中外大學(xué)物理優(yōu)秀教材輔學(xué)內(nèi)容比較研究

張琦瑋 王 碩

(高等教育出版社 北京 100029)

1 引言

大學(xué)物理是面向低年級(jí)大學(xué)生的公共基礎(chǔ)課，教材作為學(xué)科知識(shí)的載體，起著至關(guān)重要的作用．優(yōu)秀的教材不僅為學(xué)生提供知識(shí)與信息，同時(shí)也為學(xué)生打開(kāi)一扇通往物理世界的大門，讓學(xué)生掌握探尋科學(xué)世界的方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．為助力教學(xué)，教材的編寫既要合理地安排知識(shí)內(nèi)容，更應(yīng)該適應(yīng)低年級(jí)大學(xué)生的特點(diǎn)，具有較好的可讀性和實(shí)用性．

我們之前針對(duì)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的大學(xué)物理教材的內(nèi)容進(jìn)行了對(duì)比分析，在分析過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外教材在插圖、習(xí)題、配套資源等方面也存在較大的差異，因此我們又再次分析了這些輔學(xué)內(nèi)容的情況，形成了本篇論文，希望能對(duì)以后的教材編寫提供一定參考．

2 教材插圖比較

插圖是大學(xué)物理教材的重要組成部分，能夠體現(xiàn)作者的教學(xué)理念和目標(biāo)．國(guó)內(nèi)外的大學(xué)物理教材在插圖的配置上存在諸多差異．

2.1 插圖數(shù)量

國(guó)內(nèi)教材圖片數(shù)量比國(guó)外教材少．以馬文蔚版教材和哈里德版教材力學(xué)部分為例，分析國(guó)內(nèi)外教材插圖數(shù)量差異，詳見(jiàn)表1．

表1 插圖數(shù)量比較 單位：幅

馬文蔚版教材共計(jì)935幅圖片，頁(yè)均1.2幅圖；哈里德版教材共計(jì)2 201幅圖片，頁(yè)均1.8幅圖，圖片密度比馬文蔚版教材高50%，更加圖文并茂．

2.2 插圖風(fēng)格

國(guó)內(nèi)教材示意圖、坐標(biāo)圖多，簡(jiǎn)潔嚴(yán)謹(jǐn)；國(guó)外教材實(shí)物圖較多，更生動(dòng)活潑．

(1)從總體上來(lái)看，國(guó)內(nèi)教材風(fēng)格比較樸實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)，使用的插圖大多是線條簡(jiǎn)潔的示意圖，生動(dòng)形象、與實(shí)際聯(lián)系密切的實(shí)物圖比較少，感官上的親和力不夠．國(guó)外教材中插圖的使用率比國(guó)內(nèi)教材高得多．國(guó)外教材運(yùn)用大量的形象、直觀和生動(dòng)的彩色插圖對(duì)物理概念、物理原理進(jìn)行闡述．這些實(shí)物圖能給學(xué)生以生動(dòng)活潑的感官刺激，增強(qiáng)教材的親和力，讓學(xué)生樂(lè)于去探索物理學(xué)的奇妙世界，還能加深學(xué)生對(duì)物理概念、物理規(guī)律的理解．通過(guò)實(shí)例的介紹、圖片的運(yùn)用，學(xué)生能感受到物理學(xué)與自然、生活和現(xiàn)代科技的密切聯(lián)系．實(shí)物實(shí)景的彩圖，從日常生活到現(xiàn)代高科技術(shù)，從實(shí)驗(yàn)技術(shù)到自然現(xiàn)象，從微觀基本粒子到浩瀚的宇宙星際，圖片內(nèi)容極其豐富多彩．哈里德版教材和西爾斯版教材中每一章的第1頁(yè)都有一幅與日常生活或者與技術(shù)應(yīng)用密切相關(guān)的彩色圖片，由該圖片引出本章的主要知識(shí)．此外，西爾斯版教材在例題解答過(guò)程中大量使用手繪示意圖，用最直接的方式指導(dǎo)學(xué)生畫圖方法．

(2)馬文蔚版教材、張三慧版教材均采用雙色印刷，突出圖片中的重點(diǎn)圖線和重點(diǎn)元素；國(guó)外教材四色印刷，圖中各元素區(qū)別更明顯．圖1和圖2為馬文蔚教材和哈里德教材中的RL電路圖，由圖可知，四色印刷更為美觀，但其實(shí)雙色圖片已經(jīng)能準(zhǔn)確傳達(dá)圖片的意義，鑒于四色印刷將大幅提高成本，對(duì)此國(guó)內(nèi)教材不宜盲目照搬．

