對(duì)物理教材中幾類(lèi)“錯(cuò)誤”的商榷

李維兵

摘 ? 要?教材中會(huì)存在物理概念定義不精確、實(shí)驗(yàn)器材選擇不合理、物理規(guī)律表述不全面、插圖脫離實(shí)際不科學(xué)等不足。新課程提倡“用教材”，要求教師在教學(xué)中對(duì)物理教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，做個(gè)性化處理。然而教師素養(yǎng)參差不齊，教材的不足會(huì)成為部分教師開(kāi)發(fā)利用教材的障礙，因此教材的編寫(xiě)應(yīng)盡量避免瑕疵，追求精益求精。

關(guān)鍵詞?教材 ?物理概念 ?物理規(guī)律 ?砝碼 ?插圖

新課標(biāo)倡導(dǎo)“用教材”而非“教教材”。不論是“教教材”還是“用教材”都要深入研究、解讀教材，才能用活教材。我們期望的理想狀態(tài)是：教師把教材看成是上課的一個(gè)基本依據(jù)，當(dāng)成課程資源之一;教師深入研究教材之后，對(duì)教材進(jìn)行個(gè)性化的二次開(kāi)發(fā)，對(duì)素材進(jìn)行有效整合，用好教材的每一個(gè)素材。然而，教師的物理素養(yǎng)參差不齊，是否每個(gè)教師在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都能開(kāi)展有效的研究？當(dāng)教材有瑕疵時(shí)是否能通過(guò)二次開(kāi)發(fā)來(lái)彌補(bǔ)教材的不足之處？一個(gè)物理教師從大學(xué)畢業(yè)踏上工作崗位后，一定會(huì)經(jīng)歷一個(gè)“教教材”的成長(zhǎng)期，當(dāng)積累一定的經(jīng)驗(yàn)在專(zhuān)業(yè)上逐漸成長(zhǎng)后才能實(shí)現(xiàn)“用教材”。所以，一套精益求精的教材可以彌補(bǔ)部分教師，尤其是剛參加工作教師的物理科學(xué)素養(yǎng)和教育技能的不足，也讓他們少走彎路。從這個(gè)角度看物理教材的嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、規(guī)范，追求精益求精十分重要。

一、物理概念的定義必須精確

物理概念是物理學(xué)的基石，準(zhǔn)確理解物理概念是學(xué)生學(xué)好物理的前提。要準(zhǔn)確理解物理概念并非易事，這有賴(lài)于教師精確的講解，也有賴(lài)于物理教材中對(duì)物理概念給出準(zhǔn)確的表述。然而，教材中對(duì)一些物理概念的表述值得商榷。以彈力的概念為例，人教版、粵教版、魯科版、教科版、滬科版等五個(gè)版本的教材所給出的定義就有所區(qū)別，這說(shuō)明部分版本教材表述不夠準(zhǔn)確。

人教版：“發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力?！盵1]

粵教版：“產(chǎn)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力?！盵2]

魯科版：“物體發(fā)生彈性形變時(shí)，由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力?！盵3]

教科版：“發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力稱(chēng)為彈力?！盵4]

滬科版：“發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，就會(huì)對(duì)跟它接觸使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力。”[5]

各版本的表述中除了粵教版以外，其余版本都對(duì)“形變”做出了“彈性”的限制，滬科版對(duì)“跟（與）它接觸的物體”做出了“使他發(fā)生形變”的限制。對(duì)比各版本的表述有如下疑問(wèn)：是否只有“彈性形變”才能產(chǎn)生彈力？發(fā)生形變的物體是否會(huì)對(duì)跟它接觸的物體都產(chǎn)生力的作用呢？

參考大學(xué)物理教材中對(duì)彈（性）力的定義對(duì)解決上述疑問(wèn)有幫助。1987年山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的《普通物理學(xué)力學(xué)》對(duì)彈力定義：“兩個(gè)物體直接接觸而且發(fā)生形變時(shí)，彼此之間有作用力，這種力叫做彈性力，簡(jiǎn)稱(chēng)彈力。相互接觸是物體間（或物體各部分間）產(chǎn)生彈性力的前提，而形變是產(chǎn)生彈性力的關(guān)鍵。”[6]中國(guó)鐵道出版社1986年出版的林鐵生、周盛芳、于乾鵬編的《普通物理學(xué)》對(duì)彈力的定義：“當(dāng)一個(gè)物體發(fā)生彈性形變時(shí)，由于它企圖恢復(fù)原來(lái)的形狀，必將對(duì)使它發(fā)生形變的其他物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈性力。彈性力產(chǎn)生于直接接觸的物體之間，并以物體的形變?yōu)橄葲Q條件，它的方向要根據(jù)物體的形變情況來(lái)決定?！盵7]兩個(gè)版本表述也存在差異，這也許就是現(xiàn)行高中各版本物理教材表述有差異的原因。

