例談歷史備課的出發點

陳志剛 覃玉蘭

關鍵詞 備課，課程標準，出發點，物理學的重大發展

中圖分類號 G63 文獻標識碼 B 文章編號 0457-6241（2018）05-0038-06

一線教師在備課中最常見的誤區是根據課本進行備課，以為教材分析就是教學內容分析、教學重難點分析。這種備課的基本思路與課程改革要求背道而馳。在課程改革背景下，教師如何進行備課？下面筆者選擇一篇高中必修三的課文進行分析說明。

對于必修三專題的思想文化史內容，一線教師常把它們處理成文學課、藝術欣賞課、物理課等，導致歷史學科教學的特點不明顯。究其原因，一是教師知識面的匱乏，一是（也是更重要的）教師缺乏課標意識，教學觀念滯后，習慣根據課本內容進行備課。

例如人教版高中歷史必修三第四單元“近代以來世界的科學發展歷程”中的“物理學的重大進展”一課，課文正文分為“經典力學”“相對論的創立”“量子論的誕生與發展”三個子目進行敘述。第一目“經典力學”大字部分約380字，主要講述伽利略發現了自由落體定律，為后來經典力學的創立奠定了基礎；牛頓提出物體運動三大定律和萬有引力定律，形成經典力學體系。第二目“相對論的創立”大字部分約330字，主要講述愛因斯坦提出了相對論，質疑經典力學的時間觀和空間觀。第三目“量子論的誕生與發展”約410字，主要敘述量子假說的提出，它與相對論一同構成了現代物理學的基礎，改變了人們認識世界的角度和方式。但是，三大理論是如何改變人們認識世界的，教材并沒有說明。課文文本的敘述非常簡單，例如對于相對論，課文這樣表述：“狹義相對論認為，物體運動時，質量會隨著物體運動速度增大而增大，同時空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化。即會發生尺縮效應和鐘慢效應。廣義相對論認為，空間和時間的性質不僅取決于物質的運動情況，也取決于物質本身的分布狀態。”這種抽象的話語就是成年人也感到晦澀難懂。

如果根據課文，老師們普遍會將教學重點放在解讀三大理論內容上。除了經典力學外，量子論、相對論這兩方面的知識，歷史教師均不太清楚。什么是“自然界無跳躍”原則、熱輻射理論、尺縮效應和鐘慢效應？老師們更是一頭霧水。即便是物理課有詳細的介紹的經典力學，如果歷史教師將重心放在知識點的介紹上，不僅沒有新意，也無法超越物理課的常識。

在本單元的導語上，人教版教材這樣敘述：“文藝復興以后，面向現實世界、重視實踐的風氣促進了近代科學技術的迅速發展，科學研究的范圍也不斷擴大。近代時期，科學家把自然界劃分為不同的領域，分門別類地進行研究.取得了巨大成就。在數學、物理學、生物學、化學等眾多學科領域，取得了很多劃時代的成果，出現了一大批科學巨匠。科學技術的發展極大地推動了社會生產力的進步.逐步地提高了人們的生活水平。”這種導語設計是一種介紹性的，從中很難抓住單元教學的核心。從導語表述來看，我們不知道本單元學習的目標是什么？為什么要在文化史專題中學習近代物理學發展的知識？可見，該單元設計未能起到應有的提示作用。

人教版在課前提示上，基本采用小故事的方式或有趣的話語，以激發學生對本課學習的興趣或者關注本課學習的關鍵點。本課課前提示采用的是學生耳熟能詳的“伽利略比薩斜塔擲鐵球”故事，但本課的學習重點是什么？該故事是否指向了學習目標？等等，編寫者均未考慮。由于課前提示基本不提供關于本課學習的前后知識脈絡聯系的素材，難以喚起學生對已有知識和經驗的關注，不利于學生利用以前學習的內容或學習方法，與即將學習的內容相結合，形成意義學習。就是說，在實際的學習中，這種課前提示未能完全起到先行組織者的作用。

關于課后測試題，課本在“本課測評”欄目這樣設計：相對論和量子論的出現，有什么意義？如果根據課文，答案是——它們構成了現代物理學的基礎；彌補了經典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足；推動了物理學自身的進步而且開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。這種答案即使學生背熟了，如果沒有具體的解釋，他們也很難理解。

