摘要：《普通高中物理课程标准（实验）》不仅规定了课程的内容，而且对于内容的组织与呈现方式也提出了要求。本文对高中新课程实施以来，通过教育部审查的5种版本物理教材进行了比较研究，着重分析了它们在注重科学与人文的融合、引导教学方式的改变、强化栏目功能、利用插图传递多种有教育价值的信息等方面的共性与特色。

 

　　关键词：呈现方式；人文素养；教学方式；栏目设计；插图设计

 

　　教科书的呈现方式可以有两个层面的理解：从表层来讲，它包括教科书的版式设计、栏目设置、插图设计等方面；从深层来讲，它包括由教科书的行文风格所反映出来的编者的文化底蕴，对课堂教学方式的影响，等等。这两个层面实际上是互相影响、难以割裂的。教科书的呈现方式不同，对学习者的学习兴趣、学习方式和学习效果的影响也不同。

 

　　《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称“课标”）对于教科书内容的组织与呈现提出了如下要求：⒈教科书应成为提出问题、分析问题和解决问题的范例；⒉为实施探究活动提供指导和帮助；⒊呈现形式要生动活泼；⒋教科书应传递多种有教育价值的信息。

 

　　2004年以来，已经通过全国中小学教材审定委员会初审的《普通高中课程标准实验教科书》如下：

 

　　·张大昌主编，人民教育出版社出版（以下简称“人教版”）

 

　　·束炳如、何润伟主编，上海科技教育出版社出版（以下简称“沪科教版”）

 

　　·廖伯琴主编，山东科学技术出版社出版（以下简称“鲁科版”）

 

　　·保宗悌主编，广东教育出版社出版（以下简称“粤教版”）

 

　　·陈熙谋、吴祖仁主编，教育科学出版社出版（以下简称“教科版”）

 

　　本文拟结合课标的要求，分四个方面对新课程高中物理教科书的组织与呈现方式进行分析。

 

　　一、注重科学教育对学生人文素养的提升

 

　　从某种角度来说，“人文”就是指人类社会的各种文化现象，而“人文素养”则是泛指做人的态度，即人对自然、人对社会和人对自身的态度。物理课程的知识体系不管经过如何的改革和更新，归根到底都是前人在不同空间层次和时间层次上对客观事物的认识的积累和总结，是人和自然界关系的一种反映。物理课程的实施需要教育者和受教育者两者之间在认识上、情感上和行动上进行交流和探讨，这种交流和探讨的过程本质上就是人与社会的关系、人与自身的关系的一个动态的过程。因此，虽然基础教育理科课程和文科课程的内容有很大的区别，但是，在一定程度上，它们具有的人文素养教育功能是相通的。

 

　　有调查表明，近年来，我国国民的科学素养在逐渐提高。然而，在相当一部分人的认知中，科学与人文是割裂的，或者至少是联系不密切的，而科学教育对于人文素养的培养并无助益。例如，许多人对于物理学的认识还停留在一些具体的物理形象上（如从斜面上滑下的木块、振动的单摆、浮在水面上的小球等），或者局限于某些物理规律（如万有引力定律、电磁感应定律等），而对于物理学中蕴含的人文精神知之甚少。这种现象固然与应试教育的大环境有密切关系，但教科书行文缺乏对人文精神的融合也是一个原因。新教科书在改变这个现状方面进行了有益的尝试，主要表现在以下两个方面。

 

　　（1）体现物理教学的文化传承功能

 

　　科学是人为的和为人的活动。一方面，科学是科学家智力活动的产物，科学家的价值观、情感和精神世界不能不影响到这些活动。另一方面，科学取得的成就已经并且还将继续深刻地改变大众对于世界的看法，改变人们的生活方式以至价值观念。因此，科学必有广阔而深刻的人文背景。

 

　　哥白尼提出“日心说”就是一个很好的例证。人教版必修2模块在回顾人类对行星运动规律的认识过程中，用四个小标题引出了整个线索──“托勒密：地心宇宙”“第谷·布拉赫：天才的观测家”“哥白尼：拦住了太阳，推动了地球”“开普勒：真理超出期望”。例如，在“哥白尼：拦住了太阳，推动了地球”这个小标题下，作者写到：

