例谈历史备课的出发点

陈志刚 覃玉兰

关键詞 备课，课程标准，出发点，物理学的重大发展

中图分类号 G63 文献标识码 B 文章编号 0457-6241（2018）05-0038-06

一线教师在备课中最常见的误区是根据课本进行备课，以为教材分析就是教学内容分析、教学重难点分析。这种备课的基本思路与课程改革要求背道而驰。在课程改革背景下，教师如何进行备课？下面笔者选择一篇高中必修三的课文进行分析说明。

对于必修三专题的思想文化史内容，一线教师常把它们处理成文学课、艺术欣赏课、物理课等，导致历史学科教学的特点不明显。究其原因，一是教师知识面的匮乏，一是（也是更重要的）教师缺乏课标意识，教学观念滞后，习惯根据课本内容进行备课。

例如人教版高中历史必修三第四单元“近代以来世界的科学发展历程”中的“物理学的重大进展”一课，课文正文分为“经典力学”“相对论的创立”“量子论的诞生与发展”三个子目进行叙述。第一目“经典力学”大字部分约380字，主要讲述伽利略发现了自由落体定律，为后来经典力学的创立奠定了基础；牛顿提出物体运动三大定律和万有引力定律，形成经典力学体系。第二目“相对论的创立”大字部分约330字，主要讲述爱因斯坦提出了相对论，质疑经典力学的时间观和空间观。第三目“量子论的诞生与发展”约410字，主要叙述量子假说的提出，它与相对论一同构成了现代物理学的基础，改变了人们认识世界的角度和方式。但是，三大理论是如何改变人们认识世界的，教材并没有说明。课文文本的叙述非常简单，例如对于相对论，课文这样表述：“狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增大，同时空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。即会发生尺缩效应和钟慢效应。广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。”这种抽象的话语就是成年人也感到晦涩难懂。

如果根据课文，老师们普遍会将教学重点放在解读三大理论内容上。除了经典力学外，量子论、相对论这两方面的知识，历史教师均不太清楚。什么是“自然界无跳跃”原则、热辐射理论、尺缩效应和钟慢效应？老师们更是一头雾水。即便是物理课有详细的介绍的经典力学，如果历史教师将重心放在知识点的介绍上，不仅没有新意，也无法超越物理课的常识。

在本单元的导语上，人教版教材这样叙述：“文艺复兴以后，面向现实世界、重视实践的风气促进了近代科学技术的迅速发展，科学研究的范围也不断扩大。近代时期，科学家把自然界划分为不同的领域，分门别类地进行研究.取得了巨大成就。在数学、物理学、生物学、化学等众多学科领域，取得了很多划时代的成果，出现了一大批科学巨匠。科学技术的发展极大地推动了社会生产力的进步.逐步地提高了人们的生活水平。”这种导语设计是一种介绍性的，从中很难抓住单元教学的核心。从导语表述来看，我们不知道本单元学习的目标是什么？为什么要在文化史专题中学习近代物理学发展的知识？可见，该单元设计未能起到应有的提示作用。

人教版在课前提示上，基本采用小故事的方式或有趣的话语，以激发学生对本课学习的兴趣或者关注本课学习的关键点。本课课前提示采用的是学生耳熟能详的“伽利略比萨斜塔掷铁球”故事，但本课的学习重点是什么？该故事是否指向了学习目标？等等，编写者均未考虑。由于课前提示基本不提供关于本课学习的前后知识脉络联系的素材，难以唤起学生对已有知识和经验的关注，不利于学生利用以前学习的内容或学习方法，与即将学习的内容相结合，形成意义学习。就是说，在实际的学习中，这种课前提示未能完全起到先行组织者的作用。

关于课后测试题，课本在“本课测评”栏目这样设计：相对论和量子论的出现，有什么意义？如果根据课文，答案是——它们构成了现代物理学的基础；弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足；推动了物理学自身的进步而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。这种答案即使学生背熟了，如果没有具体的解释，他们也很难理解。

历史课为什么要学习物理学方面的知识？通过课文，学生能够领会近代物理学的历史意义吗？课文的内容有助于课程目标的达成吗？对于这些问题，课本是难以回答的。显然，教师不能从课文内容出发进行备课与教学。