歷史課為什么要學習物理學方面的知識？通過課文，學生能夠領會近代物理學的歷史意義嗎？課文的內容有助于課程目標的達成嗎？對于這些問題，課本是難以回答的。顯然，教師不能從課文內容出發進行備課與教學。

現在進行的是基于課程標準的改革，無論是備課、教材分析、教師教學等，其出發點都是課程標準。進行備課，必須依據課標的要求以及具體的學情。備課的出發點是課標與學情，而不是教材課文。

課標作為我們教學中的重要依據，它對本課做了這樣的要求：“了解經典力學的主要內容，認識其在近代自然科學理論發展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內容，認識其意義。”這是我們備課與分析教材所依賴的基礎。

根據課標，本課學習重心不在于經典力學、相對論、量子論的主要內容，學生們只要知道、了解即可，教學重心在于認識經典力學、相對論、量子論在近代自然科學理論發展中的歷史地位以及意義。在學情方面，高二學生在物理學習中對經典力學有所了解，具有一定的知識儲備，同時初步掌握了一定的史論結合的方法，具備一定的分析歷史問題的能力。但他們尚未學習過量子論和相對論等知識，不清楚這些理論的意義與作用。如何認識三大理論的歷史作用？僅靠課本知識，學生難以領悟。教師怎樣彌補學生認知上的差距呢？這給本課教學帶來了挑戰。

“物理學的重大進展”涉及的是近代物理學發展與影響等內容。在文化史環節學習物理學的重大進展，不是要學習某物理理論的具體定義和應用，這是物理老師的工作，而是要通過學習歷史上物理學的進展，理解物理學或者說科學的發展對于人類社會、人的思想觀念的影響，這才是歷史課關注的重心，也是這節課的教學思路。基于此，本課的主題就是經典力學的歷史地位與相對論、量子論提出的歷史意義。

人教版在課文最后設有“本課要旨”欄目，實際指出了本節課學習的核心目標，本課這樣陳述：“牛頓創建了萬有引力定律和力學三定律，建立了經典力學，改變了自古代中世紀以來人們的認識論和方法論。”“19世紀末20世紀初，普朗克提出了量子假說，愛因斯坦提出了相對論，改變了人們認識世界的角度和方式。”對于這兩句話，由于一線教師知識面的欠缺，很難體會經典力學、量子論、相對論是如何改變人們的認識觀的。鑒于課文敘述簡單，不少專家、名師對如何設計該課表示為難。在實際的教學中，很少有老師從社會影響、歷史發展的視角思考學習經典力學、量子論、相對論的價值。

備課第一步是解讀課標，教師在此基礎上，需要思考：（1）根據課標，本節課的重點、難點是什么？（2）教材關于近代物理學的重大進展的表述是否體現了課標的要求？（3）對于牛頓力學、相對論、量子論對社會發展的貢獻與意義，課文是如何表述的？能否便于學生理解該問題？（4）思想文化史內容的教學如何體現學科的特點？課文是否從學科特點的角度清晰地表述了近代物理學的重大進展的內容？等等。

如何解決上述問題？首先，應對比分析課標要求與課文內容的表述，梳理本課的線索、重難點。本課的重點在于認識經典力學、相對論、量子論在近代自然科學理論發展中的歷史地位以及意義，難點是相對論、量子論相關概念的理解。對于牛頓力學，學生早就學習過，在生活中也常常接觸過相關的現象，該方面的知識學習不難。但是相對論理論、量子論的內涵是什么？如何理解？經典力學、相對論、量子論在近代歷史上都發揮著重大的作用，如何理解這些作用？這些問題課文敘述只鱗片爪，因此，需要教師認真查找資料去分析、理解。其次，如何通俗解讀相對論、量子論。相對論、量子論理論知識抽象難懂，如果教師在課堂避開不提，不利于學生理解這些理論的重大意義。教師應認識到，通過清晰簡單圖示或介紹，有助于學生理解課文對相關內容的晦澀敘述。教師可以借助于已有的通俗出版物，例如，日本學者佐藤勝彥所著《圖說相對論與量子論》《有趣的讓人睡不著的量子論》（人民郵電出版社2016年版）對兩大理論的分析通俗易懂。在時代變化日新月異的今天，歷史教師要想與時俱進，應隨時補充知識素養。最后，如何分析三大理論的歷史意義。教師不能僅憑借教材課文抽象的意義表述，讓學生去空洞地理解。了解課文表述背后蘊含的復雜的情節，對這些內容進行分析、解讀，是教師應考慮的，也是傳統吃透教材所強調的。課文文末的“本課測評”所提出的問題也圍繞相對論、量子論的理論意義理解而設計，教師在教學中沒辦法回避這一問題。因此，對歷史意義問題進行深刻分析，幫助學生認識三大理論在近現代歷史發展中的重要性，理性思考近現代人類思維方式的變遷問題，有助于更好地培養學生的思維能力。

