20年親歷初中物理教材知識內容的改革創新
——回顧物理通報九義大綱教材的編寫

王紹符

(河北大學 河北 保定 071002)

一套教科書獨統天下的局面終于被打破了.1985～1987年《物理通報》雜志社組織九省市(河北、天津、北京、杭州、長春、青島、上海、重慶、南京)幾十位第一線優秀教師、教研員編寫的初中物理(九年義務教育大綱)教科書出版了，并在北京、浙江、安徽、河北、山東、內蒙古、山西、湖南、吉林、四川等二十八省(自治區、直轄市)的幾百所學校試用.

這套教材(以下簡稱“物理通報九義教材”)是在當時國家教委“一綱多本”的號召下產生的，教材融入了一些編者們多年來在第一線積累的教學經驗，以及生動的就地取材的實驗，注意到了貼近生活，貼近大自然，貼近生產實際，降低了起點，使之好教、好學.

這套教材得到了國家教委中小學教材審查委員會審查通過，成為供全國選用的教材，一直使用到2006年.前后20年中，經過兩次重大修改，日臻完善，具備了一些自己的特色，特別是在基本知識的編選方面有了一些重大突破.

1 教材編排順序與章節安排

物理通報九義教材改變了長期以來以“測量”為開篇章節的傳統，而代之以“光的初步知識”.這主要是考慮到“測量”內容枯燥，且形同數學，缺乏物理特色.“光的初步知識”則不然，物理特色濃厚，生動有趣.

全書上下兩冊，大32開，489頁，26章，120節(其中選學14節)，另外還安排了課外“探究課題”11個，“閱讀材料”29篇，“小實驗”和“小制作”27個，“想一想”“練一練”“議一議”和“做一做”共47個.章節安排與課堂教學相適應，盡量做到一節教材對應教學一課時，使之好教、好學.

2 “光的初步知識”編寫全面改觀

2.1 光與視覺

教材首先處理了“光與視覺的關系”，這個“關系”對于理解人眼看物、雙眼效應、大地測量，以及學習成像(特別是虛像)、顯微鏡、望遠鏡、電影等知識都是不可或缺的.

2.2 改光線描述為光束描述建立了兩條知識鏈

對于光的行為，傳統教材都是用“光線”描述.幾何光學中的“光線”并不是光，它是用來描述光傳播方向的幾何線.用“光線”來描述光的行為，遠離學生生活，又缺乏由實際光束到抽象光線的抽象過程，學生很難理解.

物理通報九義教材改用實際光束描述光的行為，對教材的重點內容——平面鏡成像、凸透鏡成像等——都是用“光束”來描述的，并為以后在此基礎上抽象出“光線”，以及用“光線”來進行描述預留下了“接口”.

用折紙條模擬平面鏡對光(不是光線)的作用，以平面鏡對光的作用為依據，講述平面鏡成像；用煙霧實驗研究透鏡對光(不是光線)的作用，以凸透鏡對光的作用為依據，講述凸透鏡成像，形成兩條知識鏈(圖1)：

圖1

2.3 實驗制作探究

上述“折紙條模擬”和“煙霧實驗”均屬首創，此外，還拋棄了用同樣的兩個三棱鏡，相互倒置且貼近的“色光復合”的虛假實驗，而以兩個頂角不同的三棱鏡代替.其他課堂演示實驗，邊講邊實驗，學生分組實驗，都經過重新設計，從身邊取材，貼近生活，而且在寫入教材之前都經過實地反復實驗(其他各章節也都如此).

在這一章中設計了系列小制作“小孔成像相機-凸透鏡相機-幻燈機”；安排了一個“用眼睛直接看實像”的探究活動.

3 重新構思“壓力壓強”的講述消除長期以來教材的缺陷

在初中物理教科書中對液體壓強的“重力解釋”，帕斯卡定律中的“密閉”以及“外加壓強”的含義，還有“浮力”的起源與界定，一直(直到今天)存在片面、模糊的不當表述.物理通報九義教材對此進行了全面梳理.