 

　　“公元1543 年，波兰的一位长者──哥白尼──临终前在病榻上为其毕生致力的著作《天体运行论》印出的第一本书签上了自己的姓名。这部书预示了地心宇宙论的终结。

 

　　此前一个世纪，文艺复兴带来的思想与艺术的繁荣在意大利萌发并已扩展到全欧洲。哥白尼坚信宇宙与自然是美的，而美的东西一定是简单与和谐的。托勒密的宇宙图景与他的信念不一致。另一方面，文艺复兴解脱了束缚人们头脑的枷锁，哥白尼采取了比前人更广阔的视角来洞察自然。就像那个时期艺术家们的眼光超越了宗教艺术、哥伦布的眼光超越了欧洲一样，哥白尼的眼光超越了地球。他把地球看成空间的一个物体，一个与其他天体相似的物体。这个观念是如此开放，以至在他面前，地球中心宇宙观显得那么狭隘和偏执。……”

 

　　教科书通过本例，把科学置于更大的文化背景下，体现了物理教学的文化传承功能。

 

　　另外，在许多文学作品中也蕴含着物理学的道理。例如，物理必修1模块中，人教版引用了宋朝诗人陈与义的诗句：

 

　　“飞花两岸照船红，百里榆堤半日风；

 

　　卧看满天云不动，不知云与我俱东”

 

　　无独有偶，沪科教版摘录了一首词《摊破浣溪沙》：

 

　　“满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎，

 

　　仔细看山山不动，是船行”

 

　　这两首诗词有异曲同工之妙，都是从诗人的角度看待运动与参考系的关系。恰当使用，不仅使学生学习了物理知识，而且受到文学的熏陶。

 

　　（2）在物理教学中融入美学教育

 

　　就像艺术创造活动一样，科学创造活动也深深地打上了美学的烙印。可以毫不夸张地说，科学美是启迪思想并使思想变得明晰的源泉之一。那么，科学美的最本质、最核心的含义是什么呢？庞加莱的说法是：“普遍和谐是众美之源”。万有引力定律和电的库仑定律的相似性和简洁性，揭示了自然界现象的多样性与统一性，就是一种内在的和谐之美。

 

　　除了反映科学活动中这些内在的美之外，新课程教科书还尝试将物理学的美与艺术的美结合起来。例如，物理学家李政道认为，科学与艺术的基本内容都是基于对称与不对称的相互，我们揭示自然界的对称与不对称的原则，与艺术家探索对称与不对称的美学原则十分相似。人教版1－1模块尝试通过京剧脸谱中的对称美（图1），让学生体会这一观点。

 

　　又如，粤教版3－5模块在讲解“自然界中的守恒定律”时，让学生观察荷兰画家埃舍尔的名画《瀑布》（图2），并提出下列问题供学生讨论：

 

 

　　从能量守恒的观点，你觉得这幅神奇而充满哲理的空间图形有没有什么问题？物理美与艺术美相同的地方是什么？不同的地方又是什么？

 

　　再如，鲁科版教科书除了给出物理学上的运动概念之外，还从艺术家的视角描述了运动。必修1模块中选用了画家Giacomo Balla的作品──《链子上一条狗的动态》（图3），将一连串的运动凝缩于画面，给人的感受是一系列重叠的形和连续的层次交错与组合，表现出迅疾的运动中的物像。

 

　　以上案例形象地展示了文学家和艺术家眼中的科学世界，使学生在获取科学知识的同时得到艺术的欣赏，也把文学修养的养成有机地融合到科学教育当中。当我们对科学、人文和艺术都理解得不够深刻的时候，会认为它们之间没有多少关系；但随着知识的增长和修养的提高，我们会发现科学、人文和艺术是互相渗透和融合，甚至是相通的。有人把科学、人文和艺术比作一个三棱锥体的三条棱：在三棱锥的底部，三条棱是分离的；而越往上走，三条棱会互相靠近并且最终合为一点。新课程教科书的编写实践表明，教科书应该而且有可能为此做一些贡献。

 

　　二、引导教学方式的改变，为实施探究活动提供帮助

 

