王紹符

(河北大學(xué) 河北 保定 071002)

一套教科書(shū)獨(dú)統(tǒng)天下的局面終于被打破了.1985～1987年《物理通報(bào)》雜志社組織九省市(河北、天津、北京、杭州、長(zhǎng)春、青島、上海、重慶、南京)幾十位第一線優(yōu)秀教師、教研員編寫(xiě)的初中物理(九年義務(wù)教育大綱)教科書(shū)出版了，并在北京、浙江、安徽、河北、山東、內(nèi)蒙古、山西、湖南、吉林、四川等二十八省(自治區(qū)、直轄市)的幾百所學(xué)校試用.

這套教材(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“物理通報(bào)九義教材”)是在當(dāng)時(shí)國(guó)家教委“一綱多本”的號(hào)召下產(chǎn)生的，教材融入了一些編者們多年來(lái)在第一線積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及生動(dòng)的就地取材的實(shí)驗(yàn)，注意到了貼近生活，貼近大自然，貼近生產(chǎn)實(shí)際，降低了起點(diǎn)，使之好教、好學(xué).

這套教材得到了國(guó)家教委中小學(xué)教材審查委員會(huì)審查通過(guò)，成為供全國(guó)選用的教材，一直使用到2006年.前后20年中，經(jīng)過(guò)兩次重大修改，日臻完善，具備了一些自己的特色，特別是在基本知識(shí)的編選方面有了一些重大突破.

1 教材編排順序與章節(jié)安排

物理通報(bào)九義教材改變了長(zhǎng)期以來(lái)以“測(cè)量”為開(kāi)篇章節(jié)的傳統(tǒng)，而代之以“光的初步知識(shí)”.這主要是考慮到“測(cè)量”內(nèi)容枯燥，且形同數(shù)學(xué)，缺乏物理特色.“光的初步知識(shí)”則不然，物理特色濃厚，生動(dòng)有趣.

全書(shū)上下兩冊(cè)，大32開(kāi)，489頁(yè)，26章，120節(jié)(其中選學(xué)14節(jié))，另外還安排了課外“探究課題”11個(gè)，“閱讀材料”29篇，“小實(shí)驗(yàn)”和“小制作”27個(gè)，“想一想”“練一練”“議一議”和“做一做”共47個(gè).章節(jié)安排與課堂教學(xué)相適應(yīng)，盡量做到一節(jié)教材對(duì)應(yīng)教學(xué)一課時(shí)，使之好教、好學(xué).

2 “光的初步知識(shí)”編寫(xiě)全面改觀

2.1 光與視覺(jué)

教材首先處理了“光與視覺(jué)的關(guān)系”，這個(gè)“關(guān)系”對(duì)于理解人眼看物、雙眼效應(yīng)、大地測(cè)量，以及學(xué)習(xí)成像(特別是虛像)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、電影等知識(shí)都是不可或缺的.

2.2 改光線描述為光束描述建立了兩條知識(shí)鏈

對(duì)于光的行為，傳統(tǒng)教材都是用“光線”描述.幾何光學(xué)中的“光線”并不是光，它是用來(lái)描述光傳播方向的幾何線.用“光線”來(lái)描述光的行為，遠(yuǎn)離學(xué)生生活，又缺乏由實(shí)際光束到抽象光線的抽象過(guò)程，學(xué)生很難理解.

物理通報(bào)九義教材改用實(shí)際光束描述光的行為，對(duì)教材的重點(diǎn)內(nèi)容——平面鏡成像、凸透鏡成像等——都是用“光束”來(lái)描述的，并為以后在此基礎(chǔ)上抽象出“光線”，以及用“光線”來(lái)進(jìn)行描述預(yù)留下了“接口”.

用折紙條模擬平面鏡對(duì)光(不是光線)的作用，以平面鏡對(duì)光的作用為依據(jù)，講述平面鏡成像；用煙霧實(shí)驗(yàn)研究透鏡對(duì)光(不是光線)的作用，以凸透鏡對(duì)光的作用為依據(jù)，講述凸透鏡成像，形成兩條知識(shí)鏈(圖1)：

圖1

2.3 實(shí)驗(yàn)制作探究

上述“折紙條模擬”和“煙霧實(shí)驗(yàn)”均屬首創(chuàng)，此外，還拋棄了用同樣的兩個(gè)三棱鏡，相互倒置且貼近的“色光復(fù)合”的虛假實(shí)驗(yàn)，而以?xún)蓚€(gè)頂角不同的三棱鏡代替.其他課堂演示實(shí)驗(yàn)，邊講邊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，都經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，從身邊取材，貼近生活，而且在寫(xiě)入教材之前都經(jīng)過(guò)實(shí)地反復(fù)實(shí)驗(yàn)(其他各章節(jié)也都如此).

