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新中国的五十多年中，中学物理课程及教材进行了多次改革。这些改革凝聚了大批物理教育工作者的心血，构筑了基础物理教育不断前进的阶梯，是一笔宝贵的财富。然而，无可否认的是，它们也都打上了当时的历史印记，具有一定的历史局限性。就课程而言，这种局限性的集中表现就是课程培养目标的狭隘与偏执，以及教学方式的单一与僵化，它们不可能不反映在教材之中。因此，以新的课程改革理念为指导，以新的课程标准为依据，编写出具有较高追求与较新特色的教材，具有重要的意义。
作为人教版高中物理教材的编者之一，应《物理教学》杂志之约，就这一问题谈谈粗浅之见。
一、坚持四项编写原则
1.体现三维的课程培养目标
物理学不仅以其概念、原理和规律揭示了自然界基本运动形式的诸多真理，而且以建立这种知识体系的过程中升华和发展了的科学思维和研究方法推动科学的继续进步，与此同时，它的知识和思想成为人类文化的一部分，改变着人们的自然观、世界观、奏响人类思想和观念进步的伟大旋律。
这就是说，物理学本身就是科学知识、科学过程和科学文化的统一。知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维课程培养目标，乃是物理学本质特征在物理教育中的反映。
科学知识是物理教学的基础。但是什么知识更重要呢？例如在牛顿定律的教学中，以“双基论”的课程培养目标去看，许多人认为牛顿第二定律最重要，有人甚至认为牛顿第一定律只不过是牛顿第二定律的特殊情况。然而，从三维培养目标来看，第一定律却包含着最富成果的科学概念，如力、惯性、参考系等；正是第一定律摧毁了亚里士多德观念的基础，引导牛顿以新的视角看待引力，从而确立了引力定律。所以，它是一个超越哥白尼日心说的科学革命。因此，新教材突出了第一定律是牛顿物理学基石的认识，并以此引导学生去思考科学究竟是什么！
科学过程是科学家们从事科学活动的智力劳动过程。把科学过程和思维方法引入物理教学。不仅能使学生有身临其境之感，而且能领略前辈大师的研究方法、物理思想、科学精神，得其精髓，有所借鉴。例如，新教材专辟一节“伽利略对自由落体运动的研究”，历史地展示了伽利略的批判意识、逻辑推理能力、猜想与假说的魄力和实验验证的科学作风，使学生认识到“伽利略之前的科学踯躅于泥途荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开。”
在把科学过程引入物理教学时，新教材绝不把前辈科学家的科学思维和研究方法异化为一种“知识条条”，让学生死记硬背。正如温伯格所说：“我们不应该指望有一个科学的科学，关于科学家如何工作或应该如何工作的科学，那样的法则是确立不起来的；我们只能希望把在历史上曾经带来科学进步的那些活动写下来——那就是科学的艺术。”
对待科学的情感和态度以及对科学价值的认识，离开科学知识的获取以及对科学过程和方法的感悟，是建立不起来的。但是，单纯的知识传授和过程与方法的讲解也不会奏效。教育不仅是知识和方法的传递，更是心灵的唤醒。在新教材中，这种唤醒并不花费过多笔墨，但却常有“点睛之笔”。例如，在讲授开普勒定律时，引用他临终前自撰的墓志铭“我曾测量天空，现在测量幽冥。灵魂飞向天国，肉体安息土中”的诗句，弘扬这位家境贫苦、身残志坚的科学家对科学的挚爱以及对献身科学事业的满足；在讲述了人类航天事业的伟大壮举之后，教材中写道：“尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔：宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？……
爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜。”你想加入破解它的行列吗？
在介绍伽利略的科学生涯时，教材写道：“教会对科学的干涉和对伽利略的迫害所造成的严重后果是无法挽回的。以前一直是人才辈出的意大利，在伽利略之后，它的科学活动很快衰落下去，在很长一段时间里，没有再产生重要的科学家。没有学术的民主和思想的自由，科学就不能繁荣。”
科学及其发展历程是科学文化的一个“多棱镜”，物理教材应引导学生从中汲取多方面的教益。
2.倡导自主学习，重视科学探究，促进教学方式的多样化
教学是师生、生生、师生与包括教材在内的教学资源之间的互动过程。教师应大力促进学生与多种教学资源的直接联系，丰富和发展学习的内容。为此，教材中编写了许多“科学足迹”“科学漫步”“STS”的栏目，在每个模块之后都列出了“课外读物”及内容概要，促使学生进入自主学习的境界。正如费恩曼所说：我们的责任是给学生一副没有束缚的自由的双手。
