AP課程（中美合作課程）中、美教材力學(xué)內(nèi)容體系的對(duì)比

張延偉

摘 要 “AP課程（中美合作課程）”是指在一些國際高中或普通高中的國際部中所開設(shè)的課程，其目的是在中國學(xué)生的高中階段就可以同時(shí)接受中國式和美國式的教育，拿到美國大學(xué)學(xué)分，為學(xué)生申請美國大學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于學(xué)生同時(shí)學(xué)習(xí)中方物理教材（人教版）和美國選修物理教材（A Custom Publication），因此，將這兩種教材進(jìn)行研究、比較、取長補(bǔ)短、有機(jī)融合，是非常必要、重要，非常有意義的工作。

關(guān)鍵詞 AP課程 中、美教材 內(nèi)容體系 對(duì)比

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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課程（中美合作課程）”是指在一些國際高中或普通高中的國際部中所開設(shè)的課程，其目的是在中國學(xué)生的高中階段就可以同時(shí)接受中國式和美國式的教育，拿到美國大學(xué)學(xué)分，為學(xué)生申請美國大學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。由于學(xué)生同時(shí)學(xué)習(xí)中方物理教材（人教版）和美國選修物理教材（A Custom Publication），因此，將這兩種教材進(jìn)行研究、比較、取長補(bǔ)短、有機(jī)融合，是非常必要、重要，非常有意義的工作。將中方物理課程與AP物理課程有機(jī)融合是一項(xiàng)大工程，需要時(shí)間、精力、人才等各方面要素的緊密配合。本論文嘗試在中方物理教材（人教版）和美國選修物理教材（A Custom Publication）的力學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行初步的對(duì)比，以便相互借鑒、取長補(bǔ)短、有機(jī)融合。本論文嘗試在中方物理教材（人教版）和美國選修物理教材（A Custom Publication）力學(xué)內(nèi)容體系方面進(jìn)行初步的對(duì)比，以便相互借鑒、取長補(bǔ)短、有機(jī)融合。

1 中方教材（人教版）力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)內(nèi)容體系

人教版用兩本書（必修一、必修二）的容量來講解力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)。其中必修一第一章：運(yùn)動(dòng)的描述、第二章：勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究，重點(diǎn)講解了在一維空間（坐標(biāo)軸）上物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和描述。第三章：相互作用，重點(diǎn)講解了重力、彈力、摩擦力的特點(diǎn)，以力為代表的矢量的合成與分解的運(yùn)算。第四章：牛頓運(yùn)動(dòng)定律講解了物體在一維空間運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)以及力學(xué)單位制。必修一的最后部分是學(xué)生實(shí)驗(yàn)、誤差和有效數(shù)字以及課題研究（橋梁的研究）和推薦的課外讀物。在第二章第五節(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)的課后習(xí)題中，出現(xiàn)了幾道要求估算的題目，這也是整個(gè)人教版教材中為數(shù)不多的估算類題目。必修一的實(shí)驗(yàn)基本是以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為主要實(shí)驗(yàn)儀器的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)。必修二第五章曲線運(yùn)動(dòng)中，首先講解一般的曲線運(yùn)動(dòng)（定義、條件、性質(zhì)），運(yùn)動(dòng)的合成與分解；然后重點(diǎn)講解兩種典型的曲線運(yùn)動(dòng)：拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)中重點(diǎn)介紹的又是平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)；然后是生活中的圓周運(yùn)動(dòng)，既介紹了日常生活中常見的圓周運(yùn)動(dòng)（汽車過拱形橋、凹形橋，汽車轉(zhuǎn)彎、洗衣機(jī)脫水桶脫水），使同學(xué)對(duì)身邊的圓周運(yùn)動(dòng)有了更加科學(xué)的認(rèn)識(shí)，又巧妙的通過將地球看成一個(gè)拱形橋解決了“圍繞地球飛行的汽車的最小速度”，實(shí)際上是解決了人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的第一宇宙速度問題，為下一章宇宙航行埋下伏筆。

