中美文科物理教材的比较与启示
【摘要】我国《文科物理——生活中的物理学》与美国《概念物理》皆为文科物理经典教材。通过对这两种教材相同点及不同点的对比分析，认为我国文科物理教材建设还需侧重人文教学、概念阐述、实例插图等三大问题。
【关键词】文科物理 ； 概念物理 ； 文科物理教学 ； 文科物理教材建设
【中图分类号】G64 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）2-0044-02
一、引言
大学物理是培养自然科学文化素质教育的课程，世界高校都增设了文科物理课程。我国的《文科物理——生活中的物理学》[1]（宋峰主编）是2013年出版的国家“十二五”规划教材；《概念物理》[2]（保罗·哈维特编著）作为文科物理教材的经典之作，从上世纪70年代开始一直为美国文科生钟爱，文中所做比较的是艾迪生-韦斯利公司2010年的第11版。
二、《文科物理》与《概念物理》的相同点
1.发挥科学趣味，激发学习兴致
《文科物理》从日常生活出发，用诙谐生动的趣味性语言表述物理问题，揭示主导日常生活的物理规律。该书不仅注重物理学的严谨性和逻辑性，同时还兼顾文科生的学习实际及行文的可读性。如第78页：“炎热的夏天，寒冷的冬天，冷热的本质是什么？调节冷热的电冰箱、空调器又是怎么回事？在对冷热的探究中，读者会见识自然界的两条基本规律——热力学第一定律和热力学第二定律。”用疑问语气讲述身边的实际问题，引发学生对其本质的探究，之后指出其本质是热力学的两个定律，给出明确清晰的答案。
《概念物理》的趣味性也很强。为调动读者兴趣，讲述了几个有趣的话题：如公元前三世纪的希腊天文学家、数学家和地理学家埃拉托色尼（Eratosthenes）是怎样在远古时代就能“称出”地球质量的，是如何测量地球与月亮、地球与太阳之间的距离的。测量他们之间的距离等等这些看起来匪夷所思的壮举，首先引起读者对科学的一种“崇拜”，接着说明了数学是作为科学语言的形式存在的，另外还讲述了研究科学的方法和做科研的态度，让读者有一种层层深入之感，像在欣赏一部电影，回味无穷。[3]
2.内容分布合理，结构轻重分明
《文科物理》内容上涵盖了物理学的所有重要分支，包括经典力学、热学、电磁学、光学、相对论、原子分子物理、量子力学、固体物理、原子核物理、等离子体物理、粒子物理、天体物理及宇宙学等，几乎包括了当代物理学的所有内容。物理学基础理论部分占1/4，这也是物理学专业课教学重点；其他章节占1/10。
《概念物理》的重点是经典物理，约占3/4，难度不大，适合文科生学习。
从内容上来说，均都含有力学、声学、电磁学、光学等经典物理学内容；更难一些的物理内容都只做了简略提及。
3.卡通插图讲解，展示实物图例
生动的插图在展示物理状态、呈现物理过程、表达物理规律、解释物理原理、说明物理条件、化解物理难点等物理内容的展示、降低物理难度及帮助学生理解物理本质有很大作用。
《文科物理》第2章第39页图2-20，通过插图来生动展现挖掘机挖土和单人挖土哪种方法做功更快；第7章第198页图7-15用扫描隧道显微镜的扫描示意图来说明其工作的物理条件等，这些插图在文中起到了画龙点睛的作用，使学生能够更好地了解物理内容，避免了冗长复杂的物理公式，强调了物理概念的重要性。《概念物理》发挥其彩板印刷优势，书中插图更是精美，如第8章第142页图，通过长时曝光手法获取猫自由落体时的照片，形象展示了猫从高处下落时的姿态。
两书均通过卡通或图片来说明这一章讲述的内容，让人一看到这些图片就能知晓本章讲述的大概，更有利于学生对知识的理解掌握。
4.立足物理概念，注重文科背景
《文科物理》以物理学知识体系为主线，涵盖了从基本粒子物理到宇宙天体物理、从经典物理到近代物理、从趣味的物理学史到身边生活中的物理，在保持物理思维和内容严谨的同时，注重学生文科背景，可以避免繁杂的物理公式的推导，注重物理概念的理解，强调物理趣味性，语言通俗易懂。
《概念物理》更侧重传授物理文化、揭示物理思想在文科物理中的核心价值，即重视对学生科学素质的培养与教育。该书以物理学史的发展为主线，充分体现了文理渗透的精神，注意加强物理学的人文色彩，并注意突出物理学的思想性和哲理性，立足于理，建瓴于文。[4]
三、《文科物理》与《概念物理》的不同点
1.《文科物理》内容更深更广