近代物理學對于第三次科技革命的促進作用，是本單元后面的學習內容，本課不需要大談特談，點到即可。關于該方面的意義，這里不做分析。

（一）經典力學創立的意義

牛頓的經典力學體系內涵并不是歷史教學研究的問題。經典力學的建立，除了在物理學發展中有重要作用之外，對人類文明的發展有什么樣的影響？或者說，對人們精神世界有著怎樣的沖擊？這是本課需要思考的問題。

牛頓經典力學不僅對解釋和預見物理現象具有決定性意義，而且在社會、經濟、思想等領域都有影響。正如江曉原在《科學史十五講》中所說：“在社會、經濟、思想等各個領域中，人們希望仿造牛頓力學的原則，通過對現象的觀測得出若干原理，再運用數學手段來解答所有的問題。事實或許不如所愿，但在牛頓開創的這個理性時代，人們確實體會到了一種前所未有的智力自信”。①“這種從力學原理出發來解釋一切自然現象的做法使人們把整個宇宙看成是一個具有力學結構和進行機械運動的系統。在17—18世紀，這種機械論世界觀取代了基督教的目的論世界觀成為科學家和知識階層的普遍信念。”“17世紀的科學理性雖然沒有對宗教信仰進行公開的批判，但是它卻在宗教氣氛依然濃郁的西方精神世界中為自己開辟了一塊綠洲”。②牛頓經典力學體系開創一個理性的時代，人們期望在各個領域都能夠發現一種規律或者原理。這種新的世界觀漸漸取代了基督教的目的論的世界觀，沖擊著基督教在精神世界的統治，讓人們獲得一種前所未有的智力自信。時人認為，上帝創造了世界，雖然是世界的主人，但這個世界按照經典力學的規律有條不紊運行。這種觀點沖擊著基督教在西方精神世界的統治，并影響著西方人對待自然界和上帝的態度。從此，人們普遍接受了自然界、世界按照自身規律運行的觀念。正如電視片《大國崛起》解說詞這樣說：“牛頓通過自己的偉大著作宣告了科學時代的來臨，他告訴世人：自然界存在著規律，而且規律是能夠被認識的。牛頓的發現，給人類帶來從未有過的自信，曾經匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界。”牛頓經典力學的建立，傳播了理性的思想，把科學和神學分割開來，對科學的發展和人們的思想觀念的沖擊有著莫大的作用。同時，也改變了一個國家對于科學和科學家的態度。1727年，牛頓去世，英國以隆重的國葬儀式將他安葬在一向是王公貴族的墓地的威斯敏斯特大教堂。牛頓作為第一個安息在此的科學家，這是一個國家對于科學家的態度，也是一個國家對于科學的態度。

（二）相對論的發展及其意義③

在牛頓生活的年代，經典力學幾乎等同于真理。當歷史不斷發展，科學不斷進步，經典力學的缺陷暴露出來。經典力學是建立在日常生活常見的低速運動的物質之上的，認為存在著絕對靜止的時間和絕對的空間，時間、空間與其他任何物質沒有關系。到了19世紀末，物理學新出現的一系列現象：光的波動理論、關于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論等，沒有辦法用經典力學來解釋，這使得經典力學面臨著挑戰。