当前，学生阅读面的狭窄，阅读层次的浅薄，造成“情感和价值”的教育功能和自主学习能力的弱化，是一个痛苦的事实，新教材企望补救于万一。
教学方式的多样化迫在眉睫。在自主学习的基础上，讨论交流式的教学方式就是可以采用的一种。例如，“伽利略对自由落体运动的研究”“引力定律与航天”等内容均可这样处理。更为重要的是，为将学习的重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转移，改变学生一味被动接受知识，缺乏自主获取知识的意识和途径的状况，新教材安排了一定数量的科学探究和课题研究，它们既是“过程与方法”的组成部分，也是一种新的教学方式。让学生经历与科学研究工作相近或相似的过程，从中获取知识和技能，体验其中的乐趣和曲折，感悟科学思想，培育科学精神，是养成创新意识和实践能力的必经之路。与结果相比，更重过程的提法就在于强调科学探究是在播种一种行为，收获一种习惯。那种认为“科学探究是只问耕耘不问收获”的批评是没有根据的，学会耕耘是更为重要的一种收获。
从根本上说，科学探究是人与自然的一种“对话”，迫使自然做出回答，从而有所发现和收获。提倡科学探究并不否定接受式学习，而是要找回“格物致知”在教育中的地位和作用。寻找多种教学方式的内在联系对于教材编者也还是一个不断探索的课题。
3.从生活走向物理，从物理走向社会
引导学生从身边的自然和生活现象开始，探索和认识物理知识和研究方法，并以此联系实际、观察社会，就是“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
从生活走向物理的一个重要含义是从常识走向科学。教材引用了费恩曼讲过的一个笑话：一位妇女因驾车超速被拦，警察对她说：“太太，您刚才的车速是每小时60英里！”妇女反驳说：“先生，这是不可能的，我刚才只开了7分钟。这真是天大的笑话！我开车还没有一个小时，怎么可能每小时走60英里呢？”“太太，我的意思是说，如果您继续像现在这样开车，在下一个小时您将开过60英里”，警察解释说。这位妇女不屑一顾地说：“这也是不可能的。我只要再行驶10英里就到家了，根本不需要再开60英里的路程。”
显然，这位妇女没有瞬时速度甚至速度的概念，但是她一定会有快慢的概念。快慢是常识，速度才是科学。试问：没有速度和瞬时速度的概念，还会有物理学吗！
物理教学在把常识之中的模糊不清之处提升到科学层次的同时，还要在这一过程中发展学生的科学思维能力。例如，教材在得出重力势能表达式时，着重的是从势能的一般概念到重力做功与势能特点的比较，再到重力做功与路径无关和势能的确切含义的相互契合，进而得到重力势能的表达式的思维过程，而不只是
这个结果。须知，科学知识与科学思维方法互为刀和刃。没有刀，何来刃？没有刃的刀又何用之有？
科学以及技术在人类社会发展中的作用及其多重性是当代社会普遍关注的课题，物理教学自不能回避。例如，教材中写道：“科学活动是人类认识自然的活动，现代技术已经与科学活动密不可分了……当人类合理而明智地利用技术时，它会给人类带来许多恩惠。但是，如果利用不当，甚至滥用，就会给人类带来诸如生态失衡、资源枯竭等问题。”教材还引用了爱因斯坦对青年学生的讲话：“我可以唱一首赞美诗，来颂扬应用科学已经取得的进步；并且无疑的，在你们的一生中，你们将把它更加推向前进……但是……如果你们想使你们一生的工作有益于人类，那么，你们只懂得科学本身是不够的。关心人的本身，应当始终成为一切技术奋斗的主要目标……用以保证我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害。”
4.展现科学的人文价值
科学文化以求真求实，人文文化以求善求美为特征。它们的共同目标指向就是追求“真善美”的理想境界。有人把科学、人文和艺术比喻为三棱锥塔的三个面，认为“当人们站在它的不同侧面底部时，他们之间相距很远，但爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了，并在最高点融合在一起。”可见，以往教材对科学的人文价值几近漠视，只因我们站得不高。
科学是人为的和为人的，必有广阔而深刻的人文内涵。教材在介绍日心说时指出：“在那个时代，文艺复兴的智力与艺术的繁荣已在意大利萌发并扩展到全欧洲；马丁·路德向教会的权威发起了冲击；哥伦布完成了划时代的远航；中国的四大发明也开始传播到欧洲，这一系列事件形成了思想解放的浪潮，使人们思想上的枷锁解开了。由此，就像艺术家的眼光超越了基督教艺术，哥伦布的眼光超越了欧洲一样，哥白尼的眼光超越了地球本身，把它视为宇宙中一个与其他行星一样的天体。”
