五個(gè)版本高中物理教科書(shū)中“電路”教學(xué)內(nèi)容的對(duì)比研究

(上海科技教育出版社，上海　200235)

1　課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》)對(duì)《物理選修3-1》中電路部分的要求是:(1) 觀(guān)察并嘗試識(shí)別常見(jiàn)的電路元器件，初步了解它們?cè)陔娐分械淖饔谩?/p>

(2) 初步了解多用電表的原理。通過(guò)實(shí)際操作學(xué)會(huì)使用多用電表。

(3) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究決定導(dǎo)線(xiàn)電阻的因素，知道電阻定律。

(4) 知道電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，理解閉合電路的歐姆定律。

(5) 測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。

(6) 知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。

(7) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察門(mén)電路的基本作用。初步了解邏輯電路的基本原理及其在自動(dòng)控制中的應(yīng)用。

(8) 初步了解集成電路的作用。關(guān)注我國(guó)集成電路以及元器件研究的發(fā)展情況。

2　從宏觀(guān)上看五個(gè)版本彰顯的個(gè)性與共性

按照《課程標(biāo)準(zhǔn)》編寫(xiě)的五個(gè)版本教科書(shū)對(duì)電路部分的內(nèi)容都給予了重視，但各版本教科書(shū)對(duì)該內(nèi)容的呈現(xiàn)方式不盡相同。

(1) 在整體設(shè)計(jì)上，滬科教版教科書(shū)具有一定的創(chuàng)新性，將《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的“電路”主題呈現(xiàn)為“從電表電路到集成電路”“探究閉合電路歐姆定律”兩章。第3章“從電表電路到集成電路”以多用電表為探究情景載體，設(shè)置了問(wèn)題串：“多用電表為什么既能測(cè)電流又能測(cè)電壓，還能測(cè)電阻？它是通過(guò)怎樣的電路實(shí)現(xiàn)一表多用的功能的？”……首先在讓學(xué)生認(rèn)識(shí)多用電表，并在學(xué)習(xí)使用多用電表的基礎(chǔ)上，利用多用電表對(duì)電路中的電流、電壓和電阻進(jìn)行測(cè)量；然后通過(guò)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)和分析論證，探究電流、電壓、電阻的成因以及電阻定律，引導(dǎo)學(xué)生使用多用電表測(cè)量這些電學(xué)量；最后再對(duì)多用電表內(nèi)部電路進(jìn)行分析，由此過(guò)渡到邏輯電路和集成電路。第4章仍以多用電表測(cè)量路端電壓時(shí)產(chǎn)生的疑問(wèn)為探究情景，采用觀(guān)察實(shí)驗(yàn)和分析論證交替進(jìn)行的方法等，運(yùn)用能量守恒的觀(guān)點(diǎn)，將電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻、閉合電路歐姆定律和電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒等一系列問(wèn)題，融入用多用電表測(cè)量電學(xué)量和分析包含電源的閉合電路的活動(dòng)中。采用案例分析的方法，論證多用電表測(cè)電阻的原理和閉合電路各狀態(tài)電學(xué)量相互之間變化的制約關(guān)系，以及能量轉(zhuǎn)化與守恒的問(wèn)題，進(jìn)而讓學(xué)生領(lǐng)悟電路中各電學(xué)量相互聯(lián)系、相互制約，是按照一定的規(guī)律變化的。

滬科教版教科書(shū)凸顯了“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)理念，讓學(xué)生在學(xué)會(huì)使用多用電表的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)電路中各電學(xué)量的成因和電路的基本知識(shí)，知道多用電表為什么具有多個(gè)電學(xué)量測(cè)量的功能；凸顯了以多用電表為載體，設(shè)計(jì)探究情景，以問(wèn)題串的形式引導(dǎo)探究活動(dòng)；凸顯了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。多用電表是生產(chǎn)實(shí)踐中測(cè)量電學(xué)參量時(shí)最常用的儀表，該教科書(shū)始終抓住多用電表這個(gè)載體，用多用電表測(cè)量直流電壓、直流電流和測(cè)量串、并聯(lián)電路的總電阻，用多用電表判斷晶體二極管的極性，用多用電表研究電路中的電壓與電勢(shì)降落，用多用電表探究金屬電阻與溫度的關(guān)系，用多用電表等實(shí)驗(yàn)器材探究電阻定律，通過(guò)多用電表電路分析與設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)伏特表和安培表的原理，用伏特表和安培表探究閉合電路的路端電壓和內(nèi)電壓的關(guān)系，并將多用電表中歐姆表的原理作為閉合電路歐姆定律應(yīng)用的典型案例。