现在进行的是基于课程标准的改革，无论是备课、教材分析、教师教学等，其出发点都是课程标准。进行备课，必须依据课标的要求以及具体的学情。备课的出发点是课标与学情，而不是教材课文。

课标作为我们教学中的重要依据，它对本课做了这样的要求：“了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。”这是我们备课与分析教材所依赖的基础。

根据课标，本课学习重心不在于经典力学、相对论、量子论的主要内容，学生们只要知道、了解即可，教学重心在于认识经典力学、相对论、量子论在近代自然科学理论发展中的历史地位以及意义。在学情方面，高二学生在物理学习中对经典力学有所了解，具有一定的知识储备，同时初步掌握了一定的史论结合的方法，具备一定的分析历史问题的能力。但他们尚未学习过量子论和相对论等知识，不清楚这些理论的意义与作用。如何认识三大理论的历史作用？仅靠课本知识，学生难以领悟。教师怎样弥补学生认知上的差距呢？这给本课教学带来了挑战。

“物理学的重大进展”涉及的是近代物理学发展与影响等内容。在文化史环节学习物理学的重大进展，不是要学习某物理理论的具体定义和应用，这是物理老师的工作，而是要通过学习历史上物理学的进展，理解物理学或者说科学的发展对于人类社会、人的思想观念的影响，这才是历史课关注的重心，也是这节课的教学思路。基于此，本课的主题就是经典力学的历史地位与相对论、量子论提出的历史意义。

人教版在课文最后设有“本课要旨”栏目，实际指出了本节课学习的核心目标，本课这样陈述：“牛顿创建了万有引力定律和力学三定律，建立了经典力学，改变了自古代中世纪以来人们的认识论和方法论。”“19世纪末20世纪初，普朗克提出了量子假说，爱因斯坦提出了相对论，改变了人们认识世界的角度和方式。”对于这两句话，由于一线教师知识面的欠缺，很难体会经典力学、量子论、相对论是如何改变人们的认识观的。鉴于课文叙述简单，不少专家、名师对如何设计该课表示为难。在实际的教学中，很少有老师从社会影响、历史发展的视角思考学习经典力学、量子论、相对论的价值。

备课第一步是解读课标，教师在此基础上，需要思考：（1）根据课标，本节课的重点、难点是什么？（2）教材关于近代物理学的重大进展的表述是否体现了课标的要求？（3）对于牛顿力学、相对论、量子论对社会发展的贡献与意义，课文是如何表述的？能否便于学生理解该问题？（4）思想文化史内容的教学如何体现学科的特点？课文是否从学科特点的角度清晰地表述了近代物理学的重大进展的内容？等等。

如何解决上述问题？首先，应对比分析课标要求与课文内容的表述，梳理本课的线索、重难点。本课的重点在于认识经典力学、相对论、量子论在近代自然科学理论发展中的历史地位以及意义，难点是相对论、量子论相关概念的理解。对于牛顿力学，学生早就学习过，在生活中也常常接触过相关的现象，该方面的知识学习不难。但是相对论理论、量子论的内涵是什么？如何理解？经典力学、相对论、量子论在近代历史上都发挥着重大的作用，如何理解这些作用？这些问题课文叙述只鳞片爪，因此，需要教师认真查找资料去分析、理解。其次，如何通俗解读相对论、量子论。相对论、量子论理论知识抽象难懂，如果教师在课堂避开不提，不利于学生理解这些理论的重大意义。教师应认识到，通过清晰简单图示或介绍，有助于学生理解课文对相关内容的晦涩叙述。教师可以借助于已有的通俗出版物，例如，日本学者佐藤胜彦所著《图说相对论与量子论》《有趣的让人睡不着的量子论》（人民邮电出版社2016年版）对两大理论的分析通俗易懂。在时代变化日新月异的今天，历史教师要想与时俱进，应随时补充知识素养。最后，如何分析三大理论的历史意义。教师不能仅凭借教材课文抽象的意义表述，让学生去空洞地理解。了解课文表述背后蕴含的复杂的情节，对这些内容进行分析、解读，是教师应考虑的，也是传统吃透教材所强调的。课文文末的“本课测评”所提出的问题也围绕相对论、量子论的理论意义理解而设计，教师在教学中没办法回避这一问题。因此，对历史意义问题进行深刻分析，帮助学生认识三大理论在近现代历史发展中的重要性，理性思考近现代人类思维方式的变迁问题，有助于更好地培养学生的思维能力。