3.1 重新定義“壓力”“壓強”

“壓力”定義為 “由于物體間的擠壓而垂直作用在接觸面上的力(比傳統表述多了‘擠壓’二字)”，使之與前面力的作用效果——形變、改變運動狀態——聯系起來，也為后面講“壓強”埋下伏筆.舉出了籃球撞擊籃板產生壓力的典型實例，避免了傳統教材舉例不當造成“壓力是由重量產生的，甚至壓力就是重量”的誤解.

壓強的定義仍可以表述為 “物體單位面積上受到的壓力”，但要強調這是一個與物體“擠壓程度”相關聯的物理量.

3.2 改變了引入“壓強”的實驗

刪除了“小桌-砂子”實驗，代之以“酒瓶-軟泡沫塑料”實驗，用來引入壓強概念.因為“小桌-砂子”實驗的“砂子”構不成連續的“物體”，“壓痕”也不是“彈性形變”，這是一個不恰當的實驗.而“酒瓶(空的，或灌水的)-軟泡沫塑料”實驗可以很好地與“壓力”、“壓強”概念吻合.

3.3 凸顯液體(包括氣體)壓強的彈性擠壓解釋

液體(包括氣體)壓強的產生，重力的作用僅僅是一個方面，表面外力也是一方面.物理通報九義教材用一定的篇幅，圖文并茂地展示了：裝在容器中的液體由于受重力，還有表面上的大氣壓力，使液體內部發生擠壓，也使液體與容器的底、壁發生擠壓因而產生壓力、壓強；密封在注射器針管里的液體，在用力推活塞時，作用于液體表面上的外力使液體發生擠壓因而產生壓力、壓強；大氣因受重力作用被束縛在地球周圍，而使其內部發生擠壓，也使其與地面及浸沒在其中的一切物體發生擠壓產生壓力、壓強；玩具氣球內的氣體由于受到橡皮膜的束縛作用，使其內部發生擠壓，也使其與橡皮膜壁發生擠壓，因而產生壓力、壓強.

3.4 液體內部壓強特點的描述與計算公式的推導

物理通報九義教材對液體內部壓強突出強調了隨著深度的增加而增大是重力作用的結果.對液體壓強公式的推導有兩個特點：一是放棄了虛無的“液片”分析法，以分析實際的液柱代之，而且根據靜止狀態的前提條件，應用二力平衡推導出公式p=ρgh；二是強調這個公式計算的僅僅是由于重力的作用產生的壓強，推導這一公式時強調了液體表面壓強設為零的條件，這一節的標題定為“計算液體因重力作用產生的壓強”.

實際情況是液體表面常常受有大氣壓強．液柱在豎直方向是在三個力作用下的平衡，液體中任一高度差為h12的兩點的壓強差為p2-p1=ρgh12.這是長期以來在初、高中物理教材中缺失的壓強差公式.但是考慮到我國的實際情況，統一考試等等，貿然在教材正文中增加上述內容會造成麻煩，故而在第七章第四節“計算液體因重力作用產生的壓強”后面，安排了一個課外探究課題——全面(包括表面力和重力作用)探討液體內部壓強.

4 理清浮力的本質與浮力產生的原因

在我國長期以來教科書中雖有浮力產生原因的標題，其內容則講的是物體在液體中受到向上的壓力比向下的壓力大，即存在向上向下的壓力差．給人的印象這就是浮力產生的原因，其實壓力差就是浮力，這是浮力的實質，并不是浮力產生的原因．

物理通報九義教材對此進行了澄清：浮力即向上向下壓力差是由液體壓強豎直分布不均造成的，這完全是重力作用的結果．所以說浮力產生的根本原因是重力的作用．

5 密度知識的編寫貼近生活 降低了教學難度

物理通報九義教材改變了認為“密度”抽象、超越學生生活的認識.從一個盡人皆知的“是鐵重還是木頭重？”思辨問題開始，娓娓道來，激發起在學生的意識中業已存在的與密度相關聯的日常生活觀念，生動有趣而且大大降低了教與學的難度.