針對(duì)第一個(gè)疑問(wèn)，上述兩個(gè)版本的大學(xué)物理教材的表述也是不一致的，山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的《普通物理學(xué)力學(xué)》沒(méi)有對(duì)“形變”做出“彈性”的限定，而中國(guó)鐵道出版社出版的《普通物理學(xué)》限定為“彈性形變”。筆者認(rèn)為只要物體發(fā)生形變，只要有外力作用于形變物體，從牛頓第三定律來(lái)看，形變物體一定會(huì)“回報(bào)”一個(gè)反作用力給使它形變的物體。所以，并非彈性形變才能產(chǎn)生彈力的作用。

針對(duì)第二個(gè)疑問(wèn)，兩個(gè)版本的教材都明確彈（性）力只產(chǎn)生于：直接接觸且發(fā)生形變的物體之間。所以，在高中物理的五個(gè)版本中，筆者認(rèn)為滬科版加上“使它發(fā)生形變”更準(zhǔn)確。如圖1所示，小球置于光滑的水平面上，小球和水平地面上之間存在彈力，小球和豎直墻壁之間有接觸沒(méi)有擠壓（該接觸面沒(méi)有發(fā)生形變）故而沒(méi)有彈力。然而，學(xué)生（尤其是初學(xué)時(shí)）容易誤認(rèn)為小球和豎直墻壁之間也有彈力。這或許和教材中彈力概念表述不嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)系。

綜上所述建議彈力這一概念表述為：“發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生與形變方向相反的力，這種力叫做彈力?！边@樣來(lái)定義彈力的概念有如下含義：第一，彈力產(chǎn)生的條件是兩物體要直接接觸，且兩物體間要有形變，缺一不可;第二，表述中出現(xiàn)了兩個(gè)“物體”，前者“發(fā)生形變的物體”是施力物體，后者“使它發(fā)生形變的物體”是受力物體，彈力的產(chǎn)生是施力物體的形變產(chǎn)生的;第三，彈力的方向與施力物體形變方向相反。

二、實(shí)驗(yàn)器材選取應(yīng)該恰當(dāng)

教材中一些實(shí)驗(yàn)器材的選取不夠準(zhǔn)確，最典型的是砝碼的使用。在高中物理教材中，砝碼的使用有一些地方不恰當(dāng)。在探究物體獲得的加速度與所受合外力、質(zhì)量之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中粵教版、人教版、滬科版都存在亂用砝碼的現(xiàn)象。

人教版：“細(xì)繩的一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，盤(pán)中可放砝碼。小盤(pán)和砝碼所受的重力，等于使小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的力?！盵1]“為了改變小車(chē)的質(zhì)量，可以在小車(chē)中增減砝碼?！盵1]

粵教版：“讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，保持滑塊質(zhì)量不變，通過(guò)增加砝碼的數(shù)量來(lái)改變拉力的大小。”[2]“滑塊所受的拉力是否等于砝碼所受的重力呢？……要將滑塊所受的拉力近似地看作等于砝碼所受的重力……”[2]

滬科版：“在水平桌面上放置一塊長(zhǎng)木板，板的一端固定有定滑輪，板上放有一輛小車(chē)（車(chē)內(nèi)放置若干砝碼）;”[5]“保持小桶中細(xì)沙的質(zhì)量不變，改變小車(chē)中的砝碼數(shù)量，同理依次測(cè)出小車(chē)不同質(zhì)量時(shí)的加速度”。[5]

砝碼的使用應(yīng)該遵循以下原則：1.取放砝碼必須用鑷子夾取或佩戴手套拿取，嚴(yán)禁直接用手拿取，以免被污染;2.應(yīng)輕拿輕放，避免相互碰撞;3.砝碼放回盒子之前要用工業(yè)酒精擦拭后自然風(fēng)干，避免將不同組的砝碼一起放置，不用時(shí)將盒子存放在陰涼干燥處;4.嚴(yán)防碰撞或墜落，避免碰傷或劃傷?；浗贪?、人教版、滬科版三個(gè)版本在本實(shí)驗(yàn)中砝碼的使用與上述要求不符?；浗贪?、人教版利用砝碼來(lái)為小車(chē)提供加速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，無(wú)論是用細(xì)線(xiàn)直接拴住砝碼，還是把砝碼放在小盤(pán)中來(lái)給小車(chē)提供動(dòng)力都很容易造成砝碼的碰撞、墜落、劃傷，也很容易造成砝碼污染。滬科版在小車(chē)中增加砝碼來(lái)改變小車(chē)的質(zhì)量，這種做法也容易造成小車(chē)和砝碼之間、砝碼和砝碼之間的相互碰撞，劃傷砝碼。滬科版在本實(shí)驗(yàn)中用小桶和細(xì)沙來(lái)提供動(dòng)力，這就更容易造成砝碼的污染。

