中美文科物理教材的比較與啟示

張楊+張強(qiáng)

【摘要】我國(guó)《文科物理——生活中的物理學(xué)》與美國(guó)《概念物理》皆為文科物理經(jīng)典教材。通過(guò)對(duì)這兩種教材相同點(diǎn)及不同點(diǎn)的對(duì)比分析，認(rèn)為我國(guó)文科物理教材建設(shè)還需側(cè)重人文教學(xué)、概念闡述、實(shí)例插圖等三大問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】文科物理 ； 概念物理 ； 文科物理教學(xué) ； 文科物理教材建設(shè)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）2-0044-02

一、引言

大學(xué)物理是培養(yǎng)自然科學(xué)文化素質(zhì)教育的課程，世界高校都增設(shè)了文科物理課程。我國(guó)的《文科物理——生活中的物理學(xué)》[1]（宋峰主編）是2013年出版的國(guó)家“十二五”規(guī)劃教材；《概念物理》[2]（保羅·哈維特編著）作為文科物理教材的經(jīng)典之作，從上世紀(jì)70年代開始一直為美國(guó)文科生鐘愛，文中所做比較的是艾迪生-韋斯利公司2010年的第11版。

二、《文科物理》與《概念物理》的相同點(diǎn)

1.發(fā)揮科學(xué)趣味，激發(fā)學(xué)習(xí)興致

《文科物理》從日常生活出發(fā)，用詼諧生動(dòng)的趣味性語(yǔ)言表述物理問(wèn)題，揭示主導(dǎo)日常生活的物理規(guī)律。該書不僅注重物理學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，同時(shí)還兼顧文科生的學(xué)習(xí)實(shí)際及行文的可讀性。如第78頁(yè)：“炎熱的夏天，寒冷的冬天，冷熱的本質(zhì)是什么？調(diào)節(jié)冷熱的電冰箱、空調(diào)器又是怎么回事？在對(duì)冷熱的探究中，讀者會(huì)見識(shí)自然界的兩條基本規(guī)律——熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律?！庇靡蓡?wèn)語(yǔ)氣講述身邊的實(shí)際問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生對(duì)其本質(zhì)的探究，之后指出其本質(zhì)是熱力學(xué)的兩個(gè)定律，給出明確清晰的答案。

《概念物理》的趣味性也很強(qiáng)。為調(diào)動(dòng)讀者興趣，講述了幾個(gè)有趣的話題：如公元前三世紀(jì)的希臘天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和地理學(xué)家埃拉托色尼（Eratosthenes）是怎樣在遠(yuǎn)古時(shí)代就能“稱出”地球質(zhì)量的，是如何測(cè)量地球與月亮、地球與太陽(yáng)之間的距離的。測(cè)量他們之間的距離等等這些看起來(lái)匪夷所思的壯舉，首先引起讀者對(duì)科學(xué)的一種“崇拜”，接著說(shuō)明了數(shù)學(xué)是作為科學(xué)語(yǔ)言的形式存在的，另外還講述了研究科學(xué)的方法和做科研的態(tài)度，讓讀者有一種層層深入之感，像在欣賞一部電影，回味無(wú)窮。[3]

2.內(nèi)容分布合理，結(jié)構(gòu)輕重分明

《文科物理》內(nèi)容上涵蓋了物理學(xué)的所有重要分支，包括經(jīng)典力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、相對(duì)論、原子分子物理、量子力學(xué)、固體物理、原子核物理、等離子體物理、粒子物理、天體物理及宇宙學(xué)等，幾乎包括了當(dāng)代物理學(xué)的所有內(nèi)容。物理學(xué)基礎(chǔ)理論部分占1/4，這也是物理學(xué)專業(yè)課教學(xué)重點(diǎn)；其他章節(jié)占1/10。

《概念物理》的重點(diǎn)是經(jīng)典物理，約占3/4，難度不大，適合文科生學(xué)習(xí)。

從內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，均都含有力學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容；更難一些的物理內(nèi)容都只做了簡(jiǎn)略提及。

3.卡通插圖講解，展示實(shí)物圖例

生動(dòng)的插圖在展示物理狀態(tài)、呈現(xiàn)物理過(guò)程、表達(dá)物理規(guī)律、解釋物理原理、說(shuō)明物理?xiàng)l件、化解物理難點(diǎn)等物理內(nèi)容的展示、降低物理難度及幫助學(xué)生理解物理本質(zhì)有很大作用。

