五個版本高中物理教科書中“電路”教學(xué)內(nèi)容的對比研究

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1　課程標準的要求

《普通高中物理課程標準(實驗)》(以下簡稱《課程標準》)對《物理選修3-1》中電路部分的要求是:(1) 觀察并嘗試識別常見的電路元器件，初步了解它們在電路中的作用。

(2) 初步了解多用電表的原理。通過實際操作學(xué)會使用多用電表。

(3) 通過實驗，探究決定導(dǎo)線電阻的因素，知道電阻定律。

(4) 知道電源的電動勢和內(nèi)阻，理解閉合電路的歐姆定律。

(5) 測量電源的電動勢和內(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) 通過實驗，觀察門電路的基本作用。初步了解邏輯電路的基本原理及其在自動控制中的應(yīng)用。

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

2　從宏觀上看五個版本彰顯的個性與共性

按照《課程標準》編寫的五個版本教科書對電路部分的內(nèi)容都給予了重視，但各版本教科書對該內(nèi)容的呈現(xiàn)方式不盡相同。

(1) 在整體設(shè)計上，滬科教版教科書具有一定的創(chuàng)新性，將《課程標準》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)置了問題串：“多用電表為什么既能測電流又能測電壓，還能測電阻？它是通過怎樣的電路實現(xiàn)一表多用的功能的？”……首先在讓學(xué)生認識多用電表，并在學(xué)習(xí)使用多用電表的基礎(chǔ)上，利用多用電表對電路中的電流、電壓和電阻進行測量；然后通過觀察實驗和分析論證，探究電流、電壓、電阻的成因以及電阻定律，引導(dǎo)學(xué)生使用多用電表測量這些電學(xué)量；最后再對多用電表內(nèi)部電路進行分析，由此過渡到邏輯電路和集成電路。第4章仍以多用電表測量路端電壓時產(chǎn)生的疑問為探究情景，采用觀察實驗和分析論證交替進行的方法等，運用能量守恒的觀點，將電源的電動勢和內(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題，融入用多用電表測量電學(xué)量和分析包含電源的閉合電路的活動中。采用案例分析的方法，論證多用電表測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)化與守恒的問題，進而讓學(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。

滬科教版教科書凸顯了“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)理念，讓學(xué)生在學(xué)會使用多用電表的過程中，認識電路中各電學(xué)量的成因和電路的基本知識，知道多用電表為什么具有多個電學(xué)量測量的功能；凸顯了以多用電表為載體，設(shè)計探究情景，以問題串的形式引導(dǎo)探究活動；凸顯了“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。多用電表是生產(chǎn)實踐中測量電學(xué)參量時最常用的儀表，該教科書始終抓住多用電表這個載體，用多用電表測量直流電壓、直流電流和測量串、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，用多用電表等實驗器材探究電阻定律，通過多用電表電路分析與設(shè)計學(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“恒定電流”一章最大的亮點是“多用電表的原理”內(nèi)容的編排與設(shè)計。人教版沒有把歐姆表作為新知識點來處理，擺脫了原教科書中的單純理論推導(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，從閉合電路歐姆定律的應(yīng)用入手，通過體驗性探究，用例題的方式讓學(xué)生真切感受并領(lǐng)會歐姆表的工作原理、結(jié)構(gòu)和使用方法，尤其隱含了對歐姆表難點的闡述性講解，如“歐姆表表盤為什么非均勻”“Rx=0時如何使電路電流達到滿偏”等，旨在提高學(xué)生靈活運用物理知識解決實際問題的能力。該教科書引導(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應(yīng)的關(guān)系，將較難測量的電阻轉(zhuǎn)換為容易測量的電流，將電流表上電流刻度換成電阻的刻度，進而滲透了轉(zhuǎn)換的思想。

