對物理教材中幾類“錯誤”的商榷

李維兵

摘 ? 要?教材中會存在物理概念定義不精確、實驗器材選擇不合理、物理規律表述不全面、插圖脫離實際不科學等不足。新課程提倡“用教材”，要求教師在教學中對物理教材進行二次開發，做個性化處理。然而教師素養參差不齊，教材的不足會成為部分教師開發利用教材的障礙，因此教材的編寫應盡量避免瑕疵，追求精益求精。

關鍵詞?教材 ?物理概念 ?物理規律 ?砝碼 ?插圖

新課標倡導“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是：教師把教材看成是上課的一個基本依據，當成課程資源之一;教師深入研究教材之后，對教材進行個性化的二次開發，對素材進行有效整合，用好教材的每一個素材。然而，教師的物理素養參差不齊，是否每個教師在每個知識點都能開展有效的研究？當教材有瑕疵時是否能通過二次開發來彌補教材的不足之處？一個物理教師從大學畢業踏上工作崗位后，一定會經歷一個“教教材”的成長期，當積累一定的經驗在專業上逐漸成長后才能實現“用教材”。所以，一套精益求精的教材可以彌補部分教師，尤其是剛參加工作教師的物理科學素養和教育技能的不足，也讓他們少走彎路。從這個角度看物理教材的嚴謹、科學、規范，追求精益求精十分重要。

一、物理概念的定義必須精確

物理概念是物理學的基石，準確理解物理概念是學生學好物理的前提。要準確理解物理概念并非易事，這有賴于教師精確的講解，也有賴于物理教材中對物理概念給出準確的表述。然而，教材中對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、滬科版等五個版本的教材所給出的定義就有所區別，這說明部分版本教材表述不夠準確。

人教版：“發生彈性形變的物體由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產生力的作用，這種力叫做彈力。”[1]

粵教版：“產生形變的物體由于要恢復原狀，會對與它接觸的物體產生力的作用，這種力叫做彈力。”[2]

魯科版：“物體發生彈性形變時，由于要恢復原狀，會對與它接觸的物體產生力的作用，這種力叫做彈力。”[3]

教科版：“發生彈性形變的物體由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產生力的作用，這種力稱為彈力。”[4]

滬科版：“發生彈性形變的物體，由于要恢復原狀，就會對跟它接觸使它發生形變的物體產生力的作用，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“形變”做出了“彈性”的限制，滬科版對“跟（與）它接觸的物體”做出了“使他發生形變”的限制。對比各版本的表述有如下疑問：是否只有“彈性形變”才能產生彈力？發生形變的物體是否會對跟它接觸的物體都產生力的作用呢？

參考大學物理教材中對彈（性）力的定義對解決上述疑問有幫助。1987年山東科學技術出版社出版的《普通物理學力學》對彈力定義：“兩個物體直接接觸而且發生形變時，彼此之間有作用力，這種力叫做彈性力，簡稱彈力。相互接觸是物體間（或物體各部分間）產生彈性力的前提，而形變是產生彈性力的關鍵。”[6]中國鐵道出版社1986年出版的林鐵生、周盛芳、于乾鵬編的《普通物理學》對彈力的定義：“當一個物體發生彈性形變時，由于它企圖恢復原來的形狀，必將對使它發生形變的其他物體產生力的作用，這種力叫做彈性力。彈性力產生于直接接觸的物體之間，并以物體的形變為先決條件，它的方向要根據物體的形變情況來決定。”[7]兩個版本表述也存在差異，這也許就是現行高中各版本物理教材表述有差異的原因。

針對第一個疑問，上述兩個版本的大學物理教材的表述也是不一致的，山東科學技術出版社出版的《普通物理學力學》沒有對“形變”做出“彈性”的限定，而中國鐵道出版社出版的《普通物理學》限定為“彈性形變”。筆者認為只要物體發生形變，只要有外力作用于形變物體，從牛頓第三定律來看，形變物體一定會“回報”一個反作用力給使它形變的物體。所以，并非彈性形變才能產生彈力的作用。

針對第二個疑問，兩個版本的教材都明確彈（性）力只產生于：直接接觸且發生形變的物體之間。所以，在高中物理的五個版本中，筆者認為滬科版加上“使它發生形變”更準確。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有擠壓（該接觸面沒有發生形變）故而沒有彈力。然而，學生（尤其是初學時）容易誤認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謹有關系。

綜上所述建議彈力這一概念表述為：“發生形變的物體，由于要恢復原狀，會對與它接觸的使它發生形變的物體產生與形變方向相反的力，這種力叫做彈力。”這樣來定義彈力的概念有如下含義：第一，彈力產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，表述中出現了兩個“物體”，前者“發生形變的物體”是施力物體，后者“使它發生形變的物體”是受力物體，彈力的產生是施力物體的形變產生的;第三，彈力的方向與施力物體形變方向相反。

二、實驗器材選取應該恰當

教材中一些實驗器材的選取不夠準確，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。在探究物體獲得的加速度與所受合外力、質量之間的關系實驗中粵教版、人教版、滬科版都存在亂用砝碼的現象。

人教版：“細繩的一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼。小盤和砝碼所受的重力，等于使小車做勻加速運動的力。”[1]“為了改變小車的質量，可以在小車中增減砝碼。”[1]

