AP课程（中美合作课程）中、美教材力学内容体系的对比

张延伟

摘 要 “AP课程（中美合作课程）”是指在一些国际高中或普通高中的国际部中所开设的课程，其目的是在中国学生的高中阶段就可以同时接受中国式和美国式的教育，拿到美国大学学分，为学生申请美国大学打下坚实基础。由于学生同时学习中方物理教材（人教版）和美国选修物理教材（A Custom Publication），因此，将这两种教材进行研究、比较、取长补短、有机融合，是非常必要、重要，非常有意义的工作。

关键词 AP课程 中、美教材 内容体系 对比

中图分类号：G633.7 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.09.003

Abstract "AP Course （Sino-US Cooperative Course）" refers to the courses offered in the international departments of some international high schools or ordinary high schools. Its purpose is to enable Chinese students to receive both Chinese and American-style education at the high school level， and to receive American University credits， thus laying a solid foundation for students to apply to American universities. As students study both Chinese physics textbooks （People's Education Edition） and American optional physics textbooks （A Custom Publication）， it is very necessary， important and meaningful to study， compare， learn from each other's strengths and integrate them organically.

Keywords AP course； Chinese and American textbooks； content system； comparison

“AP课程（中美合作课程）”是指在一些国际高中或普通高中的国际部中所开设的课程，其目的是在中国学生的高中阶段就可以同时接受中国式和美国式的教育，拿到美国大学学分，为学生申请美国大学打下坚实基础。由于学生同时学习中方物理教材（人教版）和美国选修物理教材（A Custom Publication），因此，将这两种教材进行研究、比较、取长补短、有机融合，是非常必要、重要，非常有意义的工作。将中方物理课程与AP物理课程有机融合是一项大工程，需要时间、精力、人才等各方面要素的紧密配合。本论文尝试在中方物理教材（人教版）和美国选修物理教材（A Custom Publication）的力學内容方面进行初步的对比，以便相互借鉴、取长补短、有机融合。本论文尝试在中方物理教材（人教版）和美国选修物理教材（A Custom Publication）力学内容体系方面进行初步的对比，以便相互借鉴、取长补短、有机融合。

1 中方教材（人教版）力学、运动学、动力学内容体系

人教版用两本书（必修一、必修二）的容量来讲解力学、运动学、动力学。其中必修一第一章：运动的描述、第二章：匀变速直线运动的研究，重点讲解了在一维空间（坐标轴）上物体做匀速直线运动、匀变速直线运动的规律和描述。第三章：相互作用，重点讲解了重力、弹力、摩擦力的特点，以力为代表的矢量的合成与分解的运算。第四章：牛顿运动定律讲解了物体在一维空间运动的动力学以及力学单位制。必修一的最后部分是学生实验、误差和有效数字以及课题研究（桥梁的研究）和推荐的课外读物。在第二章第五节自由落体运动的课后习题中，出现了几道要求估算的题目，这也是整个人教版教材中为数不多的估算类题目。必修一的实验基本是以打点计时器为主要实验仪器的力学、运动学实验。必修二第五章曲线运动中，首先讲解一般的曲线运动（定义、条件、性质），运动的合成与分解；然后重点讲解两种典型的曲线运动：抛体运动和圆周运动，这两种运动中重点介绍的又是平抛运动和匀速圆周运动；然后是生活中的圆周运动，既介绍了日常生活中常见的圆周运动（汽车过拱形桥、凹形桥，汽车转弯、洗衣机脱水桶脱水），使同学对身边的圆周运动有了更加科学的认识，又巧妙的通过将地球看成一个拱形桥解决了“围绕地球飞行的汽车的最小速度”，实际上是解决了人造地球卫星绕地球飞行的第一宇宙速度问题，为下一章宇宙航行埋下伏笔。

第六章： 万有引力与航天可看做在圆周运动知识的基础上的内容拓展。第一节：行星的运动介绍了人们世界观的变化，引出了第谷的观察和开普勒三定律。第二节：太阳和行星之间的引力，在以太阳为圆形轨道的圆心、行星轨道可以简化为圆轨道这两个条件下，利用初等数学的知识推导出太阳与行星之间的引力满足平方反比的关系式，此时该关系式仅适用于“太阳”和“行星”这两个“特殊”的物体。在第三节：万有引力定律中，介绍了牛顿通过月—地检验，将平方反比定律扩大到地球和月球，然后再扩大到所有有质量的物体，成为宇宙间的普遍规律。这是人类认识自然的一个里程碑，是人类不断探索、解放思想的必然结果。第四节：万有引力理论的成就，可以看做天上的“实验”对牛顿理论正确性的验证。第五节：宇宙航行介绍了第一、第二、第三宇宙速度，介绍了人类“征服”宇宙过程中所取得的成就和付出的代价，最后介绍了我国的载人航天工程和下一步的宇宙探索计划。第六节：经典力学的局限性介绍了经典力学的适用范围：宏观、低速物体，向学生提出真理的相对性，认识有待深入，相对论和量子力学有待学习。第七章：机械能守恒定律，提出运动研究的另外一个角度：能量。这一章扩宽了做功的定义，推导出了重力势能和弹性势能的表达式，推导出了动能定理和机械能守恒定律，最后讲解了广义的能量守恒定律与能源，引发同学们的节能意识。必修二的实验主要包括：平抛运动的实验、动能定理的验证实验和机械能守恒定律的验证实验。必修二的课题研究是潮汐现象，主要探究它的成因、性质以及潮汐发电。同样，课外推荐读物罗列在必修二课本最后。