在這一章中設(shè)計(jì)了系列小制作“小孔成像相機(jī)-凸透鏡相機(jī)-幻燈機(jī)”；安排了一個(gè)“用眼睛直接看實(shí)像”的探究活動(dòng).

3 重新構(gòu)思“壓力壓強(qiáng)”的講述消除長(zhǎng)期以來(lái)教材的缺陷

在初中物理教科書(shū)中對(duì)液體壓強(qiáng)的“重力解釋”，帕斯卡定律中的“密閉”以及“外加壓強(qiáng)”的含義，還有“浮力”的起源與界定，一直(直到今天)存在片面、模糊的不當(dāng)表述.物理通報(bào)九義教材對(duì)此進(jìn)行了全面梳理.

3.1 重新定義“壓力”“壓強(qiáng)”

“壓力”定義為 “由于物體間的擠壓而垂直作用在接觸面上的力(比傳統(tǒng)表述多了‘?dāng)D壓’二字)”，使之與前面力的作用效果——形變、改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)——聯(lián)系起來(lái)，也為后面講“壓強(qiáng)”埋下伏筆.舉出了籃球撞擊籃板產(chǎn)生壓力的典型實(shí)例，避免了傳統(tǒng)教材舉例不當(dāng)造成“壓力是由重量產(chǎn)生的，甚至壓力就是重量”的誤解.

壓強(qiáng)的定義仍可以表述為 “物體單位面積上受到的壓力”，但要強(qiáng)調(diào)這是一個(gè)與物體“擠壓程度”相關(guān)聯(lián)的物理量.

3.2 改變了引入“壓強(qiáng)”的實(shí)驗(yàn)

刪除了“小桌-砂子”實(shí)驗(yàn)，代之以“酒瓶-軟泡沫塑料”實(shí)驗(yàn)，用來(lái)引入壓強(qiáng)概念.因?yàn)椤靶∽?砂子”實(shí)驗(yàn)的“砂子”構(gòu)不成連續(xù)的“物體”，“壓痕”也不是“彈性形變”，這是一個(gè)不恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn).而“酒瓶(空的，或灌水的)-軟泡沫塑料”實(shí)驗(yàn)可以很好地與“壓力”、“壓強(qiáng)”概念吻合.

3.3 凸顯液體(包括氣體)壓強(qiáng)的彈性擠壓解釋

液體(包括氣體)壓強(qiáng)的產(chǎn)生，重力的作用僅僅是一個(gè)方面，表面外力也是一方面.物理通報(bào)九義教材用一定的篇幅，圖文并茂地展示了：裝在容器中的液體由于受重力，還有表面上的大氣壓力，使液體內(nèi)部發(fā)生擠壓，也使液體與容器的底、壁發(fā)生擠壓因而產(chǎn)生壓力、壓強(qiáng)；密封在注射器針管里的液體，在用力推活塞時(shí)，作用于液體表面上的外力使液體發(fā)生擠壓因而產(chǎn)生壓力、壓強(qiáng)；大氣因受重力作用被束縛在地球周?chē)?，而使其?nèi)部發(fā)生擠壓，也使其與地面及浸沒(méi)在其中的一切物體發(fā)生擠壓產(chǎn)生壓力、壓強(qiáng)；玩具氣球內(nèi)的氣體由于受到橡皮膜的束縛作用，使其內(nèi)部發(fā)生擠壓，也使其與橡皮膜壁發(fā)生擠壓，因而產(chǎn)生壓力、壓強(qiáng).

3.4 液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)的描述與計(jì)算公式的推導(dǎo)

物理通報(bào)九義教材對(duì)液體內(nèi)部壓強(qiáng)突出強(qiáng)調(diào)了隨著深度的增加而增大是重力作用的結(jié)果.對(duì)液體壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)有兩個(gè)特點(diǎn)：一是放棄了虛無(wú)的“液片”分析法，以分析實(shí)際的液柱代之，而且根據(jù)靜止?fàn)顟B(tài)的前提條件，應(yīng)用二力平衡推導(dǎo)出公式p=ρgh；二是強(qiáng)調(diào)這個(gè)公式計(jì)算的僅僅是由于重力的作用產(chǎn)生的壓強(qiáng)，推導(dǎo)這一公式時(shí)強(qiáng)調(diào)了液體表面壓強(qiáng)設(shè)為零的條件，這一節(jié)的標(biāo)題定為“計(jì)算液體因重力作用產(chǎn)生的壓強(qiáng)”.

