20年亲历初中物理教材知识内容的改革创新——回顾物理通报九义大纲教材的编写

王绍符

(河北大学 河北 保定 071002)

一套教科书独统天下的局面终于被打破了.1985～1987年《物理通报》杂志社组织九省市(河北、天津、北京、杭州、长春、青岛、上海、重庆、南京)几十位第一线优秀教师、教研员编写的初中物理(九年义务教育大纲)教科书出版了，并在北京、浙江、安徽、河北、山东、内蒙古、山西、湖南、吉林、四川等二十八省(自治区、直辖市)的几百所学校试用.

这套教材(以下简称“物理通报九义教材”)是在当时国家教委“一纲多本”的号召下产生的，教材融入了一些编者们多年来在第一线积累的教学经验，以及生动的就地取材的实验，注意到了贴近生活，贴近大自然，贴近生产实际，降低了起点，使之好教、好学.

这套教材得到了国家教委中小学教材审查委员会审查通过，成为供全国选用的教材，一直使用到2006年.前后20年中，经过两次重大修改，日臻完善，具备了一些自己的特色，特别是在基本知识的编选方面有了一些重大突破.

1 教材编排顺序与章节安排

物理通报九义教材改变了长期以来以“测量”为开篇章节的传统，而代之以“光的初步知识”.这主要是考虑到“测量”内容枯燥，且形同数学，缺乏物理特色.“光的初步知识”则不然，物理特色浓厚，生动有趣.

全书上下两册，大32开，489页，26章，120节(其中选学14节)，另外还安排了课外“探究课题”11个，“阅读材料”29篇，“小实验”和“小制作”27个，“想一想”“练一练”“议一议”和“做一做”共47个.章节安排与课堂教学相适应，尽量做到一节教材对应教学一课时，使之好教、好学.

2 “光的初步知识”编写全面改观

2.1 光与视觉

教材首先处理了“光与视觉的关系”，这个“关系”对于理解人眼看物、双眼效应、大地测量，以及学习成像(特别是虚像)、显微镜、望远镜、电影等知识都是不可或缺的.

2.2 改光线描述为光束描述建立了两条知识链

对于光的行为，传统教材都是用“光线”描述.几何光学中的“光线”并不是光，它是用来描述光传播方向的几何线.用“光线”来描述光的行为，远离学生生活，又缺乏由实际光束到抽象光线的抽象过程，学生很难理解.

物理通报九义教材改用实际光束描述光的行为，对教材的重点内容——平面镜成像、凸透镜成像等——都是用“光束”来描述的，并为以后在此基础上抽象出“光线”，以及用“光线”来进行描述预留下了“接口”.

用折纸条模拟平面镜对光(不是光线)的作用，以平面镜对光的作用为依据，讲述平面镜成像；用烟雾实验研究透镜对光(不是光线)的作用，以凸透镜对光的作用为依据，讲述凸透镜成像，形成两条知识链(图1)：

图1

2.3 实验制作探究

上述“折纸条模拟”和“烟雾实验”均属首创，此外，还抛弃了用同样的两个三棱镜，相互倒置且贴近的“色光复合”的虚假实验，而以两个顶角不同的三棱镜代替.其他课堂演示实验，边讲边实验，学生分组实验，都经过重新设计，从身边取材，贴近生活，而且在写入教材之前都经过实地反复实验(其他各章节也都如此).

在这一章中设计了系列小制作“小孔成像相机-凸透镜相机-幻灯机”；安排了一个“用眼睛直接看实像”的探究活动.

3 重新构思“压力压强”的讲述消除长期以来教材的缺陷

在初中物理教科书中对液体压强的“重力解释”，帕斯卡定律中的“密闭”以及“外加压强”的含义，还有“浮力”的起源与界定，一直(直到今天)存在片面、模糊的不当表述.物理通报九义教材对此进行了全面梳理.

3.1 重新定义“压力”“压强”

“压力”定义为 “由于物体间的挤压而垂直作用在接触面上的力(比传统表述多了‘挤压’二字)”，使之与前面力的作用效果——形变、改变运动状态——联系起来，也为后面讲“压强”埋下伏笔.举出了篮球撞击篮板产生压力的典型实例，避免了传统教材举例不当造成“压力是由重量产生的，甚至压力就是重量”的误解.

压强的定义仍可以表述为 “物体单位面积上受到的压力”，但要强调这是一个与物体“挤压程度”相关联的物理量.

3.2 改变了引入“压强”的实验

删除了“小桌-砂子”实验，代之以“酒瓶-软泡沫塑料”实验，用来引入压强概念.因为“小桌-砂子”实验的“砂子”构不成连续的“物体”，“压痕”也不是“弹性形变”，这是一个不恰当的实验.而“酒瓶(空的，或灌水的)-软泡沫塑料”实验可以很好地与“压力”、“压强”概念吻合.

