中外大學物理教材的對比與分析*①

王軼卓 李磊 仲海洋

(大連海事大學物理系 遼寧 大連 116026)

在大學物理的教學過程中，作為教學內容的文字載體和學生最主要的參考資料，教材起著至關重要的作用.優秀的教材不僅為學生提供知識與信息，同時也為學生打開一道通往物理世界的大門，讓學生掌握探尋科學世界的方法，提高學生的科學素養.不同的文化背景與思維方式導致了中外大學物理教材在知識的內容與結構、表達方式、信息選擇等諸多方面都存在差別；這些差別同時也為我國的大學物理教材建設提供了參考與借鑒.

大學物理作為理工科的一門基礎課程，旨在幫助學生建立起物理知識的基礎，讓學生初步掌握科學的思維和研究方法，開闊視野，激發探索興趣與創新精神，提高科學素質，有效地促進專業知識的學習.這對學生未來學習新的知識與技術，在實踐中不斷發展與創新都將產生深遠的影響.這些培養目標對大學物理教材的建設也提出了更高的要求.我國傳統的大學物理教材具有結構嚴謹、邏輯嚴密、講解詳盡等優點；但同時也存在信息更新緩慢、生動性不強、講解方式單一、配套資源不足等問題.相比之下，國外的很多教材信息更新更快、形式活潑、講解生動、配套資源豐富、更加注重學生興趣的培養.以下將就幾個不同的方面對中外大學物理教材的異同進行對比與分析.

1 知識內容與結構

國內教材中物理知識的獨立性相對較強，而國外教材則更加注重不同物理分支中知識的聯系以及完整知識結構體系的建立.

國內大部分的教材是按照力、熱、電磁、光和近代物理幾個部分劃分知識內容的；每個部分分別對知識進行完整、詳盡地介紹，均可作為獨立的內容來學習.盡管現在很多教材也開始注重知識內在聯系的介紹，并給出樹形圖幫助學生梳理知識結構，但大部分學生在學習之后仍然難以建立起各個知識板塊之間或是書本知識與客觀世界之間的聯系.這就造成了學生難于建立起良好的知識結構體系，在學習之后很快就忘記了具體的知識細節，物理知識不能夠在學生將來的學習中起到良好的背景與方法作用.

相比之下，國外的某些教材更注重各個物理學分支的整合，強調學生對物理概念的理解，讓學生不僅能夠掌握物理原理與方法的使用技巧，更能夠領會蘊于其中的深邃內涵與科學美感.編者的主旨在于將技術性的知識建立在堅實的基本概念與原理的基礎之上，而不是建立在諸多公式的基礎之上.物理學作為自然科學的基礎，其原理和思想將對學生以后的學習甚至生活都產生重要的影響，因此國外的物理教材特別重視對物理概念的闡述.例如Hugh D. Young和Roger A. Freedman編著的《Sears and Zemansky's University Physics》一書便強調物理學不是公式和數字，而是為我們提供了一種觀察世界的方法，讓我們了解各種事物運行的規律以及其間的相互關聯.教材努力幫助學生理解物理概念，培養學生對物理世界的洞察力[1].

國外的大學物理基礎教材更加注重引導性而非百科全書式的物理知識介紹，通過淺顯有趣的理論引導學生進入廣闊的物理世界.一些教材甚至不需要微積分作為基礎，不過多依賴數學推導，注重物理意義的定性分析與說明，強調物理學的核心原則即物理學內在的關聯與統一性.例如Paul Peter Urone編著的《College Physics》，通過知識關聯(connection box)列出問題所涉及的章節，通過綜合概念性問題(integrated concept problems)來說明表面上不同的主題之間的內在統一性[2].又如Ronald Lane Reese所著的《University Physics》,通過將當代物理學的諸多方面引入綜合性的傳統命題來強調物理學各個部分之間的聯系[3].

2 知識的講授方式

從整體上來說，國內教材注重物理原理的演繹，而國外教材則更多地采用歸納法進行物理知識的講授.