6 在簡單機械部分強化了力臂概念的形成過程

“力臂”概念是簡單機械部分的關鍵知識，然而，傳統教材的表述過于武斷，沒有形成過程，因而也就成了教學難點.

物理通報九義教材強化了力臂概念的形成過程，先通過一個實驗說明，“作用在杠桿上的力，其效果與力的作用點的位置有關.”再通過另一個實驗說明，“作用在杠桿上的力，其效果還與力的作用方向有關.”然后總結道：“通過以上兩個實驗可知，使杠桿發生轉動的效果不僅與阻力和動力的大小有關，還與力的作用點的位置和力的作用方向有關．看來有些復雜.下面我們引入力臂可使問題變得簡單一些.”

然后結合圖示對力臂給出仔細的描述：“通過力的作用點沿力的作用方向的直線叫做力的作用線.從支點到力的作用線的距離叫做力臂．如圖所示，從支點O到動力F1的作用線的距離L1叫做動力臂；從支點O到阻力F2的作用線的距離L2叫做阻力臂.

不難看出，力臂的大小是由力的作用點的位置和力的作用方向這兩個因素共同決定的，所以，作用在杠桿上的力產生的作用效果可以概括為不僅與力的大小有關，還與力的力臂有關，從而使問題得到簡化.”如此強化力臂概念的形成過程，消除教學難點，是直到今天其他教材所沒有的.

7 熱學部分分散了難點 創新了引入比熱容的實驗

7.1 難點分散

“熱量概念”和“熱量計算(包括比熱容概念)”在初中物理教學中都是難點.以往教科書都是將此二者編排在一個章節中，形成難點集中.物理通報九義教材改變了這種情況，將“熱量概念”放在了第二章“分子動理論 內能”中，其中第一節為“分子動理論”；第二節為“內能”；第三節為“熱量”，并定義熱量為“熱傳遞過程中內能轉移的量度”.將“熱量計算(包括比熱容概念)”編入第四章“比熱容”.第四章分為三節：一“比熱容”；二“物體溫度變化時吸收或放出的熱量”；還有一節選學，*三“熱平衡”,其中給出了對“熱平衡”的描述，包括“溫度差的存在是熱傳遞的條件；在達到熱平衡的過程中溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體吸收的熱量(熱平衡方程式)，等必不可少的知識.”

7.2 對“引入比熱容的實驗”的創新

引入比熱容的實驗傳統的做法是用酒精燈給煤油和水加熱.這個實驗有兩個問題,一是兩個同樣火焰的酒精燈不易實現；二是需時幾分鐘，在課堂上顯得耗費時間過長.

物理通報九義教材改用電加熱器(熱得快)做熱源,從液體內部進行加熱,熱損失小,效率高,且發熱量是由電流做功決定的,易于控制.經計算,一個300 W的電加熱器,只要30 s就能放出9 000 J的熱量,足以使200 g水溫度升高10 ℃,200 g煤油溫度升高20 ℃.實驗結果與計算出乎意料地一致.這個實驗方法不但解決了上述兩個問題,而且可做定量討論.實際實驗時間只要20 s就夠了,且重復性極好.這個實驗編入了1987年由《物理通報》雜志社出版的《初中物理試驗課本》，后來還被人教社等其他教材所采用.