像艺术一样，科学也深深打上了美学的烙印。庞加莱的名言“普遍和谐是众美之源”道出了科学美学的核心。万有引力定律和库仑定律的相似性和简洁性，揭示了自然界的多样性和统一性，就是一种内在的和谐之美。弘扬科学美也是新教材的一种探索。
二、一个追求与三个特色
1.一个追求：现代教育理念与物理学科内容的完美结合
理念是一种思想、一种精神、一种意志。新一轮课改理念的核心就是全面地、有效地提高青少年的科学文化素质，培育创新精神和实践能力，实现真正意义上的素质教育。
在物理教学中，课改理念的实现必须以对于学生具有挑战性的物理学科内容为基础，必须以教材和教学水平的优化为条件。那种以降低物理教学内容的要求为代价换取某种教与学的“轻松”，不是新课改的方向。具有精炼的基础性、鲜活的时代性和恰当的选择性的教学内容才能成为学生乐于享受的“负担”。
知识与技能、过程与方法、情感、态度与价值观是不可分割的整体。知识与技能既是本体，又是载体。只有有了知识与技能的教学，才会可能有真实可信的过程和方法以及情感、态度与价值观的教育。否则，过程与方法，情感，态度与价值观的教育，便会成为以一种空洞代替另一种空洞、以一种教条代替另一种教条的表演。
还应指出，什么层次的知识与技能，就对应着什么层次的过程与方法，以及什么层次的情感、态度与价值观。毋庸讳言，在三维培养目标上，全方位的超越旧教材是我个人参与新教材编写的初衷。
2.特色之一：实现“三个转移”
一般来说，旧教材多是教科书编者的“独白”；一部教材在讲解新内容时，能引起学生的期待，就已很好了。新教材力图做到从编者的“独白”向编者与学生的“对话”转移，从引起学生的“期待”向引发学生的“思考”转移，以使学生更加自主地参与教学过程，并养育自主学习的习惯和能力。为此，教材把“观察与思考”“思考与讨论”“想一想”“说一说”“做一做”等栏目融于教材正文之中，有的甚至是正文中不可缺少的一部分。
除此之外，在保留必要的验证性实验前提下，实现了从“验证性实验”向“探究性实验”的转移。
3.特色之二：致力“三个统一”
新教材首先致力于“历史追问与现代审视的统一”。例如，在“功和能”的教学中，以往教材一般是先定义功，然后说：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。其实，在物理学中能量本不是由功定义的。能量的概念是寻求物体运动中“什么是守恒量”的认识中出现的，它的重要性正在于“守恒”。这是一种历史追问。功的概念起源于早期工业革命，当时人们需要一个比较蒸汽机效益的办法，在实践中大家逐渐同意用机器举起的“物体的重量与高度之乘积”来量度机器的输出，并称之为“功”。十九世纪初，科里奥利才明确地把“力和受力点沿力的方向的位移的乘积”叫做“运动的功”。这又是一种历史追问。
只有当功和能量这两个概念在同一种物理过程中汇合时，例如重力功与重力势能、弹力功和弹力势能、外力功与动能的讨论中，人们才认识到“功的重要意义更加在于它可以决定能量的变化”，因而为我们研究能量转化过程奠定了一个定量分析的基础。这就是一种现代审视。新教材把追问与审视统一起来，使学生对功和能的理解比以往要深刻得多。
这种追问与审视也反映在对前辈科学家的评价中。例如，牛顿以其过人的天才和超越自身时代的发现，改变了人类对世界的认识和理解，并已浸润到当今人类生活的各个方面。所以人们从不吝惜将最热情的赞誉给予这位伟大的科学家。但是随着一些尘封已久的资料的公开，人们不得不相信，这位科学代言人曾经深陷炼金术而不能自拔并沉溺于宗教狂热之中；他与胡克、弗拉姆斯蒂德、莱布尼兹的争斗凸现了他盛气凌人的霸气与缺失的学术道德。所以教材中写道：“他犯过的错误和性格上的弱点也许比人们知道的更多，但他仍是一位无与伦比的巨人。”正如《牛顿传》的作者怀特所言：“用陆续挖掘出来的材料为牛顿画像，画出来的形象不一定十分美丽，但真实的人生本来如此，并不都是美丽的。我们应该骄傲地接受这样的一个人，接受他独特的才华与天分，也接受他怪异的行径与失败。”
新教材也致力于“厚重思想与轻松感觉”的统一。例如，建立“质点”概念后，教材在“旁白”中写道：“在物理学上，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的‘物理模型’，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是这种物理模型之一。”物理模型是一种抽象的理想客体，原则上它只能在思维中才能实现。这其实是一种厚重的思想方法。为使学生对此也有一种轻松的感觉，教材附加了另一旁白：美籍奥地利物理学家韦斯科夫说：“什么叫模型？模型就是奥地利的火车时刻表。奥地利的火车经常晚点，于是乘客质问列车员：‘你们干吗还要列车时刻表？’列车员回答说：‘有了时刻表，你们才知道晚点呀！’”