實(shí)際情況是液體表面常常受有大氣壓強(qiáng)．液柱在豎直方向是在三個(gè)力作用下的平衡，液體中任一高度差為h12的兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差為p2-p1=ρgh12.這是長(zhǎng)期以來(lái)在初、高中物理教材中缺失的壓強(qiáng)差公式.但是考慮到我國(guó)的實(shí)際情況，統(tǒng)一考試等等，貿(mào)然在教材正文中增加上述內(nèi)容會(huì)造成麻煩，故而在第七章第四節(jié)“計(jì)算液體因重力作用產(chǎn)生的壓強(qiáng)”后面，安排了一個(gè)課外探究課題——全面(包括表面力和重力作用)探討液體內(nèi)部壓強(qiáng).

4 理清浮力的本質(zhì)與浮力產(chǎn)生的原因

在我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)教科書(shū)中雖有浮力產(chǎn)生原因的標(biāo)題，其內(nèi)容則講的是物體在液體中受到向上的壓力比向下的壓力大，即存在向上向下的壓力差．給人的印象這就是浮力產(chǎn)生的原因，其實(shí)壓力差就是浮力，這是浮力的實(shí)質(zhì)，并不是浮力產(chǎn)生的原因．

物理通報(bào)九義教材對(duì)此進(jìn)行了澄清：浮力即向上向下壓力差是由液體壓強(qiáng)豎直分布不均造成的，這完全是重力作用的結(jié)果．所以說(shuō)浮力產(chǎn)生的根本原因是重力的作用．

5 密度知識(shí)的編寫(xiě)貼近生活 降低了教學(xué)難度

物理通報(bào)九義教材改變了認(rèn)為“密度”抽象、超越學(xué)生生活的認(rèn)識(shí).從一個(gè)盡人皆知的“是鐵重還是木頭重？”思辨問(wèn)題開(kāi)始，娓娓道來(lái)，激發(fā)起在學(xué)生的意識(shí)中業(yè)已存在的與密度相關(guān)聯(lián)的日常生活觀念，生動(dòng)有趣而且大大降低了教與學(xué)的難度.

6 在簡(jiǎn)單機(jī)械部分強(qiáng)化了力臂概念的形成過(guò)程

“力臂”概念是簡(jiǎn)單機(jī)械部分的關(guān)鍵知識(shí)，然而，傳統(tǒng)教材的表述過(guò)于武斷，沒(méi)有形成過(guò)程，因而也就成了教學(xué)難點(diǎn).

物理通報(bào)九義教材強(qiáng)化了力臂概念的形成過(guò)程，先通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，“作用在杠桿上的力，其效果與力的作用點(diǎn)的位置有關(guān).”再通過(guò)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，“作用在杠桿上的力，其效果還與力的作用方向有關(guān).”然后總結(jié)道：“通過(guò)以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可知，使杠桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的效果不僅與阻力和動(dòng)力的大小有關(guān)，還與力的作用點(diǎn)的位置和力的作用方向有關(guān)．看來(lái)有些復(fù)雜.下面我們引入力臂可使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單一些.”

然后結(jié)合圖示對(duì)力臂給出仔細(xì)的描述：“通過(guò)力的作用點(diǎn)沿力的作用方向的直線叫做力的作用線.從支點(diǎn)到力的作用線的距離叫做力臂．如圖所示，從支點(diǎn)O到動(dòng)力F1的作用線的距離L1叫做動(dòng)力臂；從支點(diǎn)O到阻力F2的作用線的距離L2叫做阻力臂.

不難看出，力臂的大小是由力的作用點(diǎn)的位置和力的作用方向這兩個(gè)因素共同決定的，所以，作用在杠桿上的力產(chǎn)生的作用效果可以概括為不僅與力的大小有關(guān)，還與力的力臂有關(guān)，從而使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化.”如此強(qiáng)化力臂概念的形成過(guò)程，消除教學(xué)難點(diǎn)，是直到今天其他教材所沒(méi)有的.

