编写物理新教材专家谈

（网上学习、完成作业共4学时，面授16学时）

物理课程改革：背景·标准·教材

北京教育学院  张维善

一、理课程改革的背景  

    课程的设置、课程标准的制定及教材的编写是学校教育的核心问题。

    课程的含义有广义和狭义之分。广义是指学校所有教学科目的总和;狭义是指一门学科。

    显然，作为一门学科的物理课程的改革只是广义课程改革的一个组成部分，而广义课程的改革又必然是为整个基础教育的发展目标和发展策略服务的。直白地说就是，一旦现有的教育发展目标和发展策略及其实现形式的教育内容、教育过程和教育成果与社会经济发展．不相适应的矛盾突出了；与受教育者个人的后续成长乃至终身发展的要求不相适应，甚至产生诸多负面作用了，课程改革就要应运而生。

    这是课程改革的一个大背景。那么，这个大背景在物理课程及其教材与教学中是否有所反映呢?让我们举两个实际事例来说明。

    人们对现行物理课程内容的批评经常被概括为“繁、难、偏、旧”。另一种概括是“难、窄、旧”。这两类概括的共同点之一是“旧”和“窄”，“偏”也是窄的一种表现。那么，这样的批评是否属实?

    有一位记者曾经问杨振宁先生：“物理学是由哪个人在哪一天建立起来的?”杨先生回答说：“像近代一切科学一样，物理学不是某个人在某一天创造的。但是，如果你一定要让我举出某一天作为物理学的诞生标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》1687年出版的那一天。”这就是说，直到今日，作为一门近代科学的物理学创立已有314年的历史了。在这三百多年的日子里，像一切近代科学一样，物理科学知识、理论、方法及应用的发展步伐呈现加速的趋势。例如，近代物理学的两大基石一一相对论和量子论，就是20世纪初年确立的。没有它们，今日的核能利用、激光、电脑，乃至纳米技术等等，都是不可想象的。但它们也已有近100年的“存在”了。可是我们现行物理教材中，大约有百分之九十五的内容都是1900年以前的。就是说在300年的物理中头200年的物理占了百分之九十五，而后100年的物理只占百分之五。这个比例合适吗?以这样的物理内容去教育21世纪北京市的中学生，他们的科学素质能够“面向现代化，面向世界，面向未来”吗?

    其实，早在1977年，也就是24年前，小平同志就已指出：“教材非从中、小学抓起不可，教书非教最先进的内容不可。”1978，年他又说：“应按照中小学生所能技受的程度，用先进的科学知识来充实中小学生的教学内容。”小平同志已经辞世四年多了，我们何时才能告慰他的在天之灵?

    至于这样做了，会不会“太难”了?会不会更为加重学生的课业负担?我们留待后面讨论。  

    第二个例子还是与记者和杨振宁先生有关。大家知道，1956年，杨振宁和李政道发表了关于在弱相互作用下宇称不守恒的研究成果。当时，多数物理学家对于这两个中国学者这一创新思想及成果大不以为然。因为它是对物理学界长期信奉的宇称普遍守恒观念的一种突破，许多人不愿意相信这是真的。然而，这一成果在半年之后就被另一位留美学者吴健雄从实验中证实。1957年，李、杨二人由此获诺贝尔物理奖。

    但是，后来人们才知道，杨振宁在物理学领域的最高成就并不是获得诺贝尔奖的宇称不守恒，而是在1954年和一个美国博士生密耳斯共同发表的规范场理论的文章。这个理论到了20世纪七、八十年代才发出灿烂的光辉，被国际物理学界公认是20世纪最伟大的理论结构之一。于是，各种奖项接踵而来。其中最重要的一项可能是1994年的“费米奖”。这个奖项不仅奖金颇丰，而且在授奖文告中，甚至把杨振宁与爱因斯坦等并列，称之为“20世纪物理学的伟大设计师”。消息传来，我国媒体争相报导。黑体标题赫然写着：华裔物理学家杨振宁因提出杨氏磨房理论荣获费米奖。人们虽然高兴，但却如坠雾中。尤其是物理学工作者，他们不知道“磨房理论”为何物，也不知道杨振宁是什么时候提出来的!迷茫之中，有人从国际互联网上得知，原来就是那个“Yang一一Mills  theory”，即“杨振宁一一密耳斯理论”。我们学文科出身的记者不了解科学，也不了解科学界的大事以及与之相联系的科学大师，他们只知道从字典中查出英文的“Mills'’就是“磨房”的意思，而不知“Mills'’也可以是美国人的一种姓氏。正如中国人有姓“钱”的，但他未必就是百万富翁。