显然，没有时刻表这个理想化的东西，铁路员工和乘客将无所遵循，这是理想模型的作用。
又例如，在热辐射的研究中，绝对黑体也是一个理想化模型，它能完全吸收入射到它上面的各种波长的电磁波而不发生反射。为了在理解这个概念时有点轻松的感觉，教材写了一个旁白：莎士比亚的喜剧《威尼斯商人》中的高利贷者夏洛克，对什么东西都贪得无厌，人们贬称他是个“黑心”的人。夏洛克贪的是金钱，“黑体”贪的是电磁波。
新教材还致力于“科学性和可接受性”的统一。例如，旧教材在讲解匀变速直线运动的位移和时间的关系时说：
可是，上述加黑点的那句话到底有多少根据呢？
新教材中，从v-t图线下的面积入手，再从匀速运动的位移过渡到匀变速直线运动的位移，以“化整为零，以恒代变”和“积零为整，再取极限”的思想求得位移公式。这在逻辑上是站得住脚的，实践表明是完全可以接受的。极限的思想不只是一种知识，更是一种方法，一种观念，对于科学思想方法的形成大有裨益。
4.特色之三：注重“三个并举”
新教材并举地关注实验观察能力和理性思维能力的培养。人们常说，科学始于观察，科学始于问题。可见通过观察能够提出问题是至关重要的。为此，新教材丰富了包括“做一做”、演示实验在内的实验观察数量，并注重在验证性实验和探究性实验中的实验规范和技能的严格要求。与此同时还注意到，实验是用理性分析来指导观察的方法，为了在实验基础上有所收获，还需要抽象、归纳、逻辑推理和定量演算。一句话，实验观测和理性思维是不可分的。新教材对此予以了更多关注。
鉴于全国各地客观条件不同以及传统教学手段与现代教学手段也各有利弊，新教材中的实验和实验探究都设计了不同方案，以供选择。这也可以说是传统与现代教学手段并举。
新教材努力做到图文并茂，也就是图像魅力与文字特色并举。新教材中选用了传递大量信息的各种图片和照片，它们也是宝贵的课程资源，对学生起着潜移默化的作用。文字特色并不仅指遣词造句的功夫，重要的是要把物理学的背景、情节乃至编者的感情表达出来。例如，在讲到万有引力理论的成就时，教材中写道：“在实验室里测量几个铅球之间的作用力，就可以称量地球，这不能不说是一个科学奇迹。难怪一位外行人、著名文学家马克·吐温满怀激情地说：‘科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！’”又如，在讲述经典力学的成就与局限性时，教材写道：“经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。著名物理学家杨振宁曾赞颂道：‘如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。’……但是，像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性，是一部‘未完成的交响曲’。”
在分析了“从低速到高速”“从宏观到微观”“从弱引力到强引力”的情况下，经典力学理论将不再适用，而为相对论和量子力学取代之后，教材写道：“对于这样的科学发展过程，英国剧作家萧伯纳曾诙谐地说：‘科学总是从正确走向错误。’这种调侃倒也不失为一种幽默的表述。”
难道经典力学真的错了吗？教材接着写道：“历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某种条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中。当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别；当另一个重要常数即普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。相对论和量于力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
相对论和量子力学是哪一种更广泛理论的特殊情形呢？我们现在还不知道……”
教材只是众多教学资源中的一种。从教材演变成实际的教学行为，存在着教师创造性劳动的广阔空间。一部好的教材只能帮助教师找到通向高度成就的教学之路，但绝不能代替教师自己对于教学之路的探索。教师永远是教学的创造者，这是教师职业的光荣。
编者注：张维善教授是北京教育学院原副院长、中国物理学会教学委员会中学分委会副主任、教育部“高中物理课程标准”研制组核心成员、人教版高中物理教材主编。
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