(2) 人教版教科書(shū)“恒定電流”一章最大的亮點(diǎn)是“多用電表的原理”內(nèi)容的編排與設(shè)計(jì)。人教版沒(méi)有把歐姆表作為新知識(shí)點(diǎn)來(lái)處理，擺脫了原教科書(shū)中的單純理論推導(dǎo)和儀表結(jié)構(gòu)、原理、使用方法的編排順次，而是基于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，從閉合電路歐姆定律的應(yīng)用入手，通過(guò)體驗(yàn)性探究，用例題的方式讓學(xué)生真切感受并領(lǐng)會(huì)歐姆表的工作原理、結(jié)構(gòu)和使用方法，尤其隱含了對(duì)歐姆表難點(diǎn)的闡述性講解，如“歐姆表表盤(pán)為什么非均勻”“Rx=0時(shí)如何使電路電流達(dá)到滿(mǎn)偏”等，旨在提高學(xué)生靈活運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。該教科書(shū)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)閉合電路歐姆定律，得出并抓住閉合電路中的電流與外電阻一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，將較難測(cè)量的電阻轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電流，將電流表上電流刻度換成電阻的刻度，進(jìn)而滲透了轉(zhuǎn)換的思想。

人教版的亮點(diǎn)二是“簡(jiǎn)單的邏輯電路”一節(jié)，通俗易懂，可讀性強(qiáng)。該教科書(shū)分別從體現(xiàn)“與”“或”和“非”邏輯關(guān)系的三個(gè)生活事例出發(fā)，介紹三種邏輯電路的邏輯關(guān)系，并鼓勵(lì)學(xué)生從生活中尋找相關(guān)事例，然后在此基礎(chǔ)上介紹表示三種邏輯關(guān)系的真值表。這種編排設(shè)計(jì)順暢，以幫助學(xué)生理解三種門(mén)電路。

(3) 粵教版教科書(shū)的亮點(diǎn)有二：① 其“電路”一章的編寫(xiě)較簡(jiǎn)明，在初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)直流電路的概念和規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

② 在課程內(nèi)容上體現(xiàn)了時(shí)代性的要求，其他版本均將《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求的門(mén)電路和集成電路合編在一節(jié)中，而粵教版設(shè)有“走進(jìn)門(mén)電路”和“了解集成電路”兩節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)電路的特點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)對(duì)各邏輯電路的功能的理解。

(4) 教科版教科書(shū)仍按傳統(tǒng)編排了“歐姆定律”和“伏安法測(cè)電阻”兩章，是在初中物理基礎(chǔ)上的提升與升華，介紹了電流的形成機(jī)理，用實(shí)驗(yàn)探究元件的伏安特性曲線(xiàn)。在“用伏安法測(cè)電阻”一節(jié)中，讓學(xué)生采用比較的方法來(lái)探索伏安法測(cè)電阻的兩種接法，實(shí)驗(yàn)完畢后再組織學(xué)生討論書(shū)上提出的問(wèn)題。通過(guò)這種比較討論，能使學(xué)生更清楚地理解哪一種接法更適宜于測(cè)量阻值大小不同的電阻，使其測(cè)量誤差更小。比較是人們認(rèn)識(shí)事物的一種有效的方法。通過(guò)比較我們可以知曉不同事物在性質(zhì)、屬性、結(jié)構(gòu)、適用范圍、精確程度等方面的異同，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索其中的原因，完成從現(xiàn)象到本質(zhì)的探索。這種比較的方法能夠給學(xué)生留下更深刻的印象。該教科書(shū)注重設(shè)置問(wèn)題情景，以問(wèn)題為線(xiàn)索展現(xiàn)教學(xué)進(jìn)程。