　　课程标准强调教学方式的多样化，提倡探究式学习、主动学习、合作学习等新的教学方式。这些对于教师和学生都是一件新事物，教科书应该给予指导和帮助。教学内容在教科书中出现的顺序与方式，每项内容所用的篇幅等，都体现一定的教育思想和教学理念。例如，可以把比较简单的、局部的探究活动和研究性学习的内容安排在前面，对于较复杂的探究活动，教科书可以给出较为详细的指导；以后随着学习内容的深入，学生探究和研究的能力的增强，学生自行设计和选择的内容可以逐渐增多，完整的探究活动和深入的研究性学习的比例也逐渐加大。又如，科学始于观察，思维源于问题，教科书在讲解物理概念、原理和规律时，应力图从观察和问题出发，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。如此，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。这样就能使学生既理解了概念、原理和规律本身，又能领悟科学研究的方法，同时也降低了学习的难度。以下以沪科教版和人教版为例进行分析。

 

　　沪科教版尝试以问题串形式引导学生进入科学探究过程。教科书不是用生硬标题将学生圈到探究的某个环节中，而是就情就景，及时提出问题，引导学生操作与思考，使学生自觉进行探究。例如，在必修2模块的 “分析论证：研究平抛运动的频闪照片”中，教科书就照片提出了3个问题。

 

　　1．频闪照片上小球的轨迹跟伽利略用几何方法得到的轨迹是否一致？

 

　　2．伽利略假设平抛运动在水平方向应该是匀速直线运动，即小球在相同的时间内通过的位移应相等，你的测量结果怎样？

 

　　3．伽利略假设平抛运动在竖直方向应是自由落体运动，即小球通过的位移应与时间的二次方成正比，你的测量结果怎样？

 

　　由以上的实验探究和分析论证，你得出的结论是什么？

 

　　第1个问题是通过观察，与伽利略的猜想作对比；第2个问题是通过测量，验证伽利略关于水平方向运动的猜想；第3个问题是通过测量，验证伽利略关于竖直方向运动的猜想；最后得出结论。如此一步一步地引导学生进行探究。

 

　　人教版在必修1第2章通过 “思考与讨论”栏目提供了改变教学方式的范例。在出示了如下表所示的实验数据表格后，教科书虚构了这样一个教学场景：

 

表1 “探究小车的运动规律”测量记录

 

　　老师：能不能根据表中的数据，用最简便的方法估算实验中小车从位置0到位置5的位移？

 

　　学生A：能。可以用下面的办法估算：

 

　　x＝0．38×0．1＋0．63×0．1＋0．88×0．1＋1．11×0．1＋1．38×0．1＝……

 

　　学生B：这个办法不好。从表中看出，小车的速度在不断增加，0．38只是0时刻的瞬时速度，以后的速度比这个数值大。用这个数值乘以0．1 s，得到的位移比实际位移要小。后面的几项也有同样的问题。

 

　　学生A：老师要求的是“估算”，这样做是可以的。

 

　　老师：你们两个人说得都有道理。这样做的确会带来一定误差，但在时间间隔比较小、精确程度要求比较低的时候，可以这样估算。要提高估算的精确程度，可以有多种方法……

 

　　过去的学习方式基本是“老师讲，学生听，学生练”。新课程不应该全盘否定过去，今后老师还要讲，学生还要听、还要练；但是在讲、听、练的过程中我们提倡“独立思考，同伴交流，师生互动”。教科书的作用之一是引导课程方向，包括对学习方式的引导。以上就是一个很好的例子。

 

　　三、强化栏目功能

 

　　新版教科书都设置了丰富多彩的栏目，它们名称各异且各具特色，如下表所示。

 

 

　　这些栏目归纳起来大致有以下两个主要功能。

 

　　（1）通过栏目设置体现选择性

 

　　高中新课程提倡“选择性”，这不仅体现在课程结构的模块化设置上，而且还体现在课程内容上。教科书应当给予学生一定的自由空间，让其选择学习自己感兴趣的物理内容。为此，各个版本的新教科书都专门设计了许多开放性的栏目，学生可以根据自己的能力和兴趣，有选择地学习。