相對論是科學解釋時間和空間性質的理論。相對論認為，時間和空間并不是永遠不變的，它們會根據情況的變化發生伸縮。愛因斯坦在1905年6月發表的相對論中指出，某件事物在某個人的眼中是同時發生的，但在其他人眼中卻是不同時的。假設我們從地球上的某一地點同時向前方和后方發射兩束光，如果地球上的人觀察這兩個傳感器，會看到傳感器提示燈同時亮起。位于宇宙中的人觀察卻不同，光到達30千米以外的傳感器時的時間，只需要10～4秒。在此過程中，地球以每秒30千米轉動，向前運動了3米的距離。因此前方的傳感器的位置也向前運動了3米，到達位于前方的傳感器的光，實際運動的距離為30.003千米；而到達位于后方的傳感器的光，實際運動的距離應為29.997千米。所以，不同的人有著不同的時間標準，雙方都以自己的標準判斷時間，而沒有考慮到對方是否運動、對方的時間如何運行。如果鐘表快速運動的話，表針的運動速度就會變慢。同樣，空間具有相對性。如果一個人以類似光的速度飛行，在他看來，大氣層的行進方向長度變短，厚度變薄。實際上大氣層并沒有被破壞或壓扁，是測量出的厚度值比靜止時更小而已。所以，長度也由于觀察者的不同發生伸縮。測量同一物體的長度，在物體運動時和靜止時測量出的結果也是不同的。這就是課文所提到的尺縮效應和鐘慢效應。廣義相對論認為，只要物質存在，周圍的空間就會發生彎曲。在這種彎曲的空間中，物質進行運動并相互靠近。愛因斯坦預言，有這樣一個區域，這里的重力無限大，空間發生了巨大的彎曲，即使光也無法逃脫。這就是黑洞！宇宙受到其中的銀河等物質的重力影響，并非處于靜止的狀態，而是不斷進行著膨脹或收縮。在廣義相對論中，愛因斯坦又提出“受到重力影響的時鐘走得慢”，即當強大重力影響的時候，時間的流動會變得緩慢。這些內容晦澀難懂，不是歷史教學的重心，重要的是相對論的提出對人類社會發展產生了哪些影響。

相對論的創立，是物理學領域的一次重大革命。如果沒有狹義相對論，就沒有原子能的利用、原子彈的發明。相對論否定了經典力學的絕對時空觀，發展了牛頓力學，將物理學發展到一個新高度。從經典力學到相對論，這說明了科學是不斷進步和發展的。當條件變化的時候，曾經正確的結論，理論可能會被新的更正確的理論所取代。科學不是止步不前的，也不是原地踏步，而是不斷進步的。

除了物理學上的貢獻之外，相對論也對人的思維觀念變化產生著沖擊。“相對論的革命性的作用還不只是提供了一種具體有效的描述許多物理想象的時空構架，更重要的是以其懷疑和批判的精神為物理學的發展開辟道路，引發了一場深刻的物理學革命”。①在許多的物理學家看來，經典力學幾乎是完美的存在，但相對論對經典力學進行了挑戰。這一挑戰背后所持有的一種懷疑和批判的精神是值得贊揚的。在生活中，很多人總是把科學當成真理，把真理當成是永恒的、正確的，缺少了一種懷疑和批判的精神。學習相對論，對于普通人來說，最重要的是學習其中蘊含的對已有真理的一種質疑和批判的精神。愛因斯坦的理論是他通過思維做出的預言假設，后來被實驗證明是正確的。從中可以得出這樣一個啟示：科學是最好的假設。假設不是空談，科學研究上的假設是建立在縝密的學科理論和研究方法基礎上的。科學家圍繞研究問題，根據科學理論與研究方法，設想可能的結論，然后通過實驗去驗證。如果驗證成功，這個假設就是合理的；如果不成功，就會推動產生新的理論。很多人把科學和真理等同起來，認為科學就是正確的，甚至有人提出，所有今天已經知道的不是正確的東西，都應該被排除在科學之外。這種觀點不正確。“在科學發展的過程中，沒有哪一種模型（以及方案、數據、結論等等）是永恒的，今天被認為‘正確的模型，隨時都可能被新的，更‘正確的模型所取代……可以明確地說：科學必然包括許多在今天看來已經不正確的內容”。②如果說，所有已知的不正確的東西都應該被排除在科學之外，那么今天贊揚的牛頓、哥白尼、托勒密都要被趕出科學的殿堂。何謂科學？“我們判斷一種學說是不是科學，不是依據它的結論，而是依據它所用的方法，它所遵循的程序”。③科學是不斷發展的，科學≠正確！當條件變了，之前正確的結論、理論可能就會被新的更正確的結論所取代。這一觀念認識應是本課教學所強調的。

（三）量子論的發展及其意義④

量子論的創立的背景依舊和經典物理學無法解釋一些新的物理研究現象有關。19世紀末20世紀初，電子和放射性的發現，促進人們對物質的認識深入到了原子內部。大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用經典力學的理論來說明。“量子”一詞，是英文“Quantum”一詞的翻譯，指的是“極小的集群、單位”，或“整數的量”。量子并不是一種微小的粒子，而是一個表示量的概念。量子這個概念是在研究光的性質過程中產生的，首先使用量子一詞的是德國的物理學家普朗克。

