对物理教材中几类“错误”的商榷

李维兵

摘   要 教材中会存在物理概念定义不精确、实验器材选择不合理、物理规律表述不全面、插图脱离实际不科学等不足。新课程提倡“用教材”，要求教师在教学中对物理教材进行二次开发，做个性化处理。然而教师素养参差不齐，教材的不足会成为部分教师开发利用教材的障碍，因此教材的编写应尽量避免瑕疵，追求精益求精。

关键词 教材  物理概念  物理规律  砝码  插图

新课标倡导“用教材”而非“教教材”。不论是“教教材”还是“用教材”都要深入研究、解读教材，才能用活教材。我们期望的理想状态是：教师把教材看成是上课的一个基本依据，当成课程资源之一;教师深入研究教材之后，对教材进行个性化的二次开发，对素材进行有效整合，用好教材的每一个素材。然而，教师的物理素养参差不齐，是否每个教师在每个知识点都能开展有效的研究？当教材有瑕疵时是否能通过二次开发来弥补教材的不足之处？一个物理教师从大学毕业踏上工作岗位后，一定会经历一个“教教材”的成长期，当积累一定的经验在专业上逐渐成长后才能实现“用教材”。所以，一套精益求精的教材可以弥补部分教师，尤其是刚参加工作教师的物理科学素养和教育技能的不足，也让他们少走弯路。从这个角度看物理教材的严谨、科学、规范，追求精益求精十分重要。

一、物理概念的定义必须精确

物理概念是物理学的基石，准确理解物理概念是学生学好物理的前提。要准确理解物理概念并非易事，这有赖于教师精确的讲解，也有赖于物理教材中对物理概念给出准确的表述。然而，教材中对一些物理概念的表述值得商榷。以弹力的概念为例，人教版、粤教版、鲁科版、教科版、沪科版等五个版本的教材所给出的定义就有所区别，这说明部分版本教材表述不够准确。

人教版：“发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。”[1]

粤教版：“产生形变的物体由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。”[2]

鲁科版：“物体发生弹性形变时，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。”[3]

教科版：“发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力称为弹力。”[4]

沪科版：“发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，就会对跟它接触使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。”[5]

各版本的表述中除了粤教版以外，其余版本都对“形变”做出了“弹性”的限制，沪科版对“跟（与）它接触的物体”做出了“使他发生形变”的限制。对比各版本的表述有如下疑问：是否只有“弹性形变”才能产生弹力？发生形变的物体是否会对跟它接触的物体都产生力的作用呢？

参考大学物理教材中对弹（性）力的定义对解决上述疑问有帮助。1987年山东科学技术出版社出版的《普通物理学力学》对弹力定义：“两个物体直接接触而且发生形变时，彼此之间有作用力，这种力叫做弹性力，简称弹力。相互接触是物体间（或物体各部分间）产生弹性力的前提，而形变是产生弹性力的关键。”[6]中国铁道出版社1986年出版的林铁生、周盛芳、于乾鹏编的《普通物理学》对弹力的定义：“当一个物体发生弹性形变时，由于它企图恢复原来的形状，必将对使它发生形变的其他物体产生力的作用，这种力叫做弹性力。弹性力产生于直接接触的物体之间，并以物体的形变为先决条件，它的方向要根据物体的形变情况来决定。”[7]两个版本表述也存在差异，这也许就是现行高中各版本物理教材表述有差异的原因。

针对第一个疑问，上述两个版本的大学物理教材的表述也是不一致的，山东科学技术出版社出版的《普通物理学力学》没有对“形变”做出“弹性”的限定，而中国铁道出版社出版的《普通物理学》限定为“弹性形变”。笔者认为只要物体发生形变，只要有外力作用于形变物体，从牛顿第三定律来看，形变物体一定会“回报”一个反作用力给使它形变的物体。所以，并非弹性形变才能产生弹力的作用。

针对第二个疑问，两个版本的教材都明确弹（性）力只产生于：直接接触且发生形变的物体之间。所以，在高中物理的五个版本中，笔者认为沪科版加上“使它发生形变”更准确。如图1所示，小球置于光滑的水平面上，小球和水平地面上之间存在弹力，小球和竖直墙壁之间有接触没有挤压（该接触面没有发生形变）故而没有弹力。然而，学生（尤其是初学时）容易误认为小球和竖直墙壁之间也有弹力。这或许和教材中弹力概念表述不严谨有关系。

综上所述建议弹力这一概念表述为：“发生形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的使它发生形变的物体产生与形变方向相反的力，这种力叫做弹力。”这样来定义弹力的概念有如下含义：第一，弹力产生的条件是两物体要直接接触，且两物体间要有形变，缺一不可;第二，表述中出现了两个“物体”，前者“发生形变的物体”是施力物体，后者“使它发生形变的物体”是受力物体，弹力的产生是施力物体的形变产生的;第三，弹力的方向与施力物体形变方向相反。

二、实验器材选取应该恰当

教材中一些实验器材的选取不够准确，最典型的是砝码的使用。在高中物理教材中，砝码的使用有一些地方不恰当。在探究物体获得的加速度与所受合外力、质量之间的关系实验中粤教版、人教版、沪科版都存在乱用砝码的现象。

人教版：“细绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。小盘和砝码所受的重力，等于使小车做匀加速运动的力。”[1]“为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码。”[1]