3.3 凸显液体(包括气体)压强的弹性挤压解释

液体(包括气体)压强的产生，重力的作用仅仅是一个方面，表面外力也是一方面.物理通报九义教材用一定的篇幅，图文并茂地展示了：装在容器中的液体由于受重力，还有表面上的大气压力，使液体内部发生挤压，也使液体与容器的底、壁发生挤压因而产生压力、压强；密封在注射器针管里的液体，在用力推活塞时，作用于液体表面上的外力使液体发生挤压因而产生压力、压强；大气因受重力作用被束缚在地球周围，而使其内部发生挤压，也使其与地面及浸没在其中的一切物体发生挤压产生压力、压强；玩具气球内的气体由于受到橡皮膜的束缚作用，使其内部发生挤压，也使其与橡皮膜壁发生挤压，因而产生压力、压强.

3.4 液体内部压强特点的描述与计算公式的推导

物理通报九义教材对液体内部压强突出强调了随着深度的增加而增大是重力作用的结果.对液体压强公式的推导有两个特点：一是放弃了虚无的“液片”分析法，以分析实际的液柱代之，而且根据静止状态的前提条件，应用二力平衡推导出公式p=ρgh；二是强调这个公式计算的仅仅是由于重力的作用产生的压强，推导这一公式时强调了液体表面压强设为零的条件，这一节的标题定为“计算液体因重力作用产生的压强”.

实际情况是液体表面常常受有大气压强．液柱在竖直方向是在三个力作用下的平衡，液体中任一高度差为h12的两点的压强差为p2-p1=ρgh12.这是长期以来在初、高中物理教材中缺失的压强差公式.但是考虑到我国的实际情况，统一考试等等，贸然在教材正文中增加上述内容会造成麻烦，故而在第七章第四节“计算液体因重力作用产生的压强”后面，安排了一个课外探究课题——全面(包括表面力和重力作用)探讨液体内部压强.

4 理清浮力的本质与浮力产生的原因

在我国长期以来教科书中虽有浮力产生原因的标题，其内容则讲的是物体在液体中受到向上的压力比向下的压力大，即存在向上向下的压力差．给人的印象这就是浮力产生的原因，其实压力差就是浮力，这是浮力的实质，并不是浮力产生的原因．

物理通报九义教材对此进行了澄清：浮力即向上向下压力差是由液体压强竖直分布不均造成的，这完全是重力作用的结果．所以说浮力产生的根本原因是重力的作用．

5 密度知识的编写贴近生活 降低了教学难度

物理通报九义教材改变了认为“密度”抽象、超越学生生活的认识.从一个尽人皆知的“是铁重还是木头重？”思辨问题开始，娓娓道来，激发起在学生的意识中业已存在的与密度相关联的日常生活观念，生动有趣而且大大降低了教与学的难度.

6 在简单机械部分强化了力臂概念的形成过程

“力臂”概念是简单机械部分的关键知识，然而，传统教材的表述过于武断，没有形成过程，因而也就成了教学难点.

物理通报九义教材强化了力臂概念的形成过程，先通过一个实验说明，“作用在杠杆上的力，其效果与力的作用点的位置有关.”再通过另一个实验说明，“作用在杠杆上的力，其效果还与力的作用方向有关.”然后总结道：“通过以上两个实验可知，使杠杆发生转动的效果不仅与阻力和动力的大小有关，还与力的作用点的位置和力的作用方向有关．看来有些复杂.下面我们引入力臂可使问题变得简单一些.”

然后结合图示对力臂给出仔细的描述：“通过力的作用点沿力的作用方向的直线叫做力的作用线.从支点到力的作用线的距离叫做力臂．如图所示，从支点O到动力F1的作用线的距离L1叫做动力臂；从支点O到阻力F2的作用线的距离L2叫做阻力臂.

不难看出，力臂的大小是由力的作用点的位置和力的作用方向这两个因素共同决定的，所以，作用在杠杆上的力产生的作用效果可以概括为不仅与力的大小有关，还与力的力臂有关，从而使问题得到简化.”如此强化力臂概念的形成过程，消除教学难点，是直到今天其他教材所没有的.

7 热学部分分散了难点 创新了引入比热容的实验

7.1 难点分散

“热量概念”和“热量计算(包括比热容概念)”在初中物理教学中都是难点.以往教科书都是将此二者编排在一个章节中，形成难点集中.物理通报九义教材改变了这种情况，将“热量概念”放在了第二章“分子动理论 内能”中，其中第一节为“分子动理论”；第二节为“内能”；第三节为“热量”，并定义热量为“热传递过程中内能转移的量度”.将“热量计算(包括比热容概念)”编入第四章“比热容”.第四章分为三节：一“比热容”；二“物体温度变化时吸收或放出的热量”；还有一节选学，*三“热平衡”,其中给出了对“热平衡”的描述，包括“温度差的存在是热传递的条件；在达到热平衡的过程中温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量(热平衡方程式)，等必不可少的知识.”

7.2 对“引入比热容的实验”的创新

引入比热容的实验传统的做法是用酒精灯给煤油和水加热.这个实验有两个问题,一是两个同样火焰的酒精灯不易实现；二是需时几分钟，在课堂上显得耗费时间过长.