粵教版：“讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運動，保持滑塊質量不變，通過增加砝碼的數量來改變拉力的大小。”[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木板，板的一端固定有定滑輪，板上放有一輛小車（車內放置若干砝碼）;”[5]“保持小桶中細沙的質量不變，改變小車中的砝碼數量，同理依次測出小車不同質量時的加速度”。[5]

砝碼的使用應該遵循以下原則：1.取放砝碼必須用鑷子夾取或佩戴手套拿取，嚴禁直接用手拿取，以免被污染;2.應輕拿輕放，避免相互碰撞;3.砝碼放回盒子之前要用工業酒精擦拭后自然風干，避免將不同組的砝碼一起放置，不用時將盒子存放在陰涼干燥處;4.嚴防碰撞或墜落，避免碰傷或劃傷。粵教版、人教版、滬科版三個版本在本實驗中砝碼的使用與上述要求不符。粵教版、人教版利用砝碼來為小車提供加速運動的動力，無論是用細線直接拴住砝碼，還是把砝碼放在小盤中來給小車提供動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。滬科版在小車中增加砝碼來改變小車的質量，這種做法也容易造成小車和砝碼之間、砝碼和砝碼之間的相互碰撞，劃傷砝碼。滬科版在本實驗中用小桶和細沙來提供動力，這就更容易造成砝碼的污染。

正是由于物理教材中不恰當地使用砝碼，所以最近幾年的高考試題也出現了用細線把砝碼拴住掛起來提供動力的嚴重錯誤，例如2011年海南卷、2013年天津卷、四川卷等的力學實驗題。

作為紙筆考試的實驗題來說，無論是“砝碼”還是“鉤碼”亦或其他“重物”，學生都可以完成作答，這樣的小問題對學生完成試題幾乎沒有任何影響。然而，這樣的小問題卻與物理課程所肩負的育人目標是背道而馳的。高中物理新課標在課程總目標中要求“發展科學探索興趣，有堅持真理、勇于創新、實事求是的科學態度與科學精神”。要培養學生實事求是的科學態度與科學精神就必須在教學的細節上一絲不茍，尤其是實驗教學細節上“小題大作”。

三、物理規律描述要準確全面

學習物理規律，并利用物理規律解決物理問題，是學生物理學習中的重要內容。要想準確地解決問題，就要能準確地理解物理規律，然而有些版本的教材在部分物理規律的表述上不夠全面、不夠準確，這樣會導致學生的理解出現一定的偏差，為解決物理問題埋下“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量的關系，并沒有像人教版、粵教版等進一步指明加速度的方向與合外力的方向相同。這種疏漏，會造成學生對牛頓第二定律的理解不夠全面，甚至在解題中可能對加速度的方向考慮不夠。

魯科版對牛頓第一定律的補充解釋值得商榷。“牛頓第一定律表明，當合外力為零時，原來靜止的物體將繼續保持靜止，原來運動的物體則將繼續以原來的速度做勻速直線運動。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。”[3]牛頓第一定律是在事實的基礎上加上合理的外推得到的產物，其闡釋的是物體不受力時的運動狀態。不受力是一種理想狀態，這不能和物體所受合力為零混為一談。不受力時物體的運動狀態揭示了物體具有慣性，是牛頓第二定律的基礎，而合力為零的情況，則是牛頓第二定律的特例。魯科版的補充解釋是不準確的。這一解釋容易讓學生誤以為牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例。

四、教材插圖應該科學合理

物理教材插圖可以非常直觀、形象地讓學生理解物理上的一些疑難知識，降低了學生的學習難度，緩解了學習壓力。一些插圖非常有趣，貼近現實生活，拉近生活和物理、學生和物理的距離，很好地激發了學生的學習興趣。教材插圖是物理教學中非常重要的教學資源。然而一些插圖卻存在不嚴謹、太夸張、與事實不符等問題。

滬科版在實驗探究三個共點力的平衡時，“二至三個人合作，用三個測力計拉住小環O，如圖4-29所示（本文圖2），記下三個力的方向及大小，用力的圖示法在紙上表示出各個力。”[5]在本插圖中三個力都是3.00牛，但是F1與F2的夾角比90°略大，F1與F3的夾角夾角接近100°，F2與F3的夾角比160°略大。根據力的合成的知識不難判斷出，在這三個力作用下的小環是不可能處于平衡態的。所以，本插圖是不科學的。

參考文獻

[1] 張大昌主編.普通高中課程標準實驗教科書物理1[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2] 保宗悌主編.普通高中課程標準實驗教科書物理必修[M].廣州：廣東教育出版社，2005.

[3] 廖伯琴主編.普通高中課程標準實驗教科書物理1[M].濟南：山東科學技術出版社，2011.

[4] 陳熙謀，吳祖仁主編.普通高中課程標準實驗教科書物理1[M].北京：教育科學出版社，2005.

[5] 束炳如，何潤東主編.普通高中課程標準實驗教科書物理1[M].上海：上海科技教育出版社，2011.

[6] 《力學》編寫組.普通物理學力學[M].濟南：山東科學社術出版社，1987.

[7] 林鐵生，周盛芳，于乾鵬.普通物理學[M].北京：中國鐵道出版社，1986.【責任編輯 ?郭振玲】