近代物理学对于第三次科技革命的促进作用，是本单元后面的学习内容，本课不需要大谈特谈，点到即可。关于该方面的意义，这里不做分析。

（一）经典力学创立的意义

牛顿的经典力学体系内涵并不是历史教学研究的问题。经典力学的建立，除了在物理学发展中有重要作用之外，对人类文明的发展有什么样的影响？或者说，对人们精神世界有著怎样的冲击？这是本课需要思考的问题。

牛顿经典力学不仅对解释和预见物理现象具有决定性意义，而且在社会、经济、思想等领域都有影响。正如江晓原在《科学史十五讲》中所说：“在社会、经济、思想等各个领域中，人们希望仿造牛顿力学的原则，通过对现象的观测得出若干原理，再运用数学手段来解答所有的问题。事实或许不如所愿，但在牛顿开创的这个理性时代，人们确实体会到了一种前所未有的智力自信”。①“这种从力学原理出发来解释一切自然现象的做法使人们把整个宇宙看成是一个具有力学结构和进行机械运动的系统。在17—18世纪，这种机械论世界观取代了基督教的目的论世界观成为科学家和知识阶层的普遍信念。”“17世纪的科学理性虽然没有对宗教信仰进行公开的批判，但是它却在宗教气氛依然浓郁的西方精神世界中为自己开辟了一块绿洲”。②牛顿经典力学体系开创一个理性的时代，人们期望在各个领域都能够发现一种规律或者原理。这种新的世界观渐渐取代了基督教的目的论的世界观，冲击着基督教在精神世界的统治，让人们获得一种前所未有的智力自信。时人认为，上帝创造了世界，虽然是世界的主人，但这个世界按照经典力学的规律有条不紊运行。这种观点冲击着基督教在西方精神世界的统治，并影响着西方人对待自然界和上帝的态度。从此，人们普遍接受了自然界、世界按照自身规律运行的观念。正如电视片《大国崛起》解说词这样说：“牛顿通过自己的伟大著作宣告了科学时代的来临，他告诉世人：自然界存在着规律，而且规律是能够被认识的。牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信，曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。”牛顿经典力学的建立，传播了理性的思想，把科学和神学分割开来，对科学的发展和人们的思想观念的冲击有着莫大的作用。同时，也改变了一个国家对于科学和科学家的态度。1727年，牛顿去世，英国以隆重的国葬仪式将他安葬在一向是王公贵族的墓地的威斯敏斯特大教堂。牛顿作为第一个安息在此的科学家，这是一个国家对于科学家的态度，也是一个国家对于科学的态度。

（二）相对论的发展及其意义③

在牛顿生活的年代，经典力学几乎等同于真理。当历史不断发展，科学不断进步，经典力学的缺陷暴露出来。经典力学是建立在日常生活常见的低速运动的物质之上的，认为存在着绝对静止的时间和绝对的空间，时间、空间与其他任何物质没有关系。到了19世纪末，物理学新出现的一系列现象：光的波动理论、关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论等，没有办法用经典力学来解释，这使得经典力学面临着挑战。