7 熱學(xué)部分分散了難點(diǎn) 創(chuàng)新了引入比熱容的實(shí)驗(yàn)

7.1 難點(diǎn)分散

“熱量概念”和“熱量計(jì)算(包括比熱容概念)”在初中物理教學(xué)中都是難點(diǎn).以往教科書(shū)都是將此二者編排在一個(gè)章節(jié)中，形成難點(diǎn)集中.物理通報(bào)九義教材改變了這種情況，將“熱量概念”放在了第二章“分子動(dòng)理論 內(nèi)能”中，其中第一節(jié)為“分子動(dòng)理論”；第二節(jié)為“內(nèi)能”；第三節(jié)為“熱量”，并定義熱量為“熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度”.將“熱量計(jì)算(包括比熱容概念)”編入第四章“比熱容”.第四章分為三節(jié)：一“比熱容”；二“物體溫度變化時(shí)吸收或放出的熱量”；還有一節(jié)選學(xué)，*三“熱平衡”,其中給出了對(duì)“熱平衡”的描述，包括“溫度差的存在是熱傳遞的條件；在達(dá)到熱平衡的過(guò)程中溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體吸收的熱量(熱平衡方程式)，等必不可少的知識(shí).”

7.2 對(duì)“引入比熱容的實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新

引入比熱容的實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的做法是用酒精燈給煤油和水加熱.這個(gè)實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)問(wèn)題,一是兩個(gè)同樣火焰的酒精燈不易實(shí)現(xiàn)；二是需時(shí)幾分鐘，在課堂上顯得耗費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng).

物理通報(bào)九義教材改用電加熱器(熱得快)做熱源,從液體內(nèi)部進(jìn)行加熱,熱損失小,效率高,且發(fā)熱量是由電流做功決定的,易于控制.經(jīng)計(jì)算,一個(gè)300 W的電加熱器,只要30 s就能放出9 000 J的熱量,足以使200 g水溫度升高10 ℃,200 g煤油溫度升高20 ℃.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算出乎意料地一致.這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法不但解決了上述兩個(gè)問(wèn)題,而且可做定量討論.實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間只要20 s就夠了,且重復(fù)性極好.這個(gè)實(shí)驗(yàn)編入了1987年由《物理通報(bào)》雜志社出版的《初中物理試驗(yàn)課本》，后來(lái)還被人教社等其他教材所采用.

8 練習(xí)題沖擊思想絕對(duì)化

長(zhǎng)久以來(lái)教學(xué)中形成了一些絕對(duì)化的說(shuō)法，比如說(shuō)：“天平只能用來(lái)測(cè)質(zhì)量而不能用來(lái)測(cè)力”，“彈簧測(cè)力計(jì)只能用來(lái)測(cè)力而不能用來(lái)測(cè)質(zhì)量”.針對(duì)這種思想絕對(duì)化，物理通報(bào)九義教材在“歐姆定律”這一章的第二節(jié)“歐姆定律的應(yīng)用”后邊的練習(xí)題中編入了一道選擇題，如下：

判斷下列說(shuō)法中正確的是

A.通過(guò)電流相等的兩個(gè)不同的定值電阻，其阻值與兩端的電壓成正比

B.兩端電壓相等的兩個(gè)不同的定值電阻，其阻值與通過(guò)的電流成反比

C.對(duì)于一個(gè)確定的定值電阻來(lái)說(shuō)，其阻值與其兩端的電壓，以及通過(guò)的電流無(wú)關(guān)

D.在任何情況下也不能說(shuō)電阻與電壓成正比，與電流成反比

流行的說(shuō)法認(rèn)為正確的只有選項(xiàng)D.在各種考試中經(jīng)常出現(xiàn).事實(shí)上在四個(gè)選項(xiàng)中D的說(shuō)法不顧條件，認(rèn)為“在任何情況下也不能說(shuō)電阻與電壓成正比，與電流成反比”是錯(cuò)誤的；選項(xiàng)C是對(duì)的，只有在“對(duì)于一個(gè)確定的定值電阻”來(lái)說(shuō)，“其阻值與其兩端的電壓，以及通過(guò)的電流無(wú)關(guān)”，也就是“不能說(shuō)電阻與電壓成正比，與電流成反比”，因而，其余兩個(gè)選項(xiàng)B和C都是正確的.

