中外大学物理教材的对比与分析*①

王轶卓 李磊 仲海洋

(大连海事大学物理系 辽宁 大连 116026)

在大学物理的教学过程中，作为教学内容的文字载体和学生最主要的参考资料，教材起着至关重要的作用.优秀的教材不仅为学生提供知识与信息，同时也为学生打开一道通往物理世界的大门，让学生掌握探寻科学世界的方法，提高学生的科学素养.不同的文化背景与思维方式导致了中外大学物理教材在知识的内容与结构、表达方式、信息选择等诸多方面都存在差别；这些差别同时也为我国的大学物理教材建设提供了参考与借鉴.

大学物理作为理工科的一门基础课程，旨在帮助学生建立起物理知识的基础，让学生初步掌握科学的思维和研究方法，开阔视野，激发探索兴趣与创新精神，提高科学素质，有效地促进专业知识的学习.这对学生未来学习新的知识与技术，在实践中不断发展与创新都将产生深远的影响.这些培养目标对大学物理教材的建设也提出了更高的要求.我国传统的大学物理教材具有结构严谨、逻辑严密、讲解详尽等优点；但同时也存在信息更新缓慢、生动性不强、讲解方式单一、配套资源不足等问题.相比之下，国外的很多教材信息更新更快、形式活泼、讲解生动、配套资源丰富、更加注重学生兴趣的培养.以下将就几个不同的方面对中外大学物理教材的异同进行对比与分析.

1 知识内容与结构

国内教材中物理知识的独立性相对较强，而国外教材则更加注重不同物理分支中知识的联系以及完整知识结构体系的建立.

国内大部分的教材是按照力、热、电磁、光和近代物理几个部分划分知识内容的；每个部分分别对知识进行完整、详尽地介绍，均可作为独立的内容来学习.尽管现在很多教材也开始注重知识内在联系的介绍，并给出树形图帮助学生梳理知识结构，但大部分学生在学习之后仍然难以建立起各个知识板块之间或是书本知识与客观世界之间的联系.这就造成了学生难于建立起良好的知识结构体系，在学习之后很快就忘记了具体的知识细节，物理知识不能够在学生将来的学习中起到良好的背景与方法作用.

相比之下，国外的某些教材更注重各个物理学分支的整合，强调学生对物理概念的理解，让学生不仅能够掌握物理原理与方法的使用技巧，更能够领会蕴于其中的深邃内涵与科学美感.编者的主旨在于将技术性的知识建立在坚实的基本概念与原理的基础之上，而不是建立在诸多公式的基础之上.物理学作为自然科学的基础，其原理和思想将对学生以后的学习甚至生活都产生重要的影响，因此国外的物理教材特别重视对物理概念的阐述.例如Hugh D. Young和Roger A. Freedman编著的《Sears and Zemansky's University Physics》一书便强调物理学不是公式和数字，而是为我们提供了一种观察世界的方法，让我们了解各种事物运行的规律以及其间的相互关联.教材努力帮助学生理解物理概念，培养学生对物理世界的洞察力[1].

国外的大学物理基础教材更加注重引导性而非百科全书式的物理知识介绍，通过浅显有趣的理论引导学生进入广阔的物理世界.一些教材甚至不需要微积分作为基础，不过多依赖数学推导，注重物理意义的定性分析与说明，强调物理学的核心原则即物理学内在的关联与统一性.例如Paul Peter Urone编著的《College Physics》，通过知识关联(connection box)列出问题所涉及的章节，通过综合概念性问题(integrated concept problems)来说明表面上不同的主题之间的内在统一性[2].又如Ronald Lane Reese所著的《University Physics》,通过将当代物理学的诸多方面引入综合性的传统命题来强调物理学各个部分之间的联系[3].

2 知识的讲授方式

从整体上来说，国内教材注重物理原理的演绎，而国外教材则更多地采用归纳法进行物理知识的讲授.

国内大学物理教材对知识的讲授方式往往是首先提出概念或原理，进而进行解释、证明与应用介绍.这有时会造成一些学生仅注重对概念、原理或公式内容的记忆，而忽略了其提出的目的与证明的方法或是对此印象不深.这将导致学生所获得的物理概念是琐碎与零散的，不利于建立完整的知识体系.

国外的大学物理教材更加注重知识背景与历史的介绍，运用贴近生活的实例、物理实验或是层层深入地设问引发学生的思考，使学生建立从具体问题到一般规律的认识.教材中更多地采用从整体到部分的论述方式，物理概念的运用是为了对实验证据进行准确而简洁的解释.这些方式更符合物理学发展的规律，易于让学生形成深刻的印象和整体的概念.如Serway 和 Jewett编著的《Principles of Physics》，采用“故事线”的方式，将全书内容组织到8个实际的背景中.例如，经典力学部分以“到火星去”为故事线；磁学以“磁悬浮列车”为故事线；热学以“全球变暖”为故事线等等，在激发学生学习兴趣的同时也使其所获得的知识更加系统化.教材通过Context Introduction， Context Connection 和Context Conclusion帮助学生建立物理图景，让学生理解物理原理如何与实际事物、现象和应用联系在一起[4].翻开大部分的国外大学物理教材，通过实例的运用、插图的选择、例题的选择和习题的选材都可以感受到物理学与自然、生活和科技的密切联系，这首先就增强了一本教材的亲和力，让学生乐于去探索物理学的缤纷世界.