《文科物理》第2章第39頁(yè)圖2-20，通過(guò)插圖來(lái)生動(dòng)展現(xiàn)挖掘機(jī)挖土和單人挖土哪種方法做功更快；第7章第198頁(yè)圖7-15用掃描隧道顯微鏡的掃描示意圖來(lái)說(shuō)明其工作的物理?xiàng)l件等，這些插圖在文中起到了畫龍點(diǎn)睛的作用，使學(xué)生能夠更好地了解物理內(nèi)容，避免了冗長(zhǎng)復(fù)雜的物理公式，強(qiáng)調(diào)了物理概念的重要性?！陡拍钗锢怼钒l(fā)揮其彩板印刷優(yōu)勢(shì)，書中插圖更是精美，如第8章第142頁(yè)圖，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)曝光手法獲取貓自由落體時(shí)的照片，形象展示了貓從高處下落時(shí)的姿態(tài)。

兩書均通過(guò)卡通或圖片來(lái)說(shuō)明這一章講述的內(nèi)容，讓人一看到這些圖片就能知曉本章講述的大概，更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解掌握。

4.立足物理概念，注重文科背景

《文科物理》以物理學(xué)知識(shí)體系為主線，涵蓋了從基本粒子物理到宇宙天體物理、從經(jīng)典物理到近代物理、從趣味的物理學(xué)史到身邊生活中的物理，在保持物理思維和內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瑫r(shí)，注重學(xué)生文科背景，可以避免繁雜的物理公式的推導(dǎo)，注重物理概念的理解，強(qiáng)調(diào)物理趣味性，語(yǔ)言通俗易懂。

《概念物理》更側(cè)重傳授物理文化、揭示物理思想在文科物理中的核心價(jià)值，即重視對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)與教育。該書以物理學(xué)史的發(fā)展為主線，充分體現(xiàn)了文理滲透的精神，注意加強(qiáng)物理學(xué)的人文色彩，并注意突出物理學(xué)的思想性和哲理性，立足于理，建瓴于文。[4]

三、《文科物理》與《概念物理》的不同點(diǎn)

1.《文科物理》內(nèi)容更深更廣

《文科物理》全書共九章，第一章主要介紹物理學(xué)史及當(dāng)前物理概況，其余八章涵蓋了物理學(xué)的主要領(lǐng)域和物理分支。其中二到六章講述經(jīng)典物理，占全書比重61%，包括力學(xué)、振動(dòng)與波動(dòng)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)；七到九章講述近代物理，占全書比重33%，包括量子力學(xué)、微觀世界中的物理、天文學(xué)和宇宙學(xué)?！陡拍钗锢怼吩趦?nèi)容上集中于經(jīng)典物理，占全書比重達(dá)83%，而關(guān)于近代物理的內(nèi)容只有兩章，且只覆蓋了原子物理學(xué)和相對(duì)論的一些內(nèi)容。

2.貼近生活是《文科物理》的亮點(diǎn)

《文科物理》的副標(biāo)題為“生活中的物理學(xué)”，編者為了讓文科讀者更好地體會(huì)物理、拉近讀者與物理學(xué)的關(guān)系、打破物理學(xué)給人高深的印象，在《文科物理》一書中有大量聯(lián)系物理與生活的例子。從每章內(nèi)容來(lái)看，編者首先是構(gòu)建物理知識(shí)體系，其中會(huì)用大量的生活實(shí)例來(lái)解釋物理規(guī)律，如在講述電荷時(shí)，就舉了我們生活中衣服上帶靜電的例子，從而引出了摩擦起電的物理規(guī)律；在每章最后部分，則是物理應(yīng)用實(shí)例，如第二章的飛機(jī)、衛(wèi)星與火箭，第五章的電磁爐、GPS、磁懸浮列車，第八章的核輻射防護(hù)等，該部分占每章的比例在20%左右。

用生活中的具體例子來(lái)展示物理學(xué)的內(nèi)容，從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)傳授讀者物理知識(shí)，提升讀者的物理文化，傳播物理思想。物理知識(shí)通過(guò)具體的生活實(shí)例的展示，不再那么冰冷，相反，讀者在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅能夠通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)跟書中的物理現(xiàn)象發(fā)生共鳴，還能進(jìn)一步了解其背后的物理思想及規(guī)律，達(dá)到了在潛移默化中傳播科學(xué)文化的效果。endprint

3.實(shí)例插圖是《概念物理》的強(qiáng)項(xiàng)