 

　　例如，高中课标提出要“重视将信息技术应用到物理实验室……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”。用信息技术改造某些已有的实验、增加原来不能做的实验，这是大势所趋。但是，由于各地区经济发展不平衡，很多学校还不具备相应的硬件条件。因此，人教版在“做一做”栏目中多次介绍了信息技术在实验中的应用，例如第二章第一节“用计算机绘制v-t图象”，第四章第五节“用传感器研究作用力与反作用力的关系”等。这个栏目属于拓展性内容，可由各个学校、各位学生根据具体情况在课外选做。

 

　　又如，沪科教版通过“信息浏览”栏目向学生提供多种丰富的学习资源，开阔学生视野，扩大学生的知识面，增强学生的应用能力和创新能力。必修2全书共有“信息浏览”栏目十余个，向学生介绍了“伽利略是怎样研究抛体射程的”、“八大行星数据”、“时间延缓效应的实验验证”、“爱因斯坦简介”等内容。栏目中并配有多幅精美的插图，既有原理性的，也有情境性的（如我国第一位航天员杨利伟在太空舱内展示五星红旗），使得图文结合，版面活跃，增强了教科书的可读性。还向学生介绍科普读物，要求学生在网上查询，通过调查访问等，拓宽学生的思维，增进获取信息的能力。人教版的“科学漫步”“科学足迹”等栏目也有同样的功能。教科版则通过“发展空间”栏目整合了弹性内容，包括“课外阅览”“实验室”“物理在线”等。

 

　　（2）引导学生的自主学习活动

 

　　新课程实施中一个很重要的特点，是强调学生在教师引导下积极主动地建构知识。作为教科书，通过栏目设计来引导学生自主学习是一条重要途径。

 

　　例如，鲁科版设置了“迷你实验室”栏目，其中不少实验原理清楚、适合学生自己完成的。例如“自制倾角仪”、“自制水罗盘”、“自制水火箭”、“圆锥为什么会向上滚”，等等，它们都比较容易制作和操作，学生可以自己动手完成。这些小实验贴近学生生活，很容易引起他们的兴趣。通过亲自动手做这些小实验，即满足了学生的求知欲望，又可以培养他们用物理知识分析问题的能力。

 

　　粤教版的“回顾与评价”栏目对于教科书如何促进学生的自我评价、过程性评价进行了有益的探索。例如，在学习了“电磁感应”之后，围绕这个中心话题，教科书设置了一系列问题，如“我对电磁联系的新认识是：        ”，“我对电磁感应研究方法的体会是：        ”，“我还想探究：        ”，“我在本章学习中遇到的困难是：        ” ，等等。这些问题，有的是对于知识的总结，有的是对本章中探究过程和方法的回顾与总结，还有的则是为了引导学生进一步深入探究新问题。教科书通过这些问题引导学生回顾与评价整个一章学习过程的方方面面，达到“以评价促进学生发展”的目的。

 

　　由此可见，在栏目设计方面，新教科书的编者们倾注了大量的心血，各套教科书的栏目设计既有共性的地方，某些栏目又独具匠心，表达出编者的独特设计理念。

 

　　四、利用插图传递多种有教育价值的信息

 

　　图表是呈现科学情境的重要形式。图画和语言文字是两种不同的表达系统，对人的发展具有不同的价值。文字的描写较能确切地阐明知识的内涵，但当传达较复杂的知识时，学习者往往无法由文字线性式的叙述来重新建构非线性的复杂的知识架构。反之，图表的表现较为直观，可立即表现非线性式的知识架构。与文字相比，图画语言具有形象性、直观性和生动性，所传递的信息更能引起学生的注意力和兴趣，改善学习者的理解和记忆。而且优美的图片在扩展学生的审美情趣、发展学生的审美能力方面有积极的作用。图表与文字的功能是互为补充的，因此两者在同时使用时功能最佳。越来越多的实证性研究发现视觉辅助对学习有正面的影响。无庸置疑，视觉化图表的确可扮演辅助文字的角色，补充强化文字叙述的不足之处，并可影响学习者的认知结构，加强学习成效。

 