    这件事和教育有什么关系?和物理教育有什么关系?和我们今天的青年人的终身发展有什么关系呢?

 我们应该认识到，使今天的青少年成为某一方面的专才，并不是我们教育的全部目标，尤其不足基础教育的全部目标。马克思曾经强调，自然科学与社会科学的分化具有受历史制约的暂时性，并且预言：“自然科学将包括关于人的科学；同样，关于人的科学将包括自然科学；这将是一门科学。”

 英国有一位叫做C．P斯诺的学者。他先学化学，后习物理，25岁时获剑桥博士学位，成了一名分子物理学家。两年后发表第一部小说，另一部反映科学道德和情感的长篇小说《探索》引起轰动。后来，他一直担任英国政府的科学顾问，专门负责科学人才的选拔与组织工作。他曾在剑桥大学发表了一篇题为《两种文化与科学革命》的演说，引起世界范围的强烈反响。在演说中他指出：在我们这个时代，实际存在着两种文化，一种是人文知识分子代表的人文文化，另一种是科学家所代表的科学文化。两者之间，有着很深的鸿沟。这种分离和对立，对整个社会，特别是青年人，是一种很大的损失。

    自然科学是一种知识体系，又是一种认识体系，它以求真求实为特征；人文科学也是一种知识体系，又是一种价值和伦理体系，它以求善求美为特征。我们要努力弥合这两种科学文化的畛域和裂痕，提倡文理交融，使学习者受到科学与人文相结合的一种教育，这将是一种对青少年健全人格的培养。这对于21世纪的基础教育，不但有针对性，而且有紧迫性。至少，也会减少“磨房理论”那样的笑话吧!

    现在来谈教材改革的第二大背景。

    中共中央1985年颁布的《中共中央关于教育体制改革的决定》首次提出了“教育体制改革的根本目的是提高民族素质，多出人才，出好人才”的著名论题，为实施全面素质教育的历史性改革揭开了序幕。1993年，中共中央、国务院颁布的《中国教育改革和发展纲要》，明确提出了“中小学要由‘应试教育’转向全面提高国民素质的轨道”的要求。然而，多年以来，在现实教学中，由于升学考试竞争的激烈和残酷，以及由此而引起的诸多问题，素质教育步履蹒跚，这不能不说是我们基础教育中曾经有过，现在也未完全消失的一种无奈。不过，这也使人们认识到，推进素质教育的确是一个大的系统工程。

    可喜的是，至少就北京市而言，这个系统工程已全面启动。随着招生制度的改革，特别是普通高中和高等学校的扩大招生，给学校推进素质教育创造了比较有利的环境。也正因为如此，现行的课程设置、课程标准(教学大纲)和教材对素质教育和学生发展的制约性影响就日益突出。可以说，现实的教育实践，强力地呼唤我们实施为整体性、综合性基础教育改革服务的课程教材改革。

    就物理课程而言，它在我国学校教育中最早叫做“格致学”，就是推究事物得到知识的意思，到现在已有百年左右的历史了。百年来的发展与改革，确实形成了比较严密、有相当社会影响的学科体系及相对固定的考核标准。他们对学生的终身发展，包括升学深造在内都起到过重要的积极作用。否认这一点，我们将无立足之地。然而，在另一方面，它的固有历史局限性，包括参与编制课程标准和教材的各个时代的学者与专家的时代局限性，以及由此而形成的学科体系本身的固有缺点，也确实是一种客观存在。加之“应试教育’’的影响，使负面作用日渐突出，甚至愈演愈烈。

