“牛頓第一定律”內容表述的比較分析及啟示

劉德玉 錢長炎 左崇睿

(安徽師范大學物理與電子信息學院 安徽 蕪湖 241002)

“牛頓第一定律”是中學物理的重要內容，該定律內容表述的準確性影響到學生對它的理解.通過廣泛的文獻研讀，發現我國不同時期代表性高中物理教科書與牛頓著作在“牛頓第一定律”某些關鍵詞的表述上存在著差異.

從我國教育改革之初至今的代表性高中物理教科書與權威物理教育期刊中，關于“牛頓第一定律”的研究對象都表述為“一切物體”，但是，在牛頓著作中的表述是“每一個物體”，進一步研讀英文版本，考證出“Every body”的翻譯是“每一個物體”.為了對這個問題有更清晰的認識，需要對“牛頓第一定律”內容表述的形成重新考察.

1 “牛頓第一定律”內容表述的歷史追尋

“牛頓第一定律”又稱為“慣性定律”，它揭示了慣性是一切物體的基本屬性，并得出物體的運動并不需要力的維持,它在物理學史的長河中經歷了漫長的發展.對于該定律的內容表述，可追溯到近代物理學的開端，從伽利略到笛卡爾，最終到牛頓才得以完成[1].

伽利略是最早對運動和力的關系給出正確認識的近代物理學家，他的發現以及他所應用的科學推理方法都是人類思想史上最偉大的成就之一.伽利略未曾對慣性定律進行明確的表述，但是在他的研究中，我們可以發現他對慣性定律的描述，見圖1文字[2].

在伽利略的描述中，一個運動的物體在理想化的條件下，如果沿著無限長的水平面以某一速度滑行，那么這個物體將一直以那個速度運動下去.據此可以看出，伽利略已經形成了對慣性定律的基本認識.但是，他卻未能成功地對慣性定律做出明確的表述，原因在于他還不具有慣性運動是直線運動的觀念[3].

笛卡爾在論述慣性定律這一主題時，突破了伽利略設想的“水平面”運動的局限，他認為自然運動是沿直線前進的.并且他用兩條結論給慣性定律作出了清晰明確的表述，稱之為笛卡爾慣性原理[4].相較于伽利略慣性原理，笛卡爾慣性原理雖然實現了直線運動取代圓周運動的地位，但是，他并沒有明確提出物體“不受任何力”的思想，所以笛卡爾慣性原理仍不是真正意義上的慣性定律.

牛頓在伽利略對物體運動規律研究的基礎上，結合笛卡爾等科學家的成果，逐步建立了完整的牛頓力學[5].在牛頓的代表性著作中，對慣性定律的內容表述如圖2所示[6].

這一表述引自目前牛頓著作的最新翻譯本，當然，此前有多個版本，根據不同時期的拉丁文以及英文版本的牛頓著作，我們認為，目前為止這一種對“牛頓第一定律”的內容表述是最準確的.在這一表述中，我們要對“每個物體”和“除非”這兩個關鍵詞進行詳細的分析.首先，“每個物體”具體是指適用于慣性參考系的某一個物體，對應的英文是“Every body”.其次，“除非”這一轉折詞對中學學生來說，可以更好地幫助他們理解物體的慣性以及運動和力的關系[7].

由上文分析的“牛頓第一定律”內容表述的得出過程可知，圖2這一表述是目前最為標準的中文譯本.因此，我們認為中學物理教科書對“牛頓第一定律”一節的編排以及相關教學研究中的表述都要以此作為主要參考.

2 “牛頓第一定律”在代表性教科書中的表述及分析

追尋了伽利略、牛頓等科學家的研究，我們認識到“牛頓第一定律”的內容表述經歷了一個漫長而曲折的過程，同時，我們認識到該定律的內容表述必須以牛頓著作為主要依據.通過廣泛的文獻研讀，發現我國不同時期的代表性高中物理教科書與牛頓著作相比，在“牛頓第一定律”某些關鍵詞的表述上存在差異.

為了更加深入地分析這個問題，我們擬對20世紀八十年代至今的代表性高中物理教科書中“牛頓第一定律”的內容表述進行比較分析.其中，1983年和2003年出版的代表性高中物理教科書對“牛頓第一定律”的內容表述如圖3所示[8，9].

在這期間教科書對該定律的內容表述沒有發生變化.用最簡潔最清晰的方式將“牛頓第一定律”的概念呈現出來,這一點1983年教科書做得是合格的.但是在“牛頓第一定律”的內容表述上并沒有以當時牛頓著作的中文譯本為依據，而是照搬當時蘇聯教科書的內容，這反映了當時教科書編寫人員對牛頓著作的不尊重.這一問題進而影響到教育改革之后20多年的相關物理研究[10].

2010年和2019年出版的兩本代表性高中物理教科書對“牛頓第一定律”的內容表述也是一樣的，如圖4所示[11,12].將其與1983年教科書中的內容表述(如圖3所示)進行對比，雖然在轉折詞上有了一定的變動，但是，從物理概念內容表述的準確性來說，與牛頓著作(如圖2所示)相比，有兩點不同之處.一是轉折詞的使用；二是對“牛頓第一定律”研究對象的表述：“一切物體”指的是全部的事物，而“每個物體”指的是一個物體[13].“牛頓第一定律”的研究對象是具體的某一個事物，“一切物體”卻夸大了“牛頓第一定律”研究對象的適用范圍.

由此可知，我國代表性高中物理教科書在“牛頓第一定律”研究對象的表述上，一直都未能與牛頓著作中的表述保持一致.“牛頓第一定律”內容表述的準確性至關重要，無論是在研究對象還是在轉折詞的表述上，任何改動都是對牛頓著作的歪曲.它不僅會影響學生對該定律的學習，而且也會影響同時期的教師教學和科學研究等領域[14].

“牛頓第一定律”的內容表述必須以最新翻譯的牛頓著作為依據，這樣才能保證文本的準確性，使之更貼近牛頓著作的原義.因此，我們建議現今中學物理教科書在“牛頓第一定律”的內容編排上，首要借鑒的是王克迪學者的中文譯本.

3 小結與啟示

經過對“牛頓第一定律”內容表述的重新考察，我們認識到該定律的內容表述最牢靠的依據是牛頓著作最新的中文譯本.任何一處改動都會影響學生對“牛頓第一定律”的理解，然而我國高中物理教科書在某些關鍵詞的表述上卻與牛頓著作不一致，這反映了我國教科書編寫人員對牛頓著作解讀的深淺以及對物理學史經典著作的尊重程度，此類錯誤理應糾正.

通過這些，我們深深地認識到物理教科書關于重要的物理概念和物理規律表述的編寫都要以物理學家的經典著作為主要依據，并且要及時吸納最新的有關物理學史的研究文獻.如此，才有可能使教科書中的重要概念和規律既不失歷史的印跡又不乏現代的氣息.讓學生在學習物理知識過程中,還可以對理論的建立進行歷史追尋，同時獲得物理學史的熏陶.在核心素養作為整體目標的背景下，這無疑對進入新時期的基礎教育課程改革是極為重要的.