正是由于物理教材中不恰當(dāng)?shù)厥褂庙来a，所以最近幾年的高考試題也出現(xiàn)了用細(xì)線(xiàn)把砝碼拴住掛起來(lái)提供動(dòng)力的嚴(yán)重錯(cuò)誤，例如2011年海南卷、2013年天津卷、四川卷等的力學(xué)實(shí)驗(yàn)題。

作為紙筆考試的實(shí)驗(yàn)題來(lái)說(shuō)，無(wú)論是“砝碼”還是“鉤碼”亦或其他“重物”，學(xué)生都可以完成作答，這樣的小問(wèn)題對(duì)學(xué)生完成試題幾乎沒(méi)有任何影響。然而，這樣的小問(wèn)題卻與物理課程所肩負(fù)的育人目標(biāo)是背道而馳的。高中物理新課標(biāo)在課程總目標(biāo)中要求“發(fā)展科學(xué)探索興趣，有堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神”。要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神就必須在教學(xué)的細(xì)節(jié)上一絲不茍，尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)細(xì)節(jié)上“小題大作”。

三、物理規(guī)律描述要準(zhǔn)確全面

學(xué)習(xí)物理規(guī)律，并利用物理規(guī)律解決物理問(wèn)題，是學(xué)生物理學(xué)習(xí)中的重要內(nèi)容。要想準(zhǔn)確地解決問(wèn)題，就要能準(zhǔn)確地理解物理規(guī)律，然而有些版本的教材在部分物理規(guī)律的表述上不夠全面、不夠準(zhǔn)確，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的理解出現(xiàn)一定的偏差，為解決物理問(wèn)題埋下“隱患”。

滬科版：“物體的加速度跟受到的作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。”[5]

滬科版在牛頓第二定律的表述中，只是闡明了物體獲得的加速度與其所受合外力和自身質(zhì)量的關(guān)系，并沒(méi)有像人教版、粵教版等進(jìn)一步指明加速度的方向與合外力的方向相同。這種疏漏，會(huì)造成學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的理解不夠全面，甚至在解題中可能對(duì)加速度的方向考慮不夠。

魯科版對(duì)牛頓第一定律的補(bǔ)充解釋值得商榷。“牛頓第一定律表明，當(dāng)合外力為零時(shí)，原來(lái)靜止的物體將繼續(xù)保持靜止，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的物體則將繼續(xù)以原來(lái)的速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。合外力為零包括兩種情況：一種是物體受到的所有外力相互抵消，合力為零;另外一種是物體不受外力作用?！盵3]牛頓第一定律是在事實(shí)的基礎(chǔ)上加上合理的外推得到的產(chǎn)物，其闡釋的是物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。不受力是一種理想狀態(tài)，這不能和物體所受合力為零混為一談。不受力時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)揭示了物體具有慣性，是牛頓第二定律的基礎(chǔ)，而合力為零的情況，則是牛頓第二定律的特例。魯科版的補(bǔ)充解釋是不準(zhǔn)確的。這一解釋容易讓學(xué)生誤以為牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例。

四、教材插圖應(yīng)該科學(xué)合理

物理教材插圖可以非常直觀(guān)、形象地讓學(xué)生理解物理上的一些疑難知識(shí)，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，緩解了學(xué)習(xí)壓力。一些插圖非常有趣，貼近現(xiàn)實(shí)生活，拉近生活和物理、學(xué)生和物理的距離，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教材插圖是物理教學(xué)中非常重要的教學(xué)資源。然而一些插圖卻存在不嚴(yán)謹(jǐn)、太夸張、與事實(shí)不符等問(wèn)題。

滬科版在實(shí)驗(yàn)探究三個(gè)共點(diǎn)力的平衡時(shí)，“二至三個(gè)人合作，用三個(gè)測(cè)力計(jì)拉住小環(huán)O，如圖4-29所示（本文圖2），記下三個(gè)力的方向及大小，用力的圖示法在紙上表示出各個(gè)力?！盵5]在本插圖中三個(gè)力都是3.00牛，但是F1與F2的夾角比90°略大，F(xiàn)1與F3的夾角夾角接近100°，F(xiàn)2與F3的夾角比160°略大。根據(jù)力的合成的知識(shí)不難判斷出，在這三個(gè)力作用下的小環(huán)是不可能處于平衡態(tài)的。所以，本插圖是不科學(xué)的。

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