    以往物理课程与素质教育的最大背离是，它只重视科学知识的学习,而忽视科学过程和科学文化的学习。 

 认识这种教育的不当与弊端，要从什么是物理学说起。

    法国物理学家、相对论思想的先驱者之一庞加莱曾经说过：“物理学是通过一系列事实、公式和法则建立起来的，就像房子是用砖砌成的一样。但是，如果把一系列事实、公式和法则就看成物理学，那就犹如把一堆砖看成房子一样。不，物理学比组成它的事实、公式和法则要深刻的多！”

    庞加莱这样说的根据就在于，物理学不仅以其概念、原理、规律和理论的知识揭示了自然界基本运动形式的诸多真理；还以在建立这种知识体系的过程中所凝练和升华出的科学思想方法推动科学的继续进步：与此同时，它的成就对人类活动的一切领域都具有重大影响，尤其是它的每一次重大变革和发展，都是人类思想和观念变更和进步的伟大阶梯。这就是说，物理科学本身就是科学知识、科学过程和科学文化的三位一体的合谐统一。

    诚然，一门科学并不等于一门学科。一门科学要变成学校里的一门学科，需要经过一番改造。这就要去结合学生的认知特点，遵循教育科学所揭示的规律，而不应片面强调这门科学的科学体系。在这种改造过程中，对于我们来说，重要的一点是，在把一门科学改造为一门学科时，上述物理科学的灵魂，即科学知识、科学过程和科学文化的统一是不能被阉割的。

    科学知识是科学家或科学家群体从事科学活动的结果。知识就是力量，我们必须学习和掌握它们。这是物理教学的基础。但是，在另一方面，任何科学知识又只是也只能是相对真理。它们是发展的、变化的。现行物理课程虽重视科学知识的教学，但却常常把相对真理讲成绝对真理。其后果是封闭了学生认识真理的道路，也会使受教育者失去创新思维的动力和观念。

    科学过程是科学家或科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。科学发展的历史证明，每一个科学上的新发现，特别是那些具有重大意义的科学发现，都不同程度地留下了科学家攀登科学山巅的足迹，为后继者跃上新的高峰提供宝贵的教益和启迪，甚至可以说是后人通向新的科学发现的金桥。这就是伴随科学知识的获得而凝练和升华的科学思维方法。把科学过程作为物理课程的一个维度，就是要使受教育者从前辈科学家那里得到科学思维方法的滋养!

有一位专家曾十分严肃地指出：“从培养现代化的人才来说，学生更为需要的与其说是作为研究结果的赤裸裸的知识；不如说是研究的思想方法和研究能力；离开引向研究结果的发展本身去把握结果，那就等于没有结果。”面对着我们现在使用的物理教材，人类对物理学认识的历史痕迹几乎被擦拭净尽，科学家们的曲折顽强而又智慧超群的创造性思维和实践，过程，被公式和逻辑的面纱遮盖无余，因而学生们既领悟不到科学思维方法的精髓，也根本无法对物理科学知识的本质有深刻的理解!斯人之言虽然有些绝对，但却不失精辟。

    应该指出的是，把科学过程引入物理课程时，切不可将前辈科学家的科学思维和科学研究方法也“异化”为一种“知识”和“条条’’灌输给学生死记硬背。我们应该更为重视的是要对学生形成一种思想和激情的感染，使他们获得一种从迷茫之中猛然醒悟的愉悦，得到一种灵感的激发和意志品质的锤炼。思想、激情、醒悟、愉悦、灵感之类不是很“虚”吗?总结成“条条”的知识不是很“实”吗?是的!但是，没有学生心灵和情感中的“虚”，那种“知识条条”的“实”是不会起作用的!只要有了“虚”，他们自己是会寻找“实”的东西的。陈景润热衷于“数论”的研究并最终取得突破性成就就是明证。
    除此之外，不能把前辈科学家的科学思维和研究方法“异化”为一种“知识”和“条条”交给学生，更为根本的原因是，科学过程的本质是探究。从这个意义上说，前辈科学家的科学过程又不是普遍的、可以一步一步遵循，亦步亦趋地操作就可以得到新的科学发现的“科学方法”。如果真的存在这种方法，科学就失去了创造性，探究也就失去了意义。
    既要借鉴前人在科学过程中的精神的、思想的、智慧的和方法的宝贵遗产，又不盲目生搬硬套，这是科学过程引入物理课程的亮点与难点之所在。“曹冲称象”显示了一种科学慧和科学方法的魅力，但“刻舟求剑”则贻笑大方就是最好的例证。