圖1 馬文蔚版教材中的RL電路圖

圖2 哈里德版教材中的RL電路圖

(3)西爾斯版教材中，部分例題使用了示意圖，并經(jīng)常使用鉛筆草圖，以向?qū)W生展示正確的畫圖方法，如圖3所示．

圖3 西爾斯版教材例題中頻繁出現(xiàn)的鉛筆草圖

3 題目配置比較

教材中題目的設(shè)置可以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．國(guó)內(nèi)外教材章后均有一定數(shù)量的思考題與習(xí)題．其中，思考題用于檢查學(xué)生對(duì)于基本知識(shí)和概念的掌握情況，旨在找出并糾正學(xué)生的迷思概念，題型為簡(jiǎn)答題及問(wèn)答題；習(xí)題用于檢查學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，包括選擇題、證明題、計(jì)算題等．下面從題目數(shù)量、習(xí)題類型、題目難度、題目表述等方面展開(kāi)分析．

3.1 題目數(shù)量

所選教材各部分思考題及習(xí)題數(shù)目見(jiàn)表2．

表2 所選教材各部分思考題及習(xí)題數(shù)目

由表2可得出以下結(jié)論：

(1)在思考題數(shù)量上

馬文蔚版教材、張三慧版教材、哈里德版教材差異不顯著，西爾斯版教材的思考題明顯多于其他3套教材．

(2)在習(xí)題數(shù)量上

國(guó)外教材習(xí)題數(shù)量遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)教材習(xí)題數(shù)量．國(guó)外教材除了章后習(xí)題數(shù)量遠(yuǎn)多于國(guó)內(nèi)教材外，這兩套教材還都設(shè)有網(wǎng)站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供更多的在線自測(cè)題目，以幫助學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)．國(guó)外教材習(xí)題數(shù)量充沛的原因有以下兩點(diǎn)：

1)在美國(guó)高中教學(xué)計(jì)劃中，物理不是必修課程，因此美國(guó)大學(xué)生的物理起點(diǎn)平均而言較中國(guó)大學(xué)生低．所以美國(guó)教材中習(xí)題數(shù)量的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)一定程度上是由于需補(bǔ)充我國(guó)高中物理教材中的講授內(nèi)容．

2)國(guó)內(nèi)外作者的教學(xué)以及習(xí)題設(shè)置理念不同．

3.2 習(xí)題類型

因?qū)W生學(xué)習(xí)知識(shí)的普遍規(guī)律是由易到難，由簡(jiǎn)到繁，兩套國(guó)外教材在配置習(xí)題時(shí)充分考慮了大部分學(xué)生的特點(diǎn)，將習(xí)題分為兩類． 一類為專題練習(xí)題，另一類為綜合練習(xí)題．如圖4和圖5所示為西爾斯版教材中專題練習(xí)題與綜合練習(xí)題示例.國(guó)內(nèi)教材無(wú)劃分．

圖4 西爾斯版教材中的專題練習(xí)題

圖5 西爾斯版教材中的綜合練習(xí)題

專題練習(xí)題針對(duì)單一專題訓(xùn)練，前面標(biāo)明所對(duì)應(yīng)的練習(xí)內(nèi)容或教材相應(yīng)內(nèi)容的小節(jié)序號(hào)，明確地指示學(xué)生解題要用到的公式和定理定律． 這類題目大多數(shù)針對(duì)單一概念和簡(jiǎn)單物理過(guò)程而編制，旨在為重要的基本概念定律的初步理解和應(yīng)用提供練習(xí)和檢測(cè)．以西爾斯版教材為例，教材中剛體運(yùn)動(dòng)一章設(shè)置有角速度和角加速度、線量與角量間的關(guān)系、恒定角加速度轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)中的能量、平行軸定理、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算等6個(gè)專題練習(xí)，題目數(shù)量分別為8、9、12、20、5、3．

綜合練習(xí)題涉及的物理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，所用的物理知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)生需通過(guò)分析物理過(guò)程，選擇適用的物理規(guī)律并利用一些解題技巧來(lái)完成題目的解答． 依然以西爾斯版教材為例，教材中剛體運(yùn)動(dòng)一章設(shè)置有38道綜合練習(xí)題．其中一道題譯文如下：

本道題目與生物醫(yī)學(xué)相關(guān)，創(chuàng)造了一個(gè)交叉情境，涉及多個(gè)知識(shí)點(diǎn)和物理過(guò)程，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合利用物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力．