國內大學物理教材對知識的講授方式往往是首先提出概念或原理，進而進行解釋、證明與應用介紹.這有時會造成一些學生僅注重對概念、原理或公式內容的記憶，而忽略了其提出的目的與證明的方法或是對此印象不深.這將導致學生所獲得的物理概念是瑣碎與零散的，不利于建立完整的知識體系.

國外的大學物理教材更加注重知識背景與歷史的介紹，運用貼近生活的實例、物理實驗或是層層深入地設問引發學生的思考，使學生建立從具體問題到一般規律的認識.教材中更多地采用從整體到部分的論述方式，物理概念的運用是為了對實驗證據進行準確而簡潔的解釋.這些方式更符合物理學發展的規律，易于讓學生形成深刻的印象和整體的概念.如Serway 和 Jewett編著的《Principles of Physics》，采用“故事線”的方式，將全書內容組織到8個實際的背景中.例如，經典力學部分以“到火星去”為故事線；磁學以“磁懸浮列車”為故事線；熱學以“全球變暖”為故事線等等，在激發學生學習興趣的同時也使其所獲得的知識更加系統化.教材通過Context Introduction， Context Connection 和Context Conclusion幫助學生建立物理圖景，讓學生理解物理原理如何與實際事物、現象和應用聯系在一起[4].翻開大部分的國外大學物理教材，通過實例的運用、插圖的選擇、例題的選擇和習題的選材都可以感受到物理學與自然、生活和科技的密切聯系，這首先就增強了一本教材的親和力，讓學生樂于去探索物理學的繽紛世界.

另外，國外教材往往在將基礎知識講解清楚之后，給學生留下更多的探索、思考和創造的空間，這也體現了中西方在教育理念上的不同.國內大學物理教材對于物理理論的介紹完整、準確，并較為注重物理學史的滲透，但對于物理學在新的科技領域中的應用往往涉及較少.而國外教材更熱衷于介紹當今的物理學家們在做些什么，緊跟科技發展的腳步，這對于熱愛科學的學生而言無疑是一個拓寬視野的良好機會.這一點體現了中外在大學物理教育出發點上的差異.例如Ronald Lane Reese所著的《University Physics》,設計了Investigated Projects，通過Expanded Horizons讓學生主動地查找相關的資料來了解相關領域的歷史與前沿；通過Lab and Field Work讓學生親自設計或參與實驗來體會與檢驗所學的知識；通過Communicating Physics讓學生真正把知識變成自己的工具，通過自己的語言與方式闡明物理概念的內涵.這些方式在潛移默化中讓學生理解了物理知識并學以致用，既培養了學生濃厚的科學興趣,又鍛煉了學生的動手能力，可謂一舉多得[3].很多類似的教材，例如Serway 和 Faughn的《College Physics》,也通過Group Activities讓學生親自動手完成有趣并貼近實際的物理實驗，從而理解物理概念并建立物理圖像，比使用艱澀的術語和復雜的公式進行單純的講解能夠帶來更好的效果[5].

3 知識的表達方式

知識的表述語言包括文字、公式和圖表三種，其中公式作為通用的數學語言，中外教材的差異極小，而在文字和圖表語言中，則有一定的差異.

國內大學物理教材力求物理概念表達的嚴密性與準確性，同時往往參考經典原著中物理規律的敘述方式，使得很多語言有些晦澀難懂，不易于理解和記憶.相比之下，西方文化更加強調自由與個性，所用語言也更加直接、生動和有趣，力求用最為簡單平實的語言將深奧的物理規律講述清楚，更容易被學生理解和接受.

國外教材中插圖的使用率比國內教材高得多.運用大量形象、直觀和生動的插圖對知識進行說明和解釋，并且絕大部分教材的插圖制作精美有趣，能夠引起學生更大的閱讀興趣.事實上，一幅準確、生動的插圖的教學效果往往勝過長篇大論的文字敘述.插圖的運用大大提高了教材的可讀性，也更加體現出物理學本身的特點，展現了物理學在對精彩紛呈的科學世界做出解釋的過程中所發揮的巨大作用.