    科学文化是科学发展过程中，在科学与人的相互作用，科学与社会的相互作用中所产生的精神层面的东西。科学意识、科学精神、科学的自然观、世界观，科学与社会发展及人类命运关系的认识等等，均属于科学文化。这种精神层面的东西不仅是一个健全的公民所应具有的内在素质；也是一个科学家赖以从事科学活动的精神养份；它们甚至也是一个民族、一个国家的兴衰之所系!前些时日，《光明日报》上发表过一篇题为《落日的辉煌》的文章。写的是所谓“康、乾盛世”之后，中国的落伍。康熙曾认汤若望为“干爹”，为的是倡导人们学习西方科学知识，而汤若望则是伽利略在罗马的同学，也算是一个有西方科学知识的人才。但是，当时的中国的高层人士中，只有极少数人主张学习西方科学，但就是这极少数的人，也只强调学习具体的知识，根本不知也不想学习这种科学知识背后的科学精神和科学文化：它们的口号是“中学为体，西学为用”就是这种意识的明证。这是当时中国开始走向衰落的原因之一!

    就青少年的成长而言，缺少科学文化素养的人不可能确立科学的认知风格，而科学的认知风格是任何创造性活动的必不可少的前提。

    现行物理课程与素质教育的背离，还表现在它只注重书本知识的接受性学习，这与倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，勇于实践的现代教育理念和人才培养模式十分隔膜。

    今年早些时候，我曾去一个中学听过一节“大气压强”的物理课。教师通过讲解、与学生讨论、演示实验和分组讨论及多媒体课件的辅助教学，把大气压强的存在、测量和产生的道理讲得清楚明白，课堂气氛也算生动活泼，应该算一节好课。遗憾的是，这节课留的作业只是把课上学过的类似知识用书面形式回答出来的题目。如果不留这种作业，而布置一个题为《大气压与人类生活》的课题研究，让学生通过阅读、上网、参观和访问等形式搜集信息和资料，并试着写出一个报告来，岂不更好?尽管最后的报告很可能不尽如人意，但这一过程对于学生们的锻炼意义是不可低估的，它们的问题意识、信息意识，研究意识和合作意识等都会从中得到培养。

    长期以来，我们基础教育的口号是“抓好双基”，即所谓“基本知识”和“基本技能”这个口号并不能说错，但是当着这个口号在事实上演变为“初等教育打基础，高等教育做学问”时，它的片面性就显露出，来。因为这实际上是说初级教育阶段是学，是吸收的阶段；到高级教育阶段才可以做学问、做研究。但事实表明，初级阶段一点“做研究”的训练都没有，到了高级阶段也就不善于“做学问”了。中国留美学生普遍善于考试而拙于研究即是一种教训。所以，还是应该套用小平同志一句话：做研究也要从娃娃抓起。今年5月29日发布的《国务院关于基础教育改革与发展的决定》中就明确提出：在基础教育阶段，也要“开展研究性学习，培养学生提出问题，研究问题，解决问题的能力。”

    总之，培养研究意识和能力也就是培养创造力，是素质教育的核心，是初等教育和高等教育必须一致贯彻的核心。

二、研制物理课程标准的基本原则
  

    制定课程标准是一项复杂的、综合性的科学研究课题。

    作为《北京市21世纪基础教育课程改革方案》组成部分的《物理课程标准》的研制要遵循《北京市21世纪基础教育课程改革研究报告》的基本精神和原则。

     1.关于所谓“学科体系”