人教版的亮點二是“簡單的邏輯電路”一節(jié)，通俗易懂，可讀性強。該教科書分別從體現(xiàn)“與”“或”和“非”邏輯關(guān)系的三個生活事例出發(fā)，介紹三種邏輯電路的邏輯關(guān)系，并鼓勵學(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)計順暢，以幫助學(xué)生理解三種門電路。

(3) 粵教版教科書的亮點有二：① 其“電路”一章的編寫較簡明，在初中所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，對直流電路的概念和規(guī)律進行進一步的探討。

② 在課程內(nèi)容上體現(xiàn)了時代性的要求，其他版本均將《課程標準》要求的門電路和集成電路合編在一節(jié)中，而粵教版設(shè)有“走進門電路”和“了解集成電路”兩節(jié)。通過實驗探究與門、或門和非門電路的特點，加深學(xué)生對對各邏輯電路的功能的理解。

(4) 教科版教科書仍按傳統(tǒng)編排了“歐姆定律”和“伏安法測電阻”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理，用實驗探究元件的伏安特性曲線。在“用伏安法測電阻”一節(jié)中，讓學(xué)生采用比較的方法來探索伏安法測電阻的兩種接法，實驗完畢后再組織學(xué)生討論書上提出的問題。通過這種比較討論，能使學(xué)生更清楚地理解哪一種接法更適宜于測量阻值大小不同的電阻，使其測量誤差更小。比較是人們認識事物的一種有效的方法。通過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。該教科書注重設(shè)置問題情景，以問題為線索展現(xiàn)教學(xué)進程。

(5) 魯科版教科書將“電路”主題按“恒定電流”“閉合電路歐姆定律和邏輯電路”兩章來編排，每章開篇都有可讀性強的“導(dǎo)入”語和“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)的專題探究，主要涉及實驗與制作和調(diào)查研究兩個方面的內(nèi)容。實驗與制作專題旨在了解實驗制作所依據(jù)的物理原理，安全規(guī)范地進行實驗操作，如實記錄實驗數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析、處理實驗數(shù)據(jù)，能對自己的探究活動進行反思并與他人交流。調(diào)查研究專題旨在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、從物理學(xué)的角度提出問題，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等查找并收集有關(guān)資料，進行實地調(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)查報告。

(6) 五個版本教科書對“通過實驗，探究決定導(dǎo)線電阻的因素”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)，探究過程長，實驗花時多。人教版將該實驗細化為“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”，而對前者還提供了兩套方案，其中一個方案采用同步對比實驗探究，另一個方案是理性探究。而滬科教版則是利用多用電表直接測出不同導(dǎo)體的電阻，重點引導(dǎo)學(xué)生對多用電表測電壓電路的分析與設(shè)計，放開讓學(xué)生自主對多用電表測電流的電路分析與設(shè)計，以期達到讓學(xué)生舉一反三、觸類旁通的學(xué)習(xí)效果。五個版本教科書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) 五個版本教科書中對電源、電動勢的表述如下表。

版本人教版教科版粵教版滬科教版魯科版電動勢定義電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負極移送到正極所做的功,定義式E=Wq。電動勢是表示電源內(nèi)部非靜電力把單位數(shù)量的正電荷從負極移到正極過程中做功多少的物理量。電源的電動勢數(shù)值上等于不接用電器時電源正負兩極間的電壓。電源的電動勢就是電源內(nèi)部非靜電力移送單位正電荷所做的功。電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入外電路時兩極間的電壓。解讀E=U內(nèi)+U外電動勢等于內(nèi)外電路的電勢降落之和。電源電動勢E等于內(nèi)外電路兩個電阻上電壓之和。電動勢等于U外和U內(nèi)之和。

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

3　結(jié)語

新《課程標準》的頒布,打破了新中國成立以來全國一綱一本的局面(上海市除外),使高中物理教科書出現(xiàn)了百花齊放、百家爭鳴的局面,使教師有了比較各種版本教科書的機會，也使教師在教學(xué)中可以根據(jù)學(xué)生的實際情況，取某一教科書之長，更好地進行課堂教學(xué)。

參考文獻：

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