相对论是科学解释时间和空间性质的理论。相对论认为，时间和空间并不是永远不变的，它们会根据情况的变化发生伸缩。爱因斯坦在1905年6月发表的相对论中指出，某件事物在某个人的眼中是同时发生的，但在其他人眼中却是不同时的。假设我们从地球上的某一地点同时向前方和后方发射两束光，如果地球上的人观察这两个传感器，会看到传感器提示灯同时亮起。位于宇宙中的人观察却不同，光到达30千米以外的传感器时的时间，只需要10～4秒。在此过程中，地球以每秒30千米转动，向前运动了3米的距离。因此前方的传感器的位置也向前运动了3米，到达位于前方的传感器的光，实际运动的距离为30.003千米；而到达位于后方的传感器的光，实际运动的距离应为29.997千米。所以，不同的人有着不同的时间标准，双方都以自己的标准判断时间，而没有考虑到对方是否运动、对方的时间如何运行。如果钟表快速运动的话，表针的运动速度就会变慢。同样，空间具有相对性。如果一个人以类似光的速度飞行，在他看来，大气层的行进方向长度变短，厚度变薄。实际上大气层并没有被破坏或压扁，是测量出的厚度值比静止时更小而已。所以，长度也由于观察者的不同发生伸缩。测量同一物体的长度，在物体运动时和静止时测量出的结果也是不同的。这就是课文所提到的尺缩效应和钟慢效应。广义相对论认为，只要物质存在，周围的空间就会发生弯曲。在这种弯曲的空间中，物质进行运动并相互靠近。爱因斯坦预言，有这样一个区域，这里的重力无限大，空间发生了巨大的弯曲，即使光也无法逃脱。这就是黑洞！宇宙受到其中的银河等物质的重力影响，并非处于静止的状态，而是不断进行着膨胀或收缩。在广义相对论中，爱因斯坦又提出“受到重力影响的时钟走得慢”，即当强大重力影响的时候，时间的流动会变得缓慢。这些内容晦涩难懂，不是历史教学的重心，重要的是相对论的提出对人类社会发展产生了哪些影响。

相对论的创立，是物理学领域的一次重大革命。如果没有狭义相对论，就没有原子能的利用、原子弹的发明。相对论否定了经典力学的绝对时空观，发展了牛顿力学，将物理学发展到一个新高度。从经典力学到相对论，这说明了科学是不断进步和发展的。当条件变化的时候，曾经正确的结论，理论可能会被新的更正确的理论所取代。科学不是止步不前的，也不是原地踏步，而是不断进步的。

除了物理学上的贡献之外，相对论也对人的思维观念变化产生着冲击。“相对论的革命性的作用还不只是提供了一种具体有效的描述许多物理想象的时空构架，更重要的是以其怀疑和批判的精神为物理学的发展开辟道路，引发了一场深刻的物理学革命”。①在许多的物理学家看来，经典力学几乎是完美的存在，但相对论对经典力学进行了挑战。这一挑战背后所持有的一种怀疑和批判的精神是值得赞扬的。在生活中，很多人总是把科学当成真理，把真理当成是永恒的、正确的，缺少了一种怀疑和批判的精神。学习相对论，对于普通人来说，最重要的是学习其中蕴含的对已有真理的一种质疑和批判的精神。爱因斯坦的理论是他通过思维做出的预言假设，后来被实验证明是正确的。从中可以得出这样一个启示：科学是最好的假设。假设不是空谈，科学研究上的假设是建立在缜密的学科理论和研究方法基础上的。科学家围绕研究问题，根据科学理论与研究方法，设想可能的结论，然后通过实验去验证。如果验证成功，这个假设就是合理的；如果不成功，就会推动产生新的理论。很多人把科学和真理等同起来，认为科学就是正确的，甚至有人提出，所有今天已经知道的不是正确的东西，都应该被排除在科学之外。这种观点不正确。“在科学发展的过程中，没有哪一种模型（以及方案、数据、结论等等）是永恒的，今天被认为‘正确的模型，随时都可能被新的，更‘正确的模型所取代……可以明确地说：科学必然包括许多在今天看来已经不正确的内容”。②如果说，所有已知的不正确的东西都应该被排除在科学之外，那么今天赞扬的牛顿、哥白尼、托勒密都要被赶出科学的殿堂。何谓科学？“我们判断一种学说是不是科学，不是依据它的结论，而是依据它所用的方法，它所遵循的程序”。③科学是不断发展的，科学≠正确！当条件变了，之前正确的结论、理论可能就会被新的更正确的结论所取代。这一观念认识应是本课教学所强调的。

（三）量子论的发展及其意义④

量子论的创立的背景依旧和经典物理学无法解释一些新的物理研究現象有关。19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，促进人们对物质的认识深入到了原子内部。大量的实验表明，微观粒子的运动不能用经典力学的理论来说明。“量子”一词，是英文“Quantum”一词的翻译，指的是“极小的集群、单位”，或“整数的量”。量子并不是一种微小的粒子，而是一个表示量的概念。量子这个概念是在研究光的性质过程中产生的，首先使用量子一词的是德国的物理学家普朗克。