第六章： 萬有引力與航天可看做在圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)的基礎(chǔ)上的內(nèi)容拓展。第一節(jié)：行星的運(yùn)動(dòng)介紹了人們世界觀的變化，引出了第谷的觀察和開普勒三定律。第二節(jié)：太陽和行星之間的引力，在以太陽為圓形軌道的圓心、行星軌道可以簡化為圓軌道這兩個(gè)條件下，利用初等數(shù)學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出太陽與行星之間的引力滿足平方反比的關(guān)系式，此時(shí)該關(guān)系式僅適用于“太陽”和“行星”這兩個(gè)“特殊”的物體。在第三節(jié)：萬有引力定律中，介紹了牛頓通過月—地檢驗(yàn)，將平方反比定律擴(kuò)大到地球和月球，然后再擴(kuò)大到所有有質(zhì)量的物體，成為宇宙間的普遍規(guī)律。這是人類認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)里程碑，是人類不斷探索、解放思想的必然結(jié)果。第四節(jié)：萬有引力理論的成就，可以看做天上的“實(shí)驗(yàn)”對(duì)牛頓理論正確性的驗(yàn)證。第五節(jié)：宇宙航行介紹了第一、第二、第三宇宙速度，介紹了人類“征服”宇宙過程中所取得的成就和付出的代價(jià)，最后介紹了我國的載人航天工程和下一步的宇宙探索計(jì)劃。第六節(jié)：經(jīng)典力學(xué)的局限性介紹了經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：宏觀、低速物體，向?qū)W生提出真理的相對(duì)性，認(rèn)識(shí)有待深入，相對(duì)論和量子力學(xué)有待學(xué)習(xí)。第七章：機(jī)械能守恒定律，提出運(yùn)動(dòng)研究的另外一個(gè)角度：能量。這一章擴(kuò)寬了做功的定義，推導(dǎo)出了重力勢能和彈性勢能的表達(dá)式，推導(dǎo)出了動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律，最后講解了廣義的能量守恒定律與能源，引發(fā)同學(xué)們的節(jié)能意識(shí)。必修二的實(shí)驗(yàn)主要包括：平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)、動(dòng)能定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。必修二的課題研究是潮汐現(xiàn)象，主要探究它的成因、性質(zhì)以及潮汐發(fā)電。同樣，課外推薦讀物羅列在必修二課本最后。

2 美國選修物理教材（A Custom Publication）力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)內(nèi)容體系

美國選修物理教材（A Custom Publication）用了七章（第二章到第八章）共計(jì)200頁的篇幅來講解力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)。第二章：一維直線的運(yùn)動(dòng)共八節(jié)，分別講解了參考系和位移、平均速度、瞬時(shí)速度、加速度、勻變速直線運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用、自由落體運(yùn)動(dòng)。這個(gè)和人教版必修一比較接近。第三章：二維直線的運(yùn)動(dòng)也是八節(jié)，分別講解了矢量和標(biāo)量、矢量合成的畫圖做法、矢量的減法、矢量的正交分解法、平拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)問題的解決、平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡：拋物線、相對(duì)速度。第四章動(dòng)力學(xué)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律分九節(jié)，分別講授了力的定義、牛頓第一定律、質(zhì)量的定義、牛頓第二定律、牛頓第三定律、重力（地球的引力）和正壓力、牛頓第二定律的應(yīng)用、斜面上包含摩擦力問題的解決、牛頓定律解決問題的普遍方法。

第五章共10節(jié)，講述了圓周運(yùn)動(dòng)、重力，具體是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述、動(dòng)力學(xué)問題、汽車在高速公路上的轉(zhuǎn)彎問題、變速圓周運(yùn)動(dòng)、向心力、牛頓萬有引力定律、地球質(zhì)量的計(jì)算、人造衛(wèi)星和失重、開普勒三定律和牛頓的總結(jié)、自然界中的四種基本作用力。第六章功和能共十節(jié)，分別是：恒力做功、變力做功、動(dòng)能和功能關(guān)系、勢能、保守力和非保守力、機(jī)械能及其守恒定律、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律、功率。第七章動(dòng)量共10節(jié)，分別講授動(dòng)量的定義、動(dòng)量與力的關(guān)系、動(dòng)量守恒定律、碰撞和沖量、一維平面的彈性碰撞、非彈性碰撞、二維平面和三維空間的碰撞問題、質(zhì)心、人的質(zhì)心、物體的質(zhì)心。第九章剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)，共9節(jié)，分別講授角動(dòng)量、角加速度、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)（無滑動(dòng)）、力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能、角動(dòng)量守恒定律、角動(dòng)量的矢量性。