8 練習題沖擊思想絕對化

長久以來教學中形成了一些絕對化的說法，比如說：“天平只能用來測質量而不能用來測力”，“彈簧測力計只能用來測力而不能用來測質量”.針對這種思想絕對化，物理通報九義教材在“歐姆定律”這一章的第二節“歐姆定律的應用”后邊的練習題中編入了一道選擇題，如下：

判斷下列說法中正確的是

A.通過電流相等的兩個不同的定值電阻，其阻值與兩端的電壓成正比

B.兩端電壓相等的兩個不同的定值電阻，其阻值與通過的電流成反比

C.對于一個確定的定值電阻來說，其阻值與其兩端的電壓，以及通過的電流無關

D.在任何情況下也不能說電阻與電壓成正比，與電流成反比

流行的說法認為正確的只有選項D.在各種考試中經常出現.事實上在四個選項中D的說法不顧條件，認為“在任何情況下也不能說電阻與電壓成正比，與電流成反比”是錯誤的；選項C是對的，只有在“對于一個確定的定值電阻”來說，“其阻值與其兩端的電壓，以及通過的電流無關”，也就是“不能說電阻與電壓成正比，與電流成反比”，因而，其余兩個選項B和C都是正確的.

9 電功和電功率知識邏輯順序的安排與表述的更新

在初中物理中這是最為活躍的知識，與前期知識聯系多，計算公式紛繁，往往使學生產生亂象而難于駕馭.另一方面這一部分知識的“結構邏輯”與學生的“認知邏輯”之間有些矛盾，主要表現在“電功和電功率”從概念上講應先講“電功”后講“電功率”，但是從實際測量來講，則是“電功率”的測量比“電功”的測量更具體簡單，易于為學生所接受.

所以，準確適當地表述與理清邏輯關系至關重要.物理通報九義教材在這一章采用了“概念與測量(包括計算)分層處理”的安排.

第一節“電功和電功率”.先給出“電功”的一般概念——電流所做的功，并給出電功的單位——“焦耳”和“千瓦時”，以及電能表.緊接著給出“電功率”的概念及其單位，以及“額定電壓”和“額定功率”的概念.第二節“電功率的測量與計算”.第三節“實驗：測定小燈泡的電功率”.第四節“電功的計算與測量”.第五節“焦耳定律”.

10 家庭電路和安全用電

嚴格來講這部分知識屬于技術，但是又與物理緊密相關，特別是在現代生活中隨時隨地可見，在基礎物理課中講述這些知識也是合理的.因為技術與物理存在差異，處理方法不盡相同，在當前的初中物理教科書中不符合技術實際的論述并不少見.物理通報九義教材消除了這些弊端，使這部分知識面目一新.

10.1 電能表

在“電能表”部分，明確了“基本電流Ib”、“最大額定電流Imax”和“儀表常數”，并說明“家庭電路的工作電流不得低于0.5%Ib，低于此值計量誤差會很大，甚至不能啟動；也不應超過1.2Imax，否則，電能表將產生較大誤差，甚至會損壞；最好在0.5Ib與Imax之間”.此外在這一節還安排了課外探究活動——用電能表測家用電器功率.

10.2 住宅配電線路

根據現代生活的變化，在這一部分介紹了“多回路配電線路”、“空氣開關和漏電保護器”，還安排了一篇課外閱讀——空氣開關工作原理和漏電保護器簡介.

10.3 安全電壓與接地保護

安全電壓和接地保護問題一直比較混亂，物理通報九義教材根據國家標準對這一問題做了梳理.明確了“50 V為安全電壓限值，這是一般情況，在浴室中，安全電壓限值則只有15 V.安全電壓值與環境條件有很大關系.我國規定了適用于不同環境條件的安全電壓,其額定值分為五個等級：42 V, 36 V, 24 V, 12 V和6 V”.

物理通報九義教材明確了“采用接地故障保護措施，當發生用電器金屬外殼與其內的相線L連通時，其故障電流Id將通過接地保護線PE，形成回路，從而使熔斷器熔斷，或使斷路器脫扣，消除險情”.此外還安排了一篇閱讀材料——安全電壓國家標準.

筆者是物理通報九義教材主要編者之一，為教材的改革付出了一些心血，在知識內容方面進行了一系列的改革和創新，直至今天仍有現實意義.改革中學物理教材是改革開放以來《物理通報》對我國物理教學的一項重要貢獻，借此《物理通報》30周年之際，向讀者作此扼要介紹，不當之處還望指正.