　　与传统教科书相比，新版教科书在图表设计方面主要有以下特点。

 

　　（1）插图的数量和类型有所增加

 

　　传统教科书特别注重语言的科学性、严谨性，而对插图的功能的重视则略显不够。新版教科书充分注意发挥图片形象、直观、易懂、有趣的特点。首先，从图片数量上看，新版教科书比传统教科书有所增加。以人教版为例。现行《全日制普通高级中学教科书物理》的总图数为1087幅，平均每个印张的图片数为24幅；而新课标《普通高中课程标准实验教科书》的总图数为2009幅，平均每个印张的图片数接近27幅。其次，从图片的类型看，除了传统的原理图、模型图和示意图外，新版教科书还都新增了精美的章首图和引语，力图从一开始就吸引学生的兴趣，就好像一部精彩的小说通常在开篇就会抓住读者的心。另外，各版本还都设计了一些卡通图和有创意的图片。这些插图适应当前学生的心理。合理利用，学生们可以在赏心悦目的情景中领会知识，达到事半功倍的效果。

 

　　（2）利用插图传递多种有教育价值的信息

 

　　在教科书传递的信息中，与科学内容相伴的还有大量其他信息，这些信息都是宝贵的课程资源，同样对学生起着潜移默化的教育作用，不能忽视。其中，插图所传递的信息主要包括以下三个方面。

 

　　①各版教科书中所用图片和图表都尽可能选用与内容要求相符的最新科技成果，特别是反映我国科技发展的新面貌。例如，各个版本都通过神舟飞船或我国航天员的照片，介绍了我国在航天事业中的成就，使学生除了学到科学知识和科学方法外，还能感受到时代的脉搏，保持积极向上的精神状态。

 

　　②科学是全人类文化发展和进步的结晶，在涉及物理学发展史和科学家的事迹时，要注意世界上多种文明对科学发展的贡献，更要恰当介绍和评价中华文明的贡献。例如，沪科教版在“万有引力定律与天文学的新发现”一节中，展示了我国古代帛书中所记载的彗星图像。

 

　　③各版本教科书都注意利用插图反映物理与生活和社会的联系。例如，沪科教版通过插图，呈现了利用较小的力拉出陷入泥淖中的汽车的情境，从而学习“力的合成与分解”这一知识。又如，人教版在讲解自由落体运动时，设计了高处落下的物体的照片。由于曝光时间较长，照片中物体出现“拖尾”现象，可以通过尾迹的长度估算照相机的快门。这两个知识点固然也可以通过传统的、抽象的原理图来学习，但如果把它们放在联系生活实际的场景中来学习，更能体现新课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。

 

　　综上所述，课改以来的各版本物理教科书，除了重视在传授知识、培养技能、发展智力与能力等方面的作用外，在内容的组织与呈现方式上也都进行了一些创造性的工作，力图以新的面貌呈现在读者面前。这些创新之处，有的浮在表面，一望便知；有的蕴于文中，需要细细品味。作为联接教科书与学生的桥梁，教师只有仔细挖掘教科书表面呈现方式的改变所隐藏的深层涵义，才能更好地发挥它的功能。

 

　　参考文献：

 

　　[1]中华人民共和国教育部。《普通高中物理课程标准（实验）》。北京：人民教育出版社，2003。

 

　　[2]张大昌。《普通高中课程标准实验教科书》，第2版。北京：人民教育出版社，2006。

 

　　[3]束炳如，何润伟。《普通高中课程标准实验教科书》，第3版。上海：上海科技教育出版社，2007。

 

　　[4]廖伯琴。《普通高中课程标准实验教科书》，第3版。济南：山东科学技术出版社，2007。

 

　　[5]保宗悌。《普通高中课程标准实验教科书》，第2版。广州：广东教育出版社，2005。

 

　　[6]陈熙谋，吴祖仁。《普通高中课程标准实验教科书》。北京：教育科学出版社，2005。

 

　　[7]中国公众科学素养调查课题组。《2003年中国公众科学素养调查报告》。北京：科学普及出版社，2004。

 

　　[8] 黄显华，霍秉坤。《寻找课程论和教科书设计的理论基础》。北京：人民教育出版社，2005。