3 中方物理教材（人教版）和美國選修教材（A Custom Publication）力學(xué)內(nèi)容體系的對(duì)比及給我們的啟發(fā)

對(duì)比中方物理教材（人教版）和美國選修物理教材（A Custom Publication）關(guān)于力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的知識(shí)體系，發(fā)現(xiàn)他們的編排大致相同，但也有細(xì)節(jié)處理和內(nèi)容體系上的微小變化。人教版教材將相互作用單獨(dú)列為一章，集中講述了重力、彈力、摩擦力，四種基本相互作用。并且以力為代表矢量，講述了矢量的合成與分解的平行四邊形（三角形定則）。美國選修物理教材（A Custom Publication）對(duì)力沒有進(jìn)行綜合講述，重力、彈力、摩擦力分別出現(xiàn)在第四章第六節(jié)和第八節(jié)中，是包含在牛頓第二定律的內(nèi)容中。對(duì)重力和四種基本相互作用的更加深入的描述，是出現(xiàn)在第五章第七節(jié)和第十節(jié)。美國選修物理教材（A Custom Publication）對(duì)矢量的合成與分解的平行四邊形定則是以位移和速度為代表矢量進(jìn)行講解，可能比用力作為代表矢量難度會(huì)降低一些，學(xué)生更容易接受。因?yàn)楫吘刮灰坪退俣葘?duì)學(xué)生而言比力的概念更加具體一些。人教版教材是在講授了一維運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、相互作用、一維運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)之后再講授二維運(yùn)動(dòng)（拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)），這可以使學(xué)生在內(nèi)容體系上，從牛頓力學(xué)的角度來分析物體為什么可以做拋物線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)。

美國選修物理教材（A Custom Publication）在講授了一維運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述后直接講授二維平面的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的描述，這個(gè)從體系上好像是順理成章的，但由于學(xué)生沒有學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，從而使學(xué)生對(duì)物體為什么會(huì)這樣運(yùn)動(dòng)感到迷惑，應(yīng)該說加大了學(xué)生理解的難度。這部分的內(nèi)容好像是硬生生擺出來讓學(xué)生記憶，缺乏了人教版教材用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)的合成和分解來研究拋體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的推導(dǎo)過程，所以這部分內(nèi)容應(yīng)該是人教版處理得更好一些。人教版第六章先提出開普勒三定律，再在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出牛頓萬有引力定律，雖然比較粗糙，但是條理上比較清楚。美國選修物理教材（A Custom Publication）在講述了圓周運(yùn)動(dòng)之后就將牛頓萬有引力定律直接拋出，后面才加上了開普勒三定律，邏輯上有些混亂，使學(xué)生不知道萬有引力定律的由來。美國選修物理教材（A Custom Publication）第七章是線動(dòng)量的內(nèi)容，這個(gè)內(nèi)容人教版中是放在更后面的選修教材中。線動(dòng)量作為另一個(gè)側(cè)面描述運(yùn)動(dòng)的物理量，應(yīng)該放在更加優(yōu)先的位置。所以這一點(diǎn)人教版應(yīng)該向美國選修物理教材（A Custom Publication）學(xué)習(xí)，將線動(dòng)量位置前移。美國選修物理教材（A Custom Publication）第八章出現(xiàn)的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的知識(shí)，人教版無論必修還是選修教材都是沒有的。

總之，將兩版教材的力學(xué)內(nèi)容體系進(jìn)行比較，使得我們可以看到各版教材的優(yōu)缺點(diǎn)、中外教材編寫者的智慧和對(duì)物理的思考，使得我們可以更好地理解教材體系，服務(wù)教學(xué)。