3.3 題目難度

國(guó)內(nèi)教材：習(xí)題難度分兩個(gè)級(jí)別，在馬文蔚版教材和張三慧版教材中，均以“*”表示拓展題目，不帶標(biāo)記的為普通題目，如圖6所示．與普通題目相比，拓展題目綜合性更強(qiáng)，情境更新穎，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求更高．馬文蔚版教材和張三慧版教材中習(xí)題均以普通題目為主，拓展題目較少．

(a)馬文蔚版 (b)張三慧版

國(guó)外教材：習(xí)題難度通常分3個(gè)級(jí)別．在哈里德版教材和西爾斯版教材中，均以“·”表示單一概念、單一步驟的容易題，以“··”表示需要利用多個(gè)概念的中等難度題目，以“···”表示為優(yōu)秀學(xué)生準(zhǔn)備的具有挑戰(zhàn)性的難題，如圖7所示．各級(jí)難度試題分布合理，旨在為學(xué)生搭建促進(jìn)概念理解的階梯，逐步提高學(xué)生的概念理解水平．除此之外，在西爾斯版教材中還設(shè)有挑戰(zhàn)題，此部分試題是每章中最難的問(wèn)題，通常涉及微積分或復(fù)雜的全新情境，學(xué)生需要合力構(gòu)建模型、綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)才能求解．

圖7 國(guó)外教材習(xí)題難度

下面以振動(dòng)相關(guān)章節(jié)為例，分析國(guó)內(nèi)外教材章內(nèi)習(xí)題難度分布的差異，詳見(jiàn)表3．

表3 國(guó)內(nèi)外教材章內(nèi)習(xí)題難度分布

如表3所示，馬文蔚版教材的振動(dòng)相關(guān)章節(jié)(第九章)中，全章書后習(xí)題共計(jì)43道，其中拓展試題共計(jì)5道，普通題目占比88.4%，拓展題目占比11.6%；張三慧版教材振動(dòng)一章中，全章書后習(xí)題共計(jì)27道，其中拓展題目共計(jì)9道，普通題目占比66.7%，拓展題目占比33.3%．哈里德版教材中，專題練習(xí)難度分級(jí)，綜合練習(xí)難度無(wú)分級(jí)，各專題練習(xí)內(nèi)部題目按照試題難度遞增排列，專題練習(xí)中，低、中、高難度試題數(shù)目占比分別為52.4%、38.1%、9.5%．西爾斯版教材中，對(duì)于專題練習(xí)和綜合練習(xí)均定義了題目難度，低、中、高難度試題數(shù)目占比分別為38.7%、50.5%、10.8%．西爾斯版教材中除專題練習(xí)、綜合練習(xí)外，還提供了少量的與全國(guó)醫(yī)學(xué)院的統(tǒng)一考試題相匹配的試題，建立新的情境，供學(xué)有余力的學(xué)生探究，如圖8所示．

圖8 西爾斯版教材中的情境題

該題目創(chuàng)設(shè)了一個(gè)在納米尺度觀察物質(zhì)表面的情境，介紹了原子顯微鏡的原理和結(jié)構(gòu)，將振動(dòng)相關(guān)的物理知識(shí)運(yùn)用到這個(gè)新的情境中．

3.4 題目表述

國(guó)內(nèi)教材中的習(xí)題語(yǔ)言嚴(yán)謹(jǐn)、精煉，往往注重研究理想模型．在馬文蔚版教材和張三慧版教材中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其研究對(duì)象往往為“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)”“一個(gè)理想的彈簧”“一根無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線”等．這些習(xí)題能夠使學(xué)生迅速聯(lián)想到相關(guān)的公式、定理或定律，快速掌握知識(shí)，對(duì)于理解公式、定理或定律的適用條件很有益處．但這一類習(xí)題也存在弊端．一方面，題型陳舊，另一方面，它很難讓學(xué)生將研究對(duì)象與生活中的實(shí)際對(duì)象聯(lián)系起來(lái)，不利于讓學(xué)生通過(guò)習(xí)題來(lái)深刻體會(huì)物理原理的含義與應(yīng)用范圍．此外國(guó)內(nèi)教材在習(xí)題上重視定量計(jì)算，輕視定性、半定量的分析，重演繹、少歸納，缺乏對(duì)發(fā)散性思維的訓(xùn)練題．

而在國(guó)外教材中，章后習(xí)題經(jīng)常建立與日常生活息息相關(guān)的真實(shí)情境，題目新穎，語(yǔ)言生動(dòng)幽默，讓做習(xí)題也成了一件有趣的事情．大量形式多樣、貼近實(shí)際的物理習(xí)題的練習(xí)，讓學(xué)生能夠由淺入深地體會(huì)其中所蘊(yùn)含的深刻物理思想．

