转化和转移-C2Y中多少二维分类点在X中找到对应初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。图形分析——内容主题分布从图中可以看出，由于新课程标准中跨学科实践内容的增加，相比于旧课程标准，其他内容主题所占比例总体下降。但不同内容主题的变化情况不同。新课程标准主要减少了a物质主题、b运动与相互作用主题的内容比例，c能量主题所占的比例大致不变。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。图形分析——侧重点分布新课标：4大区，8小区，2中心（>0.03）旧课标：4大区，6小区，2中心（>0.03）中心：b2-运动与相互作用，b3-声和光，c4-电磁能的物理观念分布更广泛层次更丰富初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。差异分析——差值分布新旧课程标准的差异图表明，两者的差异主要集中在跨学科实践部分。在其他几个内容主题，两者的差异保持在0.01以内，具有高度的一致性。此外，该分布图还表明，跨学科实践对学生核心素养的培养主要集中在物理观念、科学探究的较高水平和科学态度与责任方面。这体现了新课标强调学科育人、综合应用的特点。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。差异分析——各内容主题下核心素养水平差值分布结果表明，除跨学科实践主题外，新旧课程标准各个内容主题核心素养水平分布的总体差异不大，表现出良好的一致性。其中差异相对比较大的几个内容主题是c1能量、能量的转化和转移、b1多种多样的运动形式及c5能量守恒。在依据新课程标准设计其他教学材料时应格外注意新课程标准在这几个内容主题上的变化。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。研究结论1

课标变化2

教材建议3

重要指标相对于旧课程标准，新课程标准的主要变化有两个：增加了跨学科实践的内容（不少于10%）和提出了物理学科核心素养的培养要求。其中内容的增加对可表达的变化起到决定性作用。教材修订的重点在于一方面精心编写跨学科实践的内容，另一方面合理削减其它内容所占比例，这种减少主要集中在物质、运动与相互运动两个内容主题。SEC一致性分析方法是衡量两材料一致性的一个重要工具。Porter一致性系数能较好地反映两材料之间的一致性程度，应该作为教材评价的重要指标。这种研究方法也可以为教材修订过程中作为参考。初中物理教材与课标一致性研究研究首先构建“内容主题-核心素养”矩阵作为一致性分析框架。参考文献[1]朱雪梅,何建华,陈仕涛.新版高中地理教材与课程标准的一致性评估及思考——以人教社2019年版地理必修教材为例[J].教师教育论坛,2020,33(10):12-16.[2]许晶.初中数学课堂教学、学业考试与课程标准的一致性研究[D].东北师范大学,2020.[3]刘凤.基于核心素养的教科书与课程标准的一致性研究[D].曲阜师范大学,2020.[4]李冉.普通高中化学教科书与课程标准的一致性研究[D].曲阜师范大学,2020.[5]黄晓晴.基于SEC模式的高中地理教科书与课程标准一致性研究[D].华中师范大学,2020.[6]王焕霞.学业评价与课程标准一致性指标体系的构建研究[J].现代基础教育研究,2020,39(03):79-86.[7]李梅梅,刘春梅.高中地理教材与课程标准的一致性对比——以人教版、中图版《地理1》为例[J].地理教学,2020(23):17-20.[8]MorganS.Polikoff.HowWellAlignedAreTextbookstotheCommonCoreStandardsinMathematics?[J].AmericanEducationalResearchJournal,2015,52(6).[9]李伟,张雨强,董玉芬,尹萍萍.初中化学教材习题与课程标准的一致性初探[J].中学化学教学参考,2012(Z1):44-47.第二节教材表层结构分析教材表层结构教材表层结构是为使学生更有效地学习内化教育内容而赋予教科书的表现形式,包括教材的各功能模块、栏目及其所属的文本表征和图表表征。本研究以新修订的普通高中物理教材为实例,分析当前科学教材表层结构的基本形式和主要特点,重点解析各要素的功能、关注教材的呈现表征与形式组织,并对后续研究进行展望。理论基础针对科学教材的分析与评价,中国“理科教材难度比较项目”、英国苏萨克斯课程材料分析项目、美国“2061计划”中的课程教材研究项目等都曾设计了成体系的框架。例如“2061计划”教材研究项目“教学分析”维度的指标体系理论基础为落实《中小学科学类教材质量提升攻坚行动实施工作方案》，提升科学类教材质量，2022年课程教材研究所受教育部教材局委托组织中小学科学类教材评估工作。