我國很多大學物理教材往往采用文字的方式舉例，所使用的插圖也往往是線條簡潔的抽象模型，而非真實的研究對象，感官上的親和力不強，不容易進行形象化思維和聯想，也就不易給人留下深刻的印象.同樣，我們會發現閱讀教材中的習題，其研究對象往往為“一個質點”、“一個理想的彈簧”、“一根無限長直導線”等等，很難讓學生將研究對象與生活中的實際對象聯系起來，降低了學生對習題進行深入探究的興趣，因此不利于讓學生通過習題來深刻體會物理原理的含義與應用范圍.

而在上述所列舉的各種國外教材中，所列舉的實例往往采用圖片形式，生動直觀;其內容是生活中極其常見的人或事物，很好地避免了教材內容的枯燥與生澀感.同樣，在每章節之后所給出的大量習題中，其研究對象更是五花八門，同時語言生動幽默，讓做習題也成了一件有趣的事情.通過大量形式多樣、貼近實際的物理習題的練習，讓學生能夠由淺入深地體會其中所蘊含的深刻物理思想.很多教材甚至針對學生容易形成誤解的知識點引入漫畫，讓學生在會心一笑的同時理解了深奧的道理[2～5].

隨著教學改革的不斷深入，國內現在不乏大量優秀的大學物理教材，其中很多凝聚了作者多年寶貴的教學經驗和對物理教育事業深深的熱愛.例如清華大學的張三慧教授多年來精心編寫的幾套大學物理教材，在致力于基礎教學的同時緊跟知識的前沿，提供了大量的科技信息;在借鑒其他教材優點的同時不失自己的長處與特色[6～8].張先生在教材的編撰與教學研究方面投入了大量的精力，為我國近年來引進的很多國外教材作了序.又如趙凱華教授所編著的各種版本的物理教材已經成為了各學科的經典之作，是很多師生案頭必備的參考書[9～13].

4 產生差異的原因分析

造成中外大學物理教材差異是源于思維方式和文化的差異，以及教育體制的不同.西方文化強調個性、創新和學生動手能力的培養;大學物理教材中也充分體現出了這些教育宗旨.國外的教育體制賦予了大學教育很大的靈活性和較多的教學空間，這成就了教材的多樣性，讓學生和教師都有了更多的選擇.中國的傳統文化雖然推崇嚴謹求實的科學態度，但在很多細節問題上，國外卻做得更為出色.例如，國外教材在排版設計、插圖使用、輔助教學資源的提供，以及教學網站制作等細節上更為用心，充分考慮讀者的需求，同時注重版權的保護，大部分資料的原創性極高.他山之石可以攻玉，為了能夠更好地借鑒國外教材的長處，本文更多地列舉了國外教材的優點，但同時衷心希望我國能夠有更多的優秀教材成為物理教學的經典之作.

參考文獻

1 Hugh D. Young, Roger A. Freedman.Sears and Zemansky's University Physics.China machine press, 2002

2 Paul Peter Urone.College Physics.China machine press, 2008

3 Ronald Lane Reese.University Physics.China machine press, 2003

4 Raymond A. Serway,John W. Jewett.Principle of Physics. Tsinghua university press, 2003

5 Raymond A. Serway,Jerry S. Faughn. College Physics. Tsinghua university press, 2005

6 張三慧.大學物理學(力學、熱學).北京：清華大學出版社，2008

7 張三慧.大學物理學(電磁學).北京：清華大學出版社，2008

8 張三慧.大學物理學(光學、量子物理).北京：清華大學出版社，2008

9 趙凱華,羅蔚茵.新概念物理教程(力學).北京：高等教育出版社，2008

10 趙凱華,羅蔚茵.新概念物理教程(熱學).北京：高等教育出版社，2005

11 趙凱華,陳熙謀.新概念物理教程(電磁學).北京：高等教育出版社，2006

12 趙凱華.新概念物理教程(光學).北京：高等教育出版社，2007

13 趙凱華,羅蔚茵.新概念物理教程(量子物理).北京：高等教育出版社，2008