微观世界的物质和宏观世界中的物质完全不同。一般来说，人们认为像电子之类的微观物质，其本质应该是“粒子”，但量子论认为微观物质的本质是“波”。单个电子具有波的性质，同时具有粒子的特点。微观物质在没有任何人进行观测的状态下呈现出波的状态，即在没有进行观测的时候，电子是波；在有人观察的时候，波会消失，电子变成粒子。量子论提出微观世界运行的两个规则：一是“微观世界物质的行为，可以用其本质是波来解释”，利用相关方程式，可以计算出电子的运动和能量等。二是“微观物质的行为只能进行概率上的预测”，电子可能出现的位置，就像掷骰子一样，只能进行概率上的预测。传统物理学认为，所有的物理现象都能进行准确预测。但量子论对这一观点进行了批判。德国物理学家海森堡在1927年使用公式表述了自然所具有的不确定性。根据量子论，模糊不定才是自然的本质，不存在“什么都没有”的状态。大自然真正的本质是没有任何确定的事物，知识是不确定的。

量子论是由若干名天才物理学家共同提出并创建的。尽管爱因斯坦解释了光电效应，利于量子论的建立，但他本人却反对量子论，这一点课本没有说明。量子论的诞生是源于普朗克提出了量子假说，但理论奠基人是丹麦物理学家玻尔，他提出了原子的量子原理，后经法国物理学家德布罗意、奥利地物理学家薛定谔、德国物理学家海森堡等的沟通努力，量子论最终建立。量子论产生后促进了人类社会物质文明的发展。例如大规模集成电路等半导体元器件，就是利用了量子论的原理制成的；近年热议的纳米技术，也是应用量子论开发出的微观世界的最新技术。物理学和化学原是截然分开的两门科学，量子力学建立后，两者才找到了统一的理论基础。量子理论不断地向自然科学的各个领域进行广泛的渗透，形成了许多交叉学科，诸如量子化学、量子生物学、材料科学、量子信息学等。

量子论还影响着人的思想的改变，这是历史课应关注的焦点。近代科学研究强调知识的确定性与逻辑实证，追寻绝对真理。量子论对微观世界中主客体不可分的揭示，凸现了知识的主观性和不确定性方面，揭示了传统追求绝对确定性知识的思维方式的片面性和局限性。这种观念改变了20世纪科学界、学术界人们的认识，促使人类进一步对知识的客观性、确定性产生怀疑。原来我们是通过思维中的确定性来建构认识对象的，现在那种简单的、非此即彼的线性思维方式，已不能满足我们深化认识的需要，人类不得不面对对象世界和主观思维中的、不可人为排除的“不确定性”，它构成我们的知识论甚至是新的认识方式的核心。在量子论的冲击下，“许多当代著名的自然科学家相信自然界的各种现象本身并不存在因果必然性的规律，人们只能用概率或统计规律去大致地把握自然现象的某些可能的趋势或出现频率”。①一个世纪以来，量子理论被广泛运用于化学领域以及哲学、社会科学领域，对后现代思想理论的产生也起到了促进作用。由此可见量子论的历史影响。

根据教学设计理论，备课首先应根据课标要求、具体学情去设计教学目标，然后才能依据教学目标确定教学内容。当前很多历史教师习惯先分析学习内容（即课本内容），再制定教学目标，这违背了教学设计先有目标后有内容的原则，容易陷入教课本的泥潭。各种版本的课本都是编写者根据课标要求编写而成，课本内容实际是编写者对课程目标与内容标准的理解与解读，不一定与课标相吻合。课本内容不是教学内容，它只是用以支持教学的工具或资源之一。教学目标确定后，教师备课时就应以批判的眼光审视课本。如果课本内容不利于教学目标的达成，教师应另起炉灶，重新思考教学资源的搜集与选择。

【作者简介】陈志刚，广西师范大学历史文化与旅游学院教授，主要从事课程与教学理论、历史考试评价研究。

覃玉兰，广西师范大学历史文化与旅游学院在读研究生。

【责任编辑：王雅贞】