微觀世界的物質和宏觀世界中的物質完全不同。一般來說，人們認為像電子之類的微觀物質，其本質應該是“粒子”，但量子論認為微觀物質的本質是“波”。單個電子具有波的性質，同時具有粒子的特點。微觀物質在沒有任何人進行觀測的狀態下呈現出波的狀態，即在沒有進行觀測的時候，電子是波；在有人觀察的時候，波會消失，電子變成粒子。量子論提出微觀世界運行的兩個規則：一是“微觀世界物質的行為，可以用其本質是波來解釋”，利用相關方程式，可以計算出電子的運動和能量等。二是“微觀物質的行為只能進行概率上的預測”，電子可能出現的位置，就像擲骰子一樣，只能進行概率上的預測。傳統物理學認為，所有的物理現象都能進行準確預測。但量子論對這一觀點進行了批判。德國物理學家海森堡在1927年使用公式表述了自然所具有的不確定性。根據量子論，模糊不定才是自然的本質，不存在“什么都沒有”的狀態。大自然真正的本質是沒有任何確定的事物，知識是不確定的。

量子論是由若干名天才物理學家共同提出并創建的。盡管愛因斯坦解釋了光電效應，利于量子論的建立，但他本人卻反對量子論，這一點課本沒有說明。量子論的誕生是源于普朗克提出了量子假說，但理論奠基人是丹麥物理學家玻爾，他提出了原子的量子原理，后經法國物理學家德布羅意、奧利地物理學家薛定諤、德國物理學家海森堡等的溝通努力，量子論最終建立。量子論產生后促進了人類社會物質文明的發展。例如大規模集成電路等半導體元器件，就是利用了量子論的原理制成的；近年熱議的納米技術，也是應用量子論開發出的微觀世界的最新技術。物理學和化學原是截然分開的兩門科學，量子力學建立后，兩者才找到了統一的理論基礎。量子理論不斷地向自然科學的各個領域進行廣泛的滲透，形成了許多交叉學科，諸如量子化學、量子生物學、材料科學、量子信息學等。

量子論還影響著人的思想的改變，這是歷史課應關注的焦點。近代科學研究強調知識的確定性與邏輯實證，追尋絕對真理。量子論對微觀世界中主客體不可分的揭示，凸現了知識的主觀性和不確定性方面，揭示了傳統追求絕對確定性知識的思維方式的片面性和局限性。這種觀念改變了20世紀科學界、學術界人們的認識，促使人類進一步對知識的客觀性、確定性產生懷疑。原來我們是通過思維中的確定性來建構認識對象的，現在那種簡單的、非此即彼的線性思維方式，已不能滿足我們深化認識的需要，人類不得不面對對象世界和主觀思維中的、不可人為排除的“不確定性”，它構成我們的知識論甚至是新的認識方式的核心。在量子論的沖擊下，“許多當代著名的自然科學家相信自然界的各種現象本身并不存在因果必然性的規律，人們只能用概率或統計規律去大致地把握自然現象的某些可能的趨勢或出現頻率”。①一個世紀以來，量子理論被廣泛運用于化學領域以及哲學、社會科學領域，對后現代思想理論的產生也起到了促進作用。由此可見量子論的歷史影響。

根據教學設計理論，備課首先應根據課標要求、具體學情去設計教學目標，然后才能依據教學目標確定教學內容。當前很多歷史教師習慣先分析學習內容（即課本內容），再制定教學目標，這違背了教學設計先有目標后有內容的原則，容易陷入教課本的泥潭。各種版本的課本都是編寫者根據課標要求編寫而成，課本內容實際是編寫者對課程目標與內容標準的理解與解讀，不一定與課標相吻合。課本內容不是教學內容，它只是用以支持教學的工具或資源之一。教學目標確定后，教師備課時就應以批判的眼光審視課本。如果課本內容不利于教學目標的達成，教師應另起爐灶，重新思考教學資源的搜集與選擇。

【作者簡介】陳志剛，廣西師范大學歷史文化與旅游學院教授，主要從事課程與教學理論、歷史考試評價研究。

覃玉蘭，廣西師范大學歷史文化與旅游學院在讀研究生。

【責任編輯：王雅貞】