该项工作在原有教材审核工作基础上，分析综合现有中外科学类教材评估研究，经向中国科学院院士和资深教材审查专家的多轮次调研，制定了三层次分析框架。评估框架示例二级指标三级指标传承科学家精神弘扬胸怀祖国、服务人民的爱国精神弘扬勇攀高峰、敢为人先的创新精神弘扬追求真理、严谨治学的求实精神弘扬淡泊名利、潜心研究的奉献精神弘扬集智攻关、团结协作的协同精神弘扬甘为人梯、奖掖后学的育人精神评估过程示例为更好地适应学科特点，各学科组根据自身学科特征，调整教材评估二级指标和三级指标。在评估工作过程中，各学科组结合试评进行讨论，根据工作实际撰写“评估要点”，对现行指标做出操作性说明，进一步提升教材评估工作的操作性。二级指标三级指标评估要点准确表征概念准确表征科学概念的内涵与外延教材正文是否准确表征了物理概念，并支持教师对其内涵和外延进行清晰的说明。图表中的概念、规律表征准确无误教材配图和表格是否准确应用了物理概念的表示符号，其内容表征是否准确无误。中外科学概念翻译准确、对应清晰中学物理教材中的核心科学概念、定律等附有英文术语翻译，表达准确，符合科技写作规范。发展应用概念关注学生概念建构的难点与科学前概念教材内容设计是否关注了学生建构物理概念的难点，其情境和问题设计是否为学生概念发展提供了支持。展现概念建构的意义价值和概念发展逻辑教材是否在引入物理概念时展现了概念建构的经验基础及其对科学思维、探究和交流的意义。促进概念整合创设真实情境，示范科学概念的应用教材是否为学生设计了适宜的问题或任务来给予学生机会掌握如何在各种场景中应用物理知识解决问题。各类教材栏目帮助学生理解概念间联系教材是否在正文、旁注或总结提升栏目中引导学生建构物理概念间的联系，进行思维整合。教材整体结构有助于逐步建构概念体系、发展科学观念、形成科学图景教材各册之间、各章之间的整体编排是否有助于学生逐步建构概念体系，发展物理观念、形成科学图景。研究设计2017年版普通高中课程方案和课程标准颁布后，各编写出版单位按照课程标准对普通高中教材进行了大幅修订。6套物理教材经国家教材委员会科学专家委员会统一审查，已于2019年起进入《中小学教学用书目录》供各省市选用。本研究选取了根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的6套物理教材的必修册次为研究对象，从整体结构和微观架构两方面分析当前物理教材表层结构。整体结构分析1.高中物理教材普遍采用册—章/专题—节/实验—小节—正文栏目五级编排结构。教材整体编排贴合课标，分册对标课标模块，单元设置遵从课标主题规划。教材多用1-2个单元对应课标单个主题，单元顺序大多依从课标排布。编排差异主要体现在必修2、3能量相关内容位次，部分教材依教学经验调整机械能教学顺序。整体知识架构契合课标思路，兼顾学科逻辑与教学认知规律。微观设计分析按照栏目所处的位置和功能，可将教材栏目分为“导引栏目”“正文栏目”“侧边栏目”“节后栏目”“章末栏目”“拓展栏目”六类。“导引栏目”主要包括序言、章首语以及各类章首/节首栏目等，旨在呈现教材的整体设计，展现章节主要内容，创设各节教学的问题情境。微观设计分析“正文栏目”主要包括观察思考、实验探究、分析论证、讨论交流、示范例题等栏目，是发展学生核心素养最主要的内容载体。微观设计分析随着版面率的优化，大部分教材留出了侧边栏并增设了“侧边栏目”来配合正文栏目，承担名词解释、方法提示、补充资料、解读旁注等功能。微观设计分析“节后栏目”和“章末栏目”主要供学生进行课后练习、自我评价、复习总结使用。微观设计分析为适应学生多样性、选择性的学习需求，教材普遍设立了“拓展栏目”补充相关信息材料或探究问题，以期实现开阔视野、联系实际、课外探究等目标。讨论与启示科学教材历经两百年发展，由纯知识文本演变为融合教学理念的教学载体，新版教材表层结构与栏目设计持续优化。现有研究局限于静态文本，缺乏师生使用动态实证研究。后续需搭建分析评价体系，探究教材结构与教、学行为的内在关联。深挖表层结构利于教材革新，立足学习过程优化模块，结合数字技术研发自适应新型教材。第三节教材对素养发展的支持：科学本质研究背景理解科学本质（NatureofScience，简称NOS）是科学素养的核心要素。在新一轮课程改革中，从小学到高中理科各课程均明确提出了将理解科学本质作为课程目标之一。教科书作为教学内容的具体载体，在一定程度上决定了课程教学中能否落实课程标准对科学本质的理解要求。研究教科书的发展，特别是新世纪以来我国高中物理教科书中科学本质的表征数量和表征特点的变化，有助于教师关注和理解教科书中科学本质的变迁特点，并为后续教科书修订、相应教师培训和课堂教学设计提供参考。理论基础科学本质三维框架确立于美国科学促进会（AAAS）印发的《面向全体美国人的科学》中对科学的本质的描述。分三个部分讨论科学教育中的科学本质：科学世界观、科学探索和科学事业。