2 美国选修物理教材（A Custom Publication）力学、运动学、动力学内容体系

美国选修物理教材（A Custom Publication）用了七章（第二章到第八章）共计200页的篇幅来讲解力学、运动学、动力学。第二章：一维直线的运动共八节，分别讲解了参考系和位移、平均速度、瞬时速度、加速度、匀变速直线运动及其应用、自由落体运动。这个和人教版必修一比较接近。第三章：二维直线的运动也是八节，分别讲解了矢量和标量、矢量合成的画图做法、矢量的减法、矢量的正交分解法、平抛运动、平抛运动问题的解决、平抛运动的轨迹：抛物线、相对速度。第四章动力学：牛顿运动定律分九节，分别讲授了力的定义、牛顿第一定律、质量的定义、牛顿第二定律、牛顿第三定律、重力（地球的引力）和正压力、牛顿第二定律的应用、斜面上包含摩擦力问题的解决、牛顿定律解决问题的普遍方法。

第五章共10节，讲述了圆周运动、重力，具体是匀速圆周运动的运动学描述、动力学问题、汽车在高速公路上的转弯问题、变速圆周运动、向心力、牛顿万有引力定律、地球质量的计算、人造卫星和失重、开普勒三定律和牛顿的总结、自然界中的四种基本作用力。第六章功和能共十节，分别是：恒力做功、变力做功、动能和功能关系、势能、保守力和非保守力、机械能及其守恒定律、机械能守恒定律的应用、能量转化与守恒定律、功率。第七章动量共10节，分别讲授动量的定义、动量与力的关系、动量守恒定律、碰撞和冲量、一维平面的弹性碰撞、非弹性碰撞、二维平面和三维空间的碰撞问题、质心、人的质心、物体的质心。第九章刚体的转动，共9节，分别讲授角动量、角加速度、刚体转动（无滑动）、力矩、转动动能、角动量守恒定律、角动量的矢量性。

3 中方物理教材（人教版）和美国选修教材（A Custom Publication）力学内容体系的对比及给我们的启发

对比中方物理教材（人教版）和美国选修物理教材（A Custom Publication）关于力学、运动学、动力学的知识体系，发现他们的编排大致相同，但也有细节处理和内容体系上的微小变化。人教版教材将相互作用单独列为一章，集中讲述了重力、弹力、摩擦力，四种基本相互作用。并且以力为代表矢量，讲述了矢量的合成与分解的平行四边形（三角形定则）。美国选修物理教材（A Custom Publication）对力没有进行综合讲述，重力、弹力、摩擦力分别出现在第四章第六节和第八节中，是包含在牛顿第二定律的内容中。对重力和四种基本相互作用的更加深入的描述，是出现在第五章第七节和第十节。美国选修物理教材（A Custom Publication）对矢量的合成与分解的平行四边形定则是以位移和速度为代表矢量进行讲解，可能比用力作为代表矢量难度会降低一些，学生更容易接受。因为毕竟位移和速度对学生而言比力的概念更加具体一些。人教版教材是在讲授了一维运动的运动学、相互作用、一维运动的动力学之后再讲授二维运动（抛体运动和圆周运动），这可以使学生在内容体系上，从牛顿力学的角度来分析物体为什么可以做抛物线运动、圆周运动。

美国选修物理教材（A Custom Publication）在讲授了一维运动的运动学描述后直接讲授二维平面的平抛运动、圆周运动的描述，这个从体系上好像是顺理成章的，但由于学生没有学习牛顿运动定律，从而使学生对物体为什么会这样运动感到迷惑，应该说加大了学生理解的难度。这部分的内容好像是硬生生摆出来让学生记忆，缺乏了人教版教材用牛顿定律和运动的合成和分解来研究抛体运动和圆周运动的推导过程，所以这部分内容应该是人教版处理得更好一些。人教版第六章先提出开普勒三定律，再在此基础上推导出牛顿万有引力定律，虽然比较粗糙，但是条理上比较清楚。美国选修物理教材（A Custom Publication）在讲述了圆周运动之后就将牛顿万有引力定律直接抛出，后面才加上了开普勒三定律，逻辑上有些混乱，使学生不知道万有引力定律的由来。美國选修物理教材（A Custom Publication）第七章是线动量的内容，这个内容人教版中是放在更后面的选修教材中。线动量作为另一个侧面描述运动的物理量，应该放在更加优先的位置。所以这一点人教版应该向美国选修物理教材（A Custom Publication）学习，将线动量位置前移。美国选修物理教材（A Custom Publication）第八章出现的刚体转动的知识，人教版无论必修还是选修教材都是没有的。

总之，将两版教材的力学内容体系进行比较，使得我们可以看到各版教材的优缺点、中外教材编写者的智慧和对物理的思考，使得我们可以更好地理解教材体系，服务教学。