《文科物理》全书共九章，第一章主要介绍物理学史及当前物理概况，其余八章涵盖了物理学的主要领域和物理分支。其中二到六章讲述经典物理，占全书比重61%，包括力学、振动与波动、热学、电磁学、光学；七到九章讲述近代物理，占全书比重33%，包括量子力学、微观世界中的物理、天文学和宇宙学。《概念物理》在内容上集中于经典物理，占全书比重达83%，而关于近代物理的内容只有两章，且只覆盖了原子物理学和相对论的一些内容。
2.贴近生活是《文科物理》的亮点
《文科物理》的副标题为“生活中的物理学”，编者为了让文科读者更好地体会物理、拉近读者与物理学的关系、打破物理学给人高深的印象，在《文科物理》一书中有大量联系物理与生活的例子。从每章内容来看，编者首先是构建物理知识体系，其中会用大量的生活实例来解释物理规律，如在讲述电荷时，就举了我们生活中衣服上带静电的例子，从而引出了摩擦起电的物理规律；在每章最后部分，则是物理应用实例，如第二章的飞机、卫星与火箭，第五章的电磁炉、GPS、磁悬浮列车，第八章的核輻射防护等，该部分占每章的比例在20%左右。
用生活中的具体例子来展示物理学的内容，从实际应用的角度来传授读者物理知识，提升读者的物理文化，传播物理思想。物理知识通过具体的生活实例的展示，不再那么冰冷，相反，读者在学习过程中不仅能够通过生活经验跟书中的物理现象发生共鸣，还能进一步了解其背后的物理思想及规律，达到了在潜移默化中传播科学文化的效果。
3.实例插图是《概念物理》的强项
《概念物理》采用的是彩版印刷，在视觉效果上比《文科物理》的效果要好。几乎在书中的每一页我们都能看到精美的或卡通或生活的图例，这在相当大程度上消减了文科生对物理知识的畏惧，提升了文科生对物理学知识的兴趣。相比来说，《文科物理》在插图数量上比《概念物理》要少很多。在插图的绘画风格上，我们认为《概念物理》偏向卡通风格，画风幽默，整体看出作者配图很是精心；《文科物理》在插图上受物理学教材影响较大，重在表达物理内容，对插图的趣味性考虑不如《概念物理》，在插图利用及说明上也有很大改进的空间。
四、对我国“文科物理”教材建设的启示
文科物理是高校实施文化素质教育的一门重要课程，对体现科学教育与人文教育的融合，特别对提高非理工学生的科学文化素质起着重要作用。通过《文科物理》与《概念物理》的比较研究，我们认为，我国文科物理教材改革中还应侧重以下三方面问题：
1.侧重生活性
《文科物理》中用近1/5的篇幅来阐述物理与生活息息相关的密切关系，对比每章前半部分的物理知识与后半部分的生活实例，我们认为生活实例更能吸引文科读者的兴趣，也更容易被文科读者所接受，探索了除物理学史以外的另一个文科物理教材阐述的可行途径。因此，我们建议在讲述物理知识体系时应该尽量增加生活实例的应用，这样不仅能够增强内容的趣味性，也能增强读者的共鸣。降低物理知识要求，强调生活中的物理，把物理内容用生活实例来诠释是文科物理教材发展的一个方向，“生活中的物理学”完全可以单独成为一本教材的主要内容。
2.重在讲述概念
文科物理的教学对象是文科学生，因此没有必要把严格的物理逻辑思维体系灌输给他们，文科物理教材应该更注重于物理概念的阐述，像《概念物理》和《文科物理》一样，把物理知识的一些基本概念讲述清楚，让文科学生了解物理学的基本内容，尽量避免数学公式及推导，用略带幽默趣味的语言来向读者表达物理内容。《概念物理》的作者Paul建议读者，阅读要注重在概念上理解物理，不要过多的羁绊于复杂的公式；要享受物理，享受自然界的和谐之美！所以，文科物理教材的一个重要任务就是展现物理之美。
3.加强实例插图
实例是表达物理概念的一种直观具体的方式，对于读者了解物理概念、掌握物理规律有很好的帮助作用；插图则能形象生动的展现物理过程、表达物理内容，在增加趣味性的同时也是引领读者接受物理知识的更好方式。《文科物理》在插图方面做了初步尝试，但是与《概念物理》还是有一段距离，因此，我们建议国内文科物理方面的教材应该在实例插图上做更多努力，争取每页上都有精美的实例插图，且插图风格上最好能偏向卡通，做到处处有插图，图图都生动有趣。
参考文献
[1]宋峰.文科物理——生活中的物理学.北京：科学出版社，2013：1-249.
[2]Paul G. Hewitt.Conceptual Physics（eleventh edition）.Pearson Press，2010：1-737.
[3]张立彬，李广平.美國一流大学文科物理经典教材的特色与启示.大学物理，2011（5）：50-54.
[4]《开设文科物理课程的初步探索》， http：//cmp-hiedu.cn：8072/phy/.
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