     如前所述，一门科学并不等于一门学科。一门科学要变成为学校里的一门学科，需要经过一番改造。因此，一门科学的科学体系与一门学科的学科体系是两个不同的概念。我们批评以往和现行课程标准或教学大纲“过分强调和迁就学科体系的完整性”，其实指的是“科学体系”，这当然是正确的。在做了这样的区分之后，我个人认为，应该承认学科也要有体系，学科课程标准就是这种体系的呈现形势。我们要做的只是建立一个新的有利于学习者主动全面和多样化发展的学科体系。

     2．物理课程教学内容的选择

    物理教学内容的选择是物理课程标准编制的中心环节。在这一过程中,我们坚持了“基础性、实践性、发展性”的原则。

    所谓基础性，是与追求普遍性相联系的。我们首先追求为发展方向并不相同的所有青少年奠定必要的共同基础，因此严格筛选物理学中核心的、有生命力的基础知识、基本技能以及对学生的人生态度、科学态度和价值观有教育意义的基本内容进入课程。与现行教材相比有增有删。例如：在高一，大量删除力的合成与力的分解的繁琐内容，因为它们大多只是为解算并非实际的习题而起作用的，既不是核心，也没有生命力。实际的力学问题常常是从动量和能量的角度解决的。在高二，增加了热力学第二定律。现行课程只讲热力学第一定律，它揭示了自然界各种运动形式的转化，也就是能量转化和守恒定律。有的学生学习之后反而产生疑问：“既然如此，我们为什么还要节约能源?”而热力学第二定律揭示了自然界的演化和发展，揭示了任何与热现象相联系的自发过程都是不可逆的事实及其本质，例如热量不能自动地从低温物体传向高温物体等等，就是说，并不是所有能量都足可以利用的，于是学生们的疑问也就迎刃而解了。 

    所谓实践性；一方面是努力把理论知识与科学技术、生产和生活中的实际问题联系起来，使学生认识到知识的价值、增加了学习的乐趣，而且久而久之，就能树立“理论之箭就是要射实践之靶”的重要观念，而不是仅把理论视为“好箭”来欣赏。

    除此之外，实践性要求加强实验教学和课题研究，潜移默化地使青少年从“学科学”走向“做科学”。

    所谓发展性，一是指课程内容的现代化，以有利于受教育者学习到更有生命力的知识、思想和方法，实现科学文化素质的现代化，这是对全体学生而言的。曾几何时，就已有人批评说：现代化科学中的概念、理论同基础教育中的所教的概念、理论存在着越来越大的差异和冲突，就如同天文学已经确立了“日心说”，而学校里还在教“地心说”一样。这样的状况不能再继续下去了。二是对有兴趣且学有余力的学生，提供更多的可供选择的学习内容。我们认为，那种“尽量为学生准备它们将来可能有用的知识”的观念和做法是不可取的，甚至是一种很糟糕的观念和做法。我们想做的只是，对一些在中学阶段虽不宜展开或不能完全掌握，但又是非常根本和重要的，对开阔学生的科学视野，树立新的科学观念和思维方式极有益处的内容，开一些“窗口”或“长一些嫩芽”。这样做，就能为学习者开启科学的大门，而不封闭他们认识真理的道路。

    3.新的课程标准是对教与学的优化和提升

    课程标准应该起到对教与学的优化和提升的作用，这在道理上是没有人反对的。否则用旧的好了，还改革干什么?但是，在实际上，人们还会产生一些疑问或顾虑。例如，既要保证基础，又要加强实践，还要实现教学内容的现代化，会不会“更难”了?学生的负担会不会“更重”了?

    “删繁就简”是一种改革，它或许能够使教与学变得所谓“轻松’’些。其实，那种“话到嘴边留半句”的“删繁就简”式教材是否真能使教与学变得轻松，也还很难说。反正可以说，“删繁就简”式的改革是沿着阻力最小的道路前进的改革。
    “领异标新”也是一种改革，它是一种提升和优化教与学的改革，但却不会是轻松的改革。这种改革可以使学生更爱学习物理，从而以自觉的勤奋代替被迫的负担。这种改革可以使一些教师得以有“英雄用武之地”，也可以使一些教师感到非常现实的压力，从而想方设法去提高自己。这有什么不好!