(5) 魯科版教科書(shū)將“電路”主題按“恒定電流”“閉合電路歐姆定律和邏輯電路”兩章來(lái)編排，每章開(kāi)篇都有可讀性強(qiáng)的“導(dǎo)入”語(yǔ)和“本章要求”，在“電路”一章的結(jié)尾部分，附有與電路內(nèi)容有關(guān)的專(zhuān)題探究，主要涉及實(shí)驗(yàn)與制作和調(diào)查研究?jī)蓚€(gè)方面的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)與制作專(zhuān)題旨在了解實(shí)驗(yàn)制作所依據(jù)的物理原理，安全規(guī)范地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)自己的探究活動(dòng)進(jìn)行反思并與他人交流。調(diào)查研究專(zhuān)題旨在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、從物理學(xué)的角度提出問(wèn)題，利用圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)等查找并收集有關(guān)資料，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，學(xué)習(xí)整理、分析調(diào)查信息及有關(guān)數(shù)據(jù)，從中得出結(jié)論，完成調(diào)查報(bào)告。

(6) 五個(gè)版本教科書(shū)對(duì)“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究決定導(dǎo)線(xiàn)電阻的因素”的處理方法不相同。教科版、粵教版、魯科版采用伏安法，這種方法比較傳統(tǒng)，探究過(guò)程長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)花時(shí)多。人教版將該實(shí)驗(yàn)細(xì)化為“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”和“探究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系”，而對(duì)前者還提供了兩套方案，其中一個(gè)方案采用同步對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究，另一個(gè)方案是理性探究。而滬科教版則是利用多用電表直接測(cè)出不同導(dǎo)體的電阻，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)多用電表測(cè)電壓電路的分析與設(shè)計(jì)，放開(kāi)讓學(xué)生自主對(duì)多用電表測(cè)電流的電路分析與設(shè)計(jì)，以期達(dá)到讓學(xué)生舉一反三、觸類(lèi)旁通的學(xué)習(xí)效果。五個(gè)版本教科書(shū)均將歐姆表的原理作為閉合電路歐姆定律應(yīng)用的典型案例。

(7) 五個(gè)版本教科書(shū)中對(duì)電源、電動(dòng)勢(shì)的表述如下表。

版本人教版教科版粵教版滬科教版魯科版電動(dòng)勢(shì)定義電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功,定義式E=Wq。電動(dòng)勢(shì)是表示電源內(nèi)部非靜電力把單位數(shù)量的正電荷從負(fù)極移到正極過(guò)程中做功多少的物理量。電源的電動(dòng)勢(shì)數(shù)值上等于不接用電器時(shí)電源正負(fù)兩極間的電壓。電源的電動(dòng)勢(shì)就是電源內(nèi)部非靜電力移送單位正電荷所做的功。電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源沒(méi)有接入外電路時(shí)兩極間的電壓。解讀E=U內(nèi)+U外電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路的電勢(shì)降落之和。電源電動(dòng)勢(shì)E等于內(nèi)外電路兩個(gè)電阻上電壓之和。電動(dòng)勢(shì)等于U外和U內(nèi)之和。

粵教版、魯科版教科書(shū)是從電源特性的角度出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究電動(dòng)勢(shì)、外電壓、內(nèi)電壓三者之間的定量關(guān)系，在此基礎(chǔ)上再定義電動(dòng)勢(shì)，其建構(gòu)過(guò)程親和力強(qiáng)，學(xué)生易于接受，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法建構(gòu)電動(dòng)勢(shì)，只能反映電源的電動(dòng)勢(shì)跟外電路無(wú)關(guān)，而不能反映電源的電動(dòng)勢(shì)是由電源中非靜電力的特性決定的，沒(méi)有較好地凸顯物理問(wèn)題的核心。從接受知識(shí)的角度看是速效的，但從培養(yǎng)能力和解決物理問(wèn)題的本質(zhì)的角度看，教與學(xué)的有效性并沒(méi)有得到很好的凸顯。因此，采用何種表述，要根據(jù)學(xué)生的情況進(jìn)行有效選擇。

3　結(jié)語(yǔ)

新《課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布,打破了新中國(guó)成立以來(lái)全國(guó)一綱一本的局面(上海市除外),使高中物理教科書(shū)出現(xiàn)了百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的局面,使教師有了比較各種版本教科書(shū)的機(jī)會(huì)，也使教師在教學(xué)中可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，取某一教科書(shū)之長(zhǎng)，更好地進(jìn)行課堂教學(xué)。

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