另外，国外教材往往在将基础知识讲解清楚之后，给学生留下更多的探索、思考和创造的空间，这也体现了中西方在教育理念上的不同.国内大学物理教材对于物理理论的介绍完整、准确，并较为注重物理学史的渗透，但对于物理学在新的科技领域中的应用往往涉及较少.而国外教材更热衷于介绍当今的物理学家们在做些什么，紧跟科技发展的脚步，这对于热爱科学的学生而言无疑是一个拓宽视野的良好机会.这一点体现了中外在大学物理教育出发点上的差异.例如Ronald Lane Reese所著的《University Physics》,设计了Investigated Projects，通过Expanded Horizons让学生主动地查找相关的资料来了解相关领域的历史与前沿；通过Lab and Field Work让学生亲自设计或参与实验来体会与检验所学的知识；通过Communicating Physics让学生真正把知识变成自己的工具，通过自己的语言与方式阐明物理概念的内涵.这些方式在潜移默化中让学生理解了物理知识并学以致用，既培养了学生浓厚的科学兴趣,又锻炼了学生的动手能力，可谓一举多得[3].很多类似的教材，例如Serway 和 Faughn的《College Physics》,也通过Group Activities让学生亲自动手完成有趣并贴近实际的物理实验，从而理解物理概念并建立物理图像，比使用艰涩的术语和复杂的公式进行单纯的讲解能够带来更好的效果[5].

3 知识的表达方式

知识的表述语言包括文字、公式和图表三种，其中公式作为通用的数学语言，中外教材的差异极小，而在文字和图表语言中，则有一定的差异.

国内大学物理教材力求物理概念表达的严密性与准确性，同时往往参考经典原著中物理规律的叙述方式，使得很多语言有些晦涩难懂，不易于理解和记忆.相比之下，西方文化更加强调自由与个性，所用语言也更加直接、生动和有趣，力求用最为简单平实的语言将深奥的物理规律讲述清楚，更容易被学生理解和接受.

国外教材中插图的使用率比国内教材高得多.运用大量形象、直观和生动的插图对知识进行说明和解释，并且绝大部分教材的插图制作精美有趣，能够引起学生更大的阅读兴趣.事实上，一幅准确、生动的插图的教学效果往往胜过长篇大论的文字叙述.插图的运用大大提高了教材的可读性，也更加体现出物理学本身的特点，展现了物理学在对精彩纷呈的科学世界做出解释的过程中所发挥的巨大作用.

我国很多大学物理教材往往采用文字的方式举例，所使用的插图也往往是线条简洁的抽象模型，而非真实的研究对象，感官上的亲和力不强，不容易进行形象化思维和联想，也就不易给人留下深刻的印象.同样，我们会发现阅读教材中的习题，其研究对象往往为“一个质点”、“一个理想的弹簧”、“一根无限长直导线”等等，很难让学生将研究对象与生活中的实际对象联系起来，降低了学生对习题进行深入探究的兴趣，因此不利于让学生通过习题来深刻体会物理原理的含义与应用范围.

而在上述所列举的各种国外教材中，所列举的实例往往采用图片形式，生动直观;其内容是生活中极其常见的人或事物，很好地避免了教材内容的枯燥与生涩感.同样，在每章节之后所给出的大量习题中，其研究对象更是五花八门，同时语言生动幽默，让做习题也成了一件有趣的事情.通过大量形式多样、贴近实际的物理习题的练习，让学生能够由浅入深地体会其中所蕴含的深刻物理思想.很多教材甚至针对学生容易形成误解的知识点引入漫画，让学生在会心一笑的同时理解了深奥的道理[2～5].

随着教学改革的不断深入，国内现在不乏大量优秀的大学物理教材，其中很多凝聚了作者多年宝贵的教学经验和对物理教育事业深深的热爱.例如清华大学的张三慧教授多年来精心编写的几套大学物理教材，在致力于基础教学的同时紧跟知识的前沿，提供了大量的科技信息;在借鉴其他教材优点的同时不失自己的长处与特色[6～8].张先生在教材的编撰与教学研究方面投入了大量的精力，为我国近年来引进的很多国外教材作了序.又如赵凯华教授所编著的各种版本的物理教材已经成为了各学科的经典之作，是很多师生案头必备的参考书[9～13].

4 产生差异的原因分析

造成中外大学物理教材差异是源于思维方式和文化的差异，以及教育体制的不同.西方文化强调个性、创新和学生动手能力的培养;大学物理教材中也充分体现出了这些教育宗旨.国外的教育体制赋予了大学教育很大的灵活性和较多的教学空间，这成就了教材的多样性，让学生和教师都有了更多的选择.中国的传统文化虽然推崇严谨求实的科学态度，但在很多细节问题上，国外却做得更为出色.例如，国外教材在排版设计、插图使用、辅助教学资源的提供，以及教学网站制作等细节上更为用心，充分考虑读者的需求，同时注重版权的保护，大部分资料的原创性极高.他山之石可以攻玉，为了能够更好地借鉴国外教材的长处，本文更多地列举了国外教材的优点，但同时衷心希望我国能够有更多的优秀教材成为物理教学的经典之作.

参考文献

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 张三慧.大学物理学(力学、热学).北京：清华大学出版社，2008

7 张三慧.大学物理学(电磁学).北京：清华大学出版社，2008

8 张三慧.大学物理学(光学、量子物理).北京：清华大学出版社，2008

9 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程(力学).北京：高等教育出版社，2008

10 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程(热学).北京：高等教育出版社，2005

11 赵凯华,陈熙谋.新概念物理教程(电磁学).北京：高等教育出版社，2006

12 赵凯华.新概念物理教程(光学).北京：高等教育出版社，2007

13 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程(量子物理).北京：高等教育出版社，2008