这一框架可以具体指导课程和教学设计。例如科学知识的本质方面，可期望高中生理解：科学知识来源于对自然现象的观察。观察是对自然现象的陈述性描述，当然，科学家的观察需要借助感官进行过滤，通过科学仪器进行解析。观察与推理相结合，才能产生科学知识。科学不是一种完全理性、有序的活动。科学知识是相对稳定的，并不断发展和进步……理论基础研究设计本研究以赫里克（Khalick）等新近修订的科学本质分析框架作为研究工具，该框架包含“实证性”“观察与推论的区别”“创造性”“理论负载性”“暂定性”等10个维度，建立在理论和实践的基础上，已成功用于分析跨度40年的科学教科书，具有很好的结构效度与一致性。研究设计本研究以赫里克（Khalick）等新近修订的科学本质分析框架作为研究工具，该框架包含“实证性”“观察与推论的区别”“创造性”“理论负载性”“暂定性”等10个维度，建立在理论和实践的基础上，已成功用于分析跨度40年的科学教科书，具有很好的结构效度与一致性。NOS维度各维度内涵操作性定义示例实证性科学知识来源于对自然现象的观察，然而，科学家并没有直接接触到大多数自然现象，他们的观察需要借助感官进行过滤，通过科学仪器进行调解，或者从复杂的理论框架中进行解释。教科书出现“证实”“实验表明”“实验说明”“事实表明”等词语。库仑曾经猜测电荷之间的作用力与距离的二次方成反比，他用扭秤实验测量了两个带电小球在不同距离下的静电力，证实了自己的猜测。观察和推论的区别观察和推论之间有一个重要的区别。观察是对自然现象的陈述性描述，这些自然现象可通过感官或感官的延伸得到，观察者可以相对容易地达成共识（例如，从地面上释放出来的物体往往会落到地面上）。另一方面，推论是关于感官无法直接接触到的现象的陈述（例如，物体由于重力而倾向于掉到地上），通过它们的表现效果来感知或测量。教科书出现先由类比等推理方式得出结论，再通过实验证实；或者根据实验现象推理得出结论。保持电荷量Q和板间距d不变，通过指针的改变【观察】得知两极板间电势差的变化，由电势差的变化判断电容的变化，从而得知电容C与正对面积S的关系，通过实验得出如下结论…【推论】创造性科学不是一种完全理性、有序的活动。从科学家发明解释和理论实体的意义上讲，科学知识的产生涉及人类的创造性。

科学的这种特质，加上推断性质，使得科学实体（原子、力场等）是功能理论模型，不是真实本体的复制。教科书出现新的理论或新的技术，出现“创造”“首次发现”“第一次提出”等词语。英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的“electricity”(电)这个词，用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷。理论负载性科学家的理论和学科承诺、信念、原有知识、经验和期望影响着他们的研究问题、研究方法的选择、观察（和不观察）什么以及对这些观察的解释。这种个体性（有时是集体的）或思维定势决定了理论在产生科学知识方面的作用。科学从来不是从中立的观察开始的，而是源于某些理论观点的启发和指导，并从理论中得到解释。教科书出现科学家的认识受当时社会或个人观念等影响的表述，因自己的偏见影响到科学研究，造成不同的解释。相隔一定距离的电荷或磁体间的相互作用是怎样发生的？这是一个曾经使人感到困惑、引起猜想、而且有过长期争论的科学问题。19世纪以前，不少物理学家持超距作用的观点。研究设计本研究以赫里克（Khalick）等新近修订的科学本质分析框架作为研究工具，该框架包含“实证性”“观察与推论的区别”“创造性”“理论负载性”“暂定性”等10个维度，建立在理论和实践的基础上，已成功用于分析跨度40年的科学教科书，具有很好的结构效度与一致性。NOS维度各维度内涵操作性定义示例暂定性科学知识可靠而持久，但不是绝对的或确定的。一切知识（事实、理论、定律等）都可能发生变化。随着概念和技术进步带来的新证据的出现，科学主张会发生变化；随着新改进的理论对当前证据的新解释，文化社会领域或既定研究项目方向的转变，科学主张也会发生变化。教科书出现例如新的理论取代旧的理论，或出现“推翻”“修改”“打破”等词语。大量实验事实表明，电荷既不会创生，也不会消灭…这个结论叫做电荷守恒定律。近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮没。因此，电荷守恒定律现在的描述是：一个和外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。科学研究途径的多样性人们通常会有认为所有科学实践都有一个像菜谱一样固定的程式能够表征科学实践。这种观念是错误的:不存在单一的科学方法可以确保绝对正确的知识。科学家观察、比较、测量、测试、推测、假设、辩论、创造想法和概念工具，并构建理论和解释。然而，