粤教版：“让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，保持滑块质量不变，通过增加砝码的数量来改变拉力的大小。”[2]“滑块所受的拉力是否等于砝码所受的重力呢？……要将滑块所受的拉力近似地看作等于砝码所受的重力……”[2]

沪科版：“在水平桌面上放置一块长木板，板的一端固定有定滑轮，板上放有一辆小车（车内放置若干砝码）;”[5]“保持小桶中细沙的质量不变，改变小车中的砝码数量，同理依次测出小车不同质量时的加速度”。[5]

砝码的使用应该遵循以下原则：1.取放砝码必须用镊子夹取或佩戴手套拿取，严禁直接用手拿取，以免被污染;2.应轻拿轻放，避免相互碰撞;3.砝码放回盒子之前要用工业酒精擦拭后自然风干，避免将不同组的砝码一起放置，不用时将盒子存放在阴凉干燥处;4.严防碰撞或坠落，避免碰伤或划伤。粤教版、人教版、沪科版三个版本在本实验中砝码的使用与上述要求不符。粤教版、人教版利用砝码来为小车提供加速运动的动力，无论是用细线直接拴住砝码，还是把砝码放在小盘中来给小车提供动力都很容易造成砝码的碰撞、坠落、划伤，也很容易造成砝码污染。沪科版在小车中增加砝码来改变小车的质量，这种做法也容易造成小车和砝码之间、砝码和砝码之间的相互碰撞，划伤砝码。沪科版在本实验中用小桶和细沙来提供动力，这就更容易造成砝码的污染。

正是由于物理教材中不恰当地使用砝码，所以最近几年的高考试题也出现了用细线把砝码拴住挂起来提供动力的严重错误，例如2011年海南卷、2013年天津卷、四川卷等的力学实验题。

作为纸笔考试的实验题来说，无论是“砝码”还是“钩码”亦或其他“重物”，学生都可以完成作答，这样的小问题对学生完成试题几乎没有任何影响。然而，这样的小问题却与物理课程所肩负的育人目标是背道而驰的。高中物理新课标在课程总目标中要求“发展科学探索兴趣，有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神”。要培养学生实事求是的科学态度与科学精神就必须在教学的细节上一丝不苟，尤其是实验教学细节上“小题大作”。

三、物理规律描述要准确全面

学习物理规律，并利用物理规律解决物理问题，是学生物理学习中的重要内容。要想准确地解决问题，就要能准确地理解物理规律，然而有些版本的教材在部分物理规律的表述上不够全面、不够准确，这样会导致学生的理解出现一定的偏差，为解决物理问题埋下“隐患”。

沪科版：“物体的加速度跟受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比。”[5]

沪科版在牛顿第二定律的表述中，只是阐明了物体获得的加速度与其所受合外力和自身质量的关系，并没有像人教版、粤教版等进一步指明加速度的方向与合外力的方向相同。这种疏漏，会造成学生对牛顿第二定律的理解不够全面，甚至在解题中可能对加速度的方向考虑不够。

鲁科版对牛顿第一定律的补充解释值得商榷。“牛顿第一定律表明，当合外力为零时，原来静止的物体将继续保持静止，原来运动的物体则将继续以原来的速度做匀速直线运动。合外力为零包括两种情况：一种是物体受到的所有外力相互抵消，合力为零;另外一种是物体不受外力作用。”[3]牛顿第一定律是在事实的基础上加上合理的外推得到的产物，其阐释的是物体不受力时的运动状态。不受力是一种理想状态，这不能和物体所受合力为零混为一谈。不受力时物体的运动状态揭示了物体具有惯性，是牛顿第二定律的基础，而合力为零的情况，则是牛顿第二定律的特例。鲁科版的补充解释是不准确的。这一解释容易让学生误以为牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例。

四、教材插图应该科学合理

物理教材插图可以非常直观、形象地让学生理解物理上的一些疑难知识，降低了学生的学习难度，缓解了学习压力。一些插图非常有趣，贴近现实生活，拉近生活和物理、学生和物理的距离，很好地激发了学生的学习兴趣。教材插图是物理教学中非常重要的教学资源。然而一些插图却存在不严谨、太夸张、与事实不符等问题。

沪科版在实验探究三个共点力的平衡时，“二至三个人合作，用三个测力计拉住小环O，如图4-29所示（本文图2），记下三个力的方向及大小，用力的图示法在纸上表示出各个力。”[5]在本插图中三个力都是3.00牛，但是F1与F2的夹角比90°略大，F1与F3的夹角夹角接近100°，F2与F3的夹角比160°略大。根据力的合成的知识不难判断出，在这三个力作用下的小环是不可能处于平衡态的。所以，本插图是不科学的。

参考文献

[1] 张大昌主编.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2] 保宗悌主编.普通高中课程标准实验教科书物理必修[M].广州：广东教育出版社，2005.

[3] 廖伯琴主编.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].济南：山东科学技术出版社，2011.

[4] 陈熙谋，吴祖仁主编.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].北京：教育科学出版社，2005.

[5] 束炳如，何润东主编.普通高中课程标准实验教科书物理1[M].上海：上海科技教育出版社，2011.

[6] 《力学》编写组.普通物理学力学[M].济南：山东科学社术出版社，1987.

[7] 林铁生，周盛芳，于乾鹏.普通物理学[M].北京：中国铁道出版社，1986.【责任编辑  郭振玲】