4 資源配置比較

4.1 資源呈現(xiàn)形式

國(guó)內(nèi)教材的配套數(shù)字資源大多為文本資源及MOOC視頻資源，通常以“二維碼+課程網(wǎng)站”的形式呈現(xiàn)．馬文蔚版教材采用“2d平臺(tái)+Abook平臺(tái)+數(shù)字課程”的方式展示資源，與教材聯(lián)系緊密的用二維碼展示，與教材關(guān)聯(lián)度略低、篇幅較長(zhǎng)的置于Abook平臺(tái)(圖9)上，此外該書還有配套數(shù)字課程，通過(guò)MOOC視頻與電子課件進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解．張三慧版教材數(shù)字資源部分采用的也是類似的“二維碼+文泉課堂+數(shù)字課程”的方式．一方面豐富了配套資源，另一方面更好地保護(hù)了版權(quán)，打擊了盜版．

圖9 馬文蔚教材Abook網(wǎng)站界面

國(guó)外教材在數(shù)字資源配套上更為多樣，補(bǔ)充資源非常豐富，真正做到易教、易學(xué)，哈里德版教材數(shù)字資源介紹如圖10所示．

圖10 西爾斯版教材配套數(shù)字資源介紹

西爾斯版教材配套數(shù)字資源包括以下內(nèi)容.

針對(duì)教師的資源包括：教師題解、教學(xué)資源庫(kù)、Mastering Physics系統(tǒng)、試題庫(kù)．

針對(duì)學(xué)生的資源包括：學(xué)生解題指導(dǎo)、Mastering Physics系統(tǒng)、Pearson eText、Pearson Tutor Service、ActivPhysics Online．

4.2 資源內(nèi)容

在資源內(nèi)容設(shè)置上，國(guó)內(nèi)教材均愈發(fā)注重科學(xué)精神和人文精神的融合，穿插了大量科學(xué)家的簡(jiǎn)介和物理學(xué)在高新技術(shù)中的應(yīng)用．例如，在馬文蔚版教材中加入了大量我國(guó)近年來(lái)的科技成果，如第四代反應(yīng)堆、2號(hào)環(huán)流器等，這有助于培養(yǎng)民族自尊心，實(shí)現(xiàn)文化自信．

5 結(jié)論

通過(guò)分析馬文蔚版教材、張三慧版教材、哈里德版教材和西爾斯版教材的結(jié)構(gòu)、物理概念闡述風(fēng)格、內(nèi)容、習(xí)題配置、插圖、資源配置、封面與版式等，我們可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外教材各有其優(yōu)勢(shì)和不足．

國(guó)內(nèi)教材在習(xí)題配置方面，更加精煉，數(shù)量適中，重點(diǎn)突出．在資源配置方面，國(guó)內(nèi)教材愈發(fā)注重科學(xué)精神和人文精神的融合，穿插了大量科學(xué)家的簡(jiǎn)介和物理學(xué)在高新技術(shù)中的應(yīng)用．但是與日常生活相關(guān)的應(yīng)用較少，不少教材涉及的應(yīng)用過(guò)于集中和雷同．

國(guó)外教材全彩印刷，更加圖文并茂，生動(dòng)活潑，趣味性強(qiáng)，更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．教材鋪墊較多，講解細(xì)致，多從日常生活實(shí)例或前沿科技出發(fā)，以歸納、類比的邏輯方式引入物理概念和規(guī)律，對(duì)于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生更為友好．網(wǎng)站配套資源更加豐富，易教易學(xué)．但是習(xí)題數(shù)量過(guò)大，重點(diǎn)不夠突出．

國(guó)內(nèi)教材在借鑒國(guó)外優(yōu)秀教材長(zhǎng)處方面是積極且卓有成效的．進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，大學(xué)物理教材改革有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國(guó)的大學(xué)物理教材無(wú)論從觀念上還是從內(nèi)容上都有很大的變化．國(guó)內(nèi)教材在借鑒美國(guó)教材聯(lián)系前沿、激勵(lì)創(chuàng)新、加強(qiáng)近代及習(xí)題方面都做了有益的嘗試．

在更新習(xí)題、加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)教材也充分的體現(xiàn)，選編了大量聯(lián)系實(shí)際的例題和習(xí)題．對(duì)這些習(xí)題和例題的分析與求解，能使學(xué)生更深刻地理解概念和規(guī)律，了解物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要實(shí)際意義.