9 電功和電功率知識(shí)邏輯順序的安排與表述的更新

在初中物理中這是最為活躍的知識(shí)，與前期知識(shí)聯(lián)系多，計(jì)算公式紛繁，往往使學(xué)生產(chǎn)生亂象而難于駕馭.另一方面這一部分知識(shí)的“結(jié)構(gòu)邏輯”與學(xué)生的“認(rèn)知邏輯”之間有些矛盾，主要表現(xiàn)在“電功和電功率”從概念上講應(yīng)先講“電功”后講“電功率”，但是從實(shí)際測(cè)量來(lái)講，則是“電功率”的測(cè)量比“電功”的測(cè)量更具體簡(jiǎn)單，易于為學(xué)生所接受.

所以，準(zhǔn)確適當(dāng)?shù)乇硎雠c理清邏輯關(guān)系至關(guān)重要.物理通報(bào)九義教材在這一章采用了“概念與測(cè)量(包括計(jì)算)分層處理”的安排.

第一節(jié)“電功和電功率”.先給出“電功”的一般概念——電流所做的功，并給出電功的單位——“焦耳”和“千瓦時(shí)”，以及電能表.緊接著給出“電功率”的概念及其單位，以及“額定電壓”和“額定功率”的概念.第二節(jié)“電功率的測(cè)量與計(jì)算”.第三節(jié)“實(shí)驗(yàn)：測(cè)定小燈泡的電功率”.第四節(jié)“電功的計(jì)算與測(cè)量”.第五節(jié)“焦耳定律”.

10 家庭電路和安全用電

嚴(yán)格來(lái)講這部分知識(shí)屬于技術(shù)，但是又與物理緊密相關(guān)，特別是在現(xiàn)代生活中隨時(shí)隨地可見(jiàn)，在基礎(chǔ)物理課中講述這些知識(shí)也是合理的.因?yàn)榧夹g(shù)與物理存在差異，處理方法不盡相同，在當(dāng)前的初中物理教科書(shū)中不符合技術(shù)實(shí)際的論述并不少見(jiàn).物理通報(bào)九義教材消除了這些弊端，使這部分知識(shí)面目一新.

10.1 電能表

在“電能表”部分，明確了“基本電流Ib”、“最大額定電流Imax”和“儀表常數(shù)”，并說(shuō)明“家庭電路的工作電流不得低于0.5%Ib，低于此值計(jì)量誤差會(huì)很大，甚至不能啟動(dòng)；也不應(yīng)超過(guò)1.2Imax，否則，電能表將產(chǎn)生較大誤差，甚至?xí)p壞；最好在0.5Ib與Imax之間”.此外在這一節(jié)還安排了課外探究活動(dòng)——用電能表測(cè)家用電器功率.

10.2 住宅配電線路

根據(jù)現(xiàn)代生活的變化，在這一部分介紹了“多回路配電線路”、“空氣開(kāi)關(guān)和漏電保護(hù)器”，還安排了一篇課外閱讀——空氣開(kāi)關(guān)工作原理和漏電保護(hù)器簡(jiǎn)介.

10.3 安全電壓與接地保護(hù)

安全電壓和接地保護(hù)問(wèn)題一直比較混亂，物理通報(bào)九義教材根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這一問(wèn)題做了梳理.明確了“50 V為安全電壓限值，這是一般情況，在浴室中，安全電壓限值則只有15 V.安全電壓值與環(huán)境條件有很大關(guān)系.我國(guó)規(guī)定了適用于不同環(huán)境條件的安全電壓,其額定值分為五個(gè)等級(jí)：42 V, 36 V, 24 V, 12 V和6 V”.

物理通報(bào)九義教材明確了“采用接地故障保護(hù)措施，當(dāng)發(fā)生用電器金屬外殼與其內(nèi)的相線L連通時(shí)，其故障電流Id將通過(guò)接地保護(hù)線PE，形成回路，從而使熔斷器熔斷，或使斷路器脫扣，消除險(xiǎn)情”.此外還安排了一篇閱讀材料——安全電壓國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

筆者是物理通報(bào)九義教材主要編者之一，為教材的改革付出了一些心血，在知識(shí)內(nèi)容方面進(jìn)行了一系列的改革和創(chuàng)新，直至今天仍有現(xiàn)實(shí)意義.改革中學(xué)物理教材是改革開(kāi)放以來(lái)《物理通報(bào)》對(duì)我國(guó)物理教學(xué)的一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)，借此《物理通報(bào)》30周年之際，向讀者作此扼要介紹，不當(dāng)之處還望指正.