物理通报九义教材改用电加热器(热得快)做热源,从液体内部进行加热,热损失小,效率高,且发热量是由电流做功决定的,易于控制.经计算,一个300 W的电加热器,只要30 s就能放出9 000 J的热量,足以使200 g水温度升高10 ℃,200 g煤油温度升高20 ℃.实验结果与计算出乎意料地一致.这个实验方法不但解决了上述两个问题,而且可做定量讨论.实际实验时间只要20 s就够了,且重复性极好.这个实验编入了1987年由《物理通报》杂志社出版的《初中物理试验课本》，后来还被人教社等其他教材所采用.

8 练习题冲击思想绝对化

长久以来教学中形成了一些绝对化的说法，比如说：“天平只能用来测质量而不能用来测力”，“弹簧测力计只能用来测力而不能用来测质量”.针对这种思想绝对化，物理通报九义教材在“欧姆定律”这一章的第二节“欧姆定律的应用”后边的练习题中编入了一道选择题，如下：

判断下列说法中正确的是

A.通过电流相等的两个不同的定值电阻，其阻值与两端的电压成正比

B.两端电压相等的两个不同的定值电阻，其阻值与通过的电流成反比

C.对于一个确定的定值电阻来说，其阻值与其两端的电压，以及通过的电流无关

D.在任何情况下也不能说电阻与电压成正比，与电流成反比

流行的说法认为正确的只有选项D.在各种考试中经常出现.事实上在四个选项中D的说法不顾条件，认为“在任何情况下也不能说电阻与电压成正比，与电流成反比”是错误的；选项C是对的，只有在“对于一个确定的定值电阻”来说，“其阻值与其两端的电压，以及通过的电流无关”，也就是“不能说电阻与电压成正比，与电流成反比”，因而，其余两个选项B和C都是正确的.

9 电功和电功率知识逻辑顺序的安排与表述的更新

在初中物理中这是最为活跃的知识，与前期知识联系多，计算公式纷繁，往往使学生产生乱象而难于驾驭.另一方面这一部分知识的“结构逻辑”与学生的“认知逻辑”之间有些矛盾，主要表现在“电功和电功率”从概念上讲应先讲“电功”后讲“电功率”，但是从实际测量来讲，则是“电功率”的测量比“电功”的测量更具体简单，易于为学生所接受.

所以，准确适当地表述与理清逻辑关系至关重要.物理通报九义教材在这一章采用了“概念与测量(包括计算)分层处理”的安排.

第一节“电功和电功率”.先给出“电功”的一般概念——电流所做的功，并给出电功的单位——“焦耳”和“千瓦时”，以及电能表.紧接着给出“电功率”的概念及其单位，以及“额定电压”和“额定功率”的概念.第二节“电功率的测量与计算”.第三节“实验：测定小灯泡的电功率”.第四节“电功的计算与测量”.第五节“焦耳定律”.

10 家庭电路和安全用电

严格来讲这部分知识属于技术，但是又与物理紧密相关，特别是在现代生活中随时随地可见，在基础物理课中讲述这些知识也是合理的.因为技术与物理存在差异，处理方法不尽相同，在当前的初中物理教科书中不符合技术实际的论述并不少见.物理通报九义教材消除了这些弊端，使这部分知识面目一新.

10.1 电能表

在“电能表”部分，明确了“基本电流Ib”、“最大额定电流Imax”和“仪表常数”，并说明“家庭电路的工作电流不得低于0.5%Ib，低于此值计量误差会很大，甚至不能启动；也不应超过1.2Imax，否则，电能表将产生较大误差，甚至会损坏；最好在0.5Ib与Imax之间”.此外在这一节还安排了课外探究活动——用电能表测家用电器功率.

10.2 住宅配电线路

根据现代生活的变化，在这一部分介绍了“多回路配电线路”、“空气开关和漏电保护器”，还安排了一篇课外阅读——空气开关工作原理和漏电保护器简介.

10.3 安全电压与接地保护

安全电压和接地保护问题一直比较混乱，物理通报九义教材根据国家标准对这一问题做了梳理.明确了“50 V为安全电压限值，这是一般情况，在浴室中，安全电压限值则只有15 V.安全电压值与环境条件有很大关系.我国规定了适用于不同环境条件的安全电压,其额定值分为五个等级：42 V, 36 V, 24 V, 12 V和6 V”.

物理通报九义教材明确了“采用接地故障保护措施，当发生用电器金属外壳与其内的相线L连通时，其故障电流Id将通过接地保护线PE，形成回路，从而使熔断器熔断，或使断路器脱扣，消除险情”.此外还安排了一篇阅读材料——安全电压国家标准.

笔者是物理通报九义教材主要编者之一，为教材的改革付出了一些心血，在知识内容方面进行了一系列的改革和创新，直至今天仍有现实意义.改革中学物理教材是改革开放以来《物理通报》对我国物理教学的一项重要贡献，借此《物理通报》30周年之际，向读者作此扼要介绍，不当之处还望指正.