    我这里想说的是“新”、“高”、“深”、“强”这四个字与“难”并不是同义词。实现“内容新些、观点高些、理解深些、能力强些”的目标与教材编写中的“梯度小些、趣味浓些、文体美些”以及教学过程中的“渠道多些”的合谐统一，从而把“难”字化解掉，甚至把它扔出大多数学生的“字典”是完全有可能的。当然，这需要教材编者和广大物理教师的共同努力才能实现。

    至于说到减负，我们应该说两句话：第一，减负是指减掉学生过重的课业负担；第二，减负也是为了提升和优化教与学，或者说是为优化和提升教与学创造条件。因为过重的课业负担主要来自于应试的难题、怪题与偏题，这种负担不但不必要，而且对学生的发展并不有利。脑筋急转弯式的训练不是正常的科学思维，也不能养成良好的认知风格。一句话，脑筋急转弯，当心转不回。

    新的物理课程标准还将在合理负担的范围内实现负担的转移：作习题的“负担’’将大大减少；理解物理思想，认识物理意义，提升物理观点的要求将有所提高；实践和研究能力将重视过程而不一味追求结果的正确。所有这些，很可能使教学氛围焕然一新，出现一个生动活泼的教学局面是完全可以期待的。

 有人会说，现在的教学对习题的要求很高，促使学生解题能力很强，这难道不是优点吗?是的，这不能不说是一种优点。但是，从青少年的长远发展，从青少年的全面成长，乃至使他们成为优秀人才的角度去看，我们也不能不说：这是一种缺点式的优点!任何教育改革，包括现在的课程和教材的改革，都必然以传统意义上的某种质量的降低为代价。五四运动是一次伟大的思想革命和文化革命。在提出“科学“与“民主”的论题的同时，也提出了摈弃文言文，提倡白话文的主张。由此，我们今天60岁以下的人，要想写一篇文言文或做一首诗词之类的东西，真是不像样子了。就连70多高龄的江主席在《人民日报》头版发表的诗句，不也是赞扬的少，品头论足的多吗?难道我们能因此在中小学语文课中再去大讲什么“诗词格律”之类的东西吗!会写古诗，当然是一种优点。但是，如果我们因此而在学校中大教特教青少年怎样做古诗，那就是缺点性的优点了!

    依我看，克服那种缺点性的优点，使物理观点提高，使物理思想更深刻，使研究意识和能力得以增强，乃是教育质量的真正提升和优化!  

三、物理教材编写的主要特点
  

    物理教材编写工作是落实物理课程标准的重要环节。

    依新的《物理课程标准》编写的物理教材着重突出以下特点：

    1.科学始于观察，思维源于问题。所以，教材在讲解科学的概念、原理和规律时，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。因此，教材内容的叙述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，又能体悟出一种科学地研究问题的方法。同时也能降低了学生学习困难的梯度。

    2.在讲解科学概念、原理和规律时，还要讲出它们的实质和蕴含的物理思想，努力做到“复杂问题简单化，简单问题理性化，理性问题具体化”，这样就能使学生对科学思想有一定感悟和把握。也就提升了它们的物理观点，升华了它们对物理思想的理解。

    3.突破以往事实上存在着的板着面孔、严肃有余活泼不足的“教科书文体”，力争生动活泼又不失准确，有较强的可读性和欣赏性。也就是“趣味浓些，文体美些”。

    4．一个好的习题，就是一个科学问题。在练习和习题的选定时，多选择具有实际科技背景或有真实现象为依据的问题，既训练了学生的科学思维，又联系了科学、生产和生活的实际，因而使练习具有生命力。尽量避免那种脱离实际，甚至根本不能实现或根本不可能存在的纯“思辩游戏”式的难题和怪题。

    应该承认，这个努力的目标并不是我们现有作者的现有水平就能够胜任的，我们将要在编写实践中努力学习，并希望得到广大物理教师的指教和帮助。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。因此，教材内容的叙述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，又能体悟出一种科学地研究问题的方法。同时也能降低了学生学习困难的梯度。