《概念物理》采用的是彩版印刷，在視覺效果上比《文科物理》的效果要好。幾乎在書中的每一頁(yè)我們都能看到精美的或卡通或生活的圖例，這在相當(dāng)大程度上消減了文科生對(duì)物理知識(shí)的畏懼，提升了文科生對(duì)物理學(xué)知識(shí)的興趣。相比來(lái)說(shuō)，《文科物理》在插圖數(shù)量上比《概念物理》要少很多。在插圖的繪畫風(fēng)格上，我們認(rèn)為《概念物理》偏向卡通風(fēng)格，畫風(fēng)幽默，整體看出作者配圖很是精心；《文科物理》在插圖上受物理學(xué)教材影響較大，重在表達(dá)物理內(nèi)容，對(duì)插圖的趣味性考慮不如《概念物理》，在插圖利用及說(shuō)明上也有很大改進(jìn)的空間。

四、對(duì)我國(guó)“文科物理”教材建設(shè)的啟示

文科物理是高校實(shí)施文化素質(zhì)教育的一門重要課程，對(duì)體現(xiàn)科學(xué)教育與人文教育的融合，特別對(duì)提高非理工學(xué)生的科學(xué)文化素質(zhì)起著重要作用。通過(guò)《文科物理》與《概念物理》的比較研究，我們認(rèn)為，我國(guó)文科物理教材改革中還應(yīng)側(cè)重以下三方面問(wèn)題：

1.側(cè)重生活性

《文科物理》中用近1/5的篇幅來(lái)闡述物理與生活息息相關(guān)的密切關(guān)系，對(duì)比每章前半部分的物理知識(shí)與后半部分的生活實(shí)例，我們認(rèn)為生活實(shí)例更能吸引文科讀者的興趣，也更容易被文科讀者所接受，探索了除物理學(xué)史以外的另一個(gè)文科物理教材闡述的可行途徑。因此，我們建議在講述物理知識(shí)體系時(shí)應(yīng)該盡量增加生活實(shí)例的應(yīng)用，這樣不僅能夠增強(qiáng)內(nèi)容的趣味性，也能增強(qiáng)讀者的共鳴。降低物理知識(shí)要求，強(qiáng)調(diào)生活中的物理，把物理內(nèi)容用生活實(shí)例來(lái)詮釋是文科物理教材發(fā)展的一個(gè)方向，“生活中的物理學(xué)”完全可以單獨(dú)成為一本教材的主要內(nèi)容。

2.重在講述概念

文科物理的教學(xué)對(duì)象是文科學(xué)生，因此沒(méi)有必要把嚴(yán)格的物理邏輯思維體系灌輸給他們，文科物理教材應(yīng)該更注重于物理概念的闡述，像《概念物理》和《文科物理》一樣，把物理知識(shí)的一些基本概念講述清楚，讓文科學(xué)生了解物理學(xué)的基本內(nèi)容，盡量避免數(shù)學(xué)公式及推導(dǎo)，用略帶幽默趣味的語(yǔ)言來(lái)向讀者表達(dá)物理內(nèi)容?！陡拍钗锢怼返淖髡逷aul建議讀者，閱讀要注重在概念上理解物理，不要過(guò)多的羈絆于復(fù)雜的公式；要享受物理，享受自然界的和諧之美！所以，文科物理教材的一個(gè)重要任務(wù)就是展現(xiàn)物理之美。

3.加強(qiáng)實(shí)例插圖

實(shí)例是表達(dá)物理概念的一種直觀具體的方式，對(duì)于讀者了解物理概念、掌握物理規(guī)律有很好的幫助作用；插圖則能形象生動(dòng)的展現(xiàn)物理過(guò)程、表達(dá)物理內(nèi)容，在增加趣味性的同時(shí)也是引領(lǐng)讀者接受物理知識(shí)的更好方式。《文科物理》在插圖方面做了初步嘗試，但是與《概念物理》還是有一段距離，因此，我們建議國(guó)內(nèi)文科物理方面的教材應(yīng)該在實(shí)例插圖上做更多努力，爭(zhēng)取每頁(yè)上都有精美的實(shí)例插圖，且插圖風(fēng)格上最好能偏向卡通，做到處處有插圖，圖圖都生動(dòng)有趣。

參考文獻(xiàn)

[1]宋峰.文科物理——生活中的物理學(xué).北京：科學(xué)出版社，2013：1-249.

[2]Paul G. Hewitt.Conceptual Physics（eleventh edition）.Pearson Press，2010：1-737.

[3]張立彬，李廣平.美國(guó)一流大學(xué)文科物理經(jīng)典教材的特色與啟示.大學(xué)物理，2011（5）：50-54.

[4]《開設(shè)文科物理課程的初步探索》， http：//cmp-hiedu.cn：8072/phy/.endprint