畢++亮

摘 要

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中，“課標(biāo)”修訂后，我國(guó)將使用新版高中物理教材。若再不指出人教版高中物理必修教材中存在的一些瑕疵，部分瑕疵可能會(huì)延續(xù)到新版教材中。為此，特別撰寫此文，以期為新教材的編寫提供一些建議。

簽于有的瑕疵歷史悠久，因此，在商榷具體問題之前，先簡(jiǎn)要介紹一下人民教育出版社曾出版過的物理教材。據(jù)人教社教材建設(shè)史記載，在2004年之前，人教社一共出版過十套物理教材。第四套在文化大革命開始時(shí)夭折，第七套是義務(wù)教育課本，第九套只在少數(shù)重點(diǎn)高中試用[1]。在核對(duì)教材中的小瑕疵是否長(zhǎng)期存在時(shí)，這三套教材將剔除在外。

一、加速度的數(shù)據(jù)須要修正

現(xiàn)行的必修1[2]第一章第5節(jié)，即“速度變化快慢的描述——加速度”這一節(jié)，在引入加速度概念時(shí)展示了一個(gè)思考與討論：“普通小型轎車和旅客列車，速度都能達(dá)到100km/h。但是，它們起步后達(dá)到這樣的速度所需的時(shí)間是不一樣的。例如一輛小汽車起步時(shí)在20s內(nèi)速度達(dá)到了100km/h，而一列火車達(dá)到這個(gè)速度大約要用500s。誰(shuí)的加速度比較快？它們的速度平均1s各增加多少？”通過計(jì)算可以求出，小汽車的加速度約為1.39m/s2，旅客列車（火車）的加速度約為0.06m/s2。

教材在這一節(jié)的課文中列出了一個(gè)表格，如表1所示所示：

由表1可知，汽車起步的加速度約為2m/s2，旅客列車起步的加速度約為0.35m/s2。對(duì)比課文中的前后兩種數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)小汽車的加速度1.39m/s2不能約等于2m/s2；旅客列車（火車）的加速度0.06m/s2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.35m/s2。

表1也曾出現(xiàn)在第八套教材[3]和第十套教材[4]中。只不過有細(xì)微差別，在第八套教材中，上表的“起步”一詞為“加速”，“約”一字為“可達(dá)”，“可達(dá)”這個(gè)詞我們可解讀為最大加速度。在第十套教材中，上表中的“起步”一詞依舊為“加速”，但是沒有“約”這個(gè)字或“可達(dá)”這個(gè)詞。

一位同行曾對(duì)汽車、無(wú)軌電車、旅客列車起步的加速度進(jìn)行了實(shí)測(cè)，表1中的數(shù)據(jù)與他測(cè)出的數(shù)據(jù)出入非常大。據(jù)此，他認(rèn)為表1中的數(shù)據(jù)是偽造的。這些數(shù)據(jù)到底是不是偽造的，我們不能輕易下結(jié)論。但是，從現(xiàn)行教材中，小汽車和旅客列車（火車）起步加速度的前后數(shù)據(jù)存在很大差異來看，上表中的數(shù)據(jù)擺脫不了偽造的嫌疑。此外，表1中的數(shù)據(jù)最早出自90年代的課本，20多年過去，像汽車、電車、列車等這樣的交通工具，性能沒有得到提升嗎？起步時(shí)的加速度依舊沒變嗎？還有，不同品牌（或者不同型號(hào)）的同一種交通工具，起步時(shí)加速度的大小難道也都沒有差異嗎？即便是同一廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)的交通工具，在路面狀況、所載質(zhì)量（或人數(shù)）、老化程度等等各種因素都不相同時(shí)，加速度的大小也沒有差別嗎？

可以說，表1中的數(shù)據(jù)只能讓學(xué)生對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)物體速度改變快慢不同，以及哪種物體速度改變更快有一個(gè)直觀的感受。而數(shù)據(jù)的科學(xué)性、真實(shí)性、可靠性，是難以讓人信服的。物理是一門科學(xué)，編者應(yīng)該求真務(wù)實(shí)。建議編者在編寫新教材時(shí)，咨詢一些行業(yè)專家或生產(chǎn)廠家，將課文內(nèi)的“思考與討論”中和表格中的交通工具加上品牌名稱和型號(hào)，加速度的數(shù)據(jù)也作相應(yīng)修訂，并且將表格中的“約”改為“可達(dá)”（畢竟各種機(jī)械、機(jī)器在使用過程中由于損耗等各種因素影響，實(shí)際性能要比出廠時(shí)的性能差）。

二、力的表達(dá)須要完善

現(xiàn)行的必修1在第三章第1節(jié)，即“重力基本相互作用”這一節(jié)，講到“力和力的圖示”時(shí)寫道：“力是矢量，它不但有大小，而且有方向。力的方向不同，它的作用效果不一樣。作用在運(yùn)動(dòng)物體上的力，如果方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，將加快物體的運(yùn)動(dòng)；如果方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，將阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。可見要把一個(gè)力完全表達(dá)出來，除了力的大小外，還要指明力的方向?！?/p>

教材接著寫道：“可以用帶箭頭的線段表示力。線段是按一定比例畫出的，它的長(zhǎng)度表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點(diǎn)，線段所在的直線叫做力的作用線。這種表示力的方法，叫做力的圖示。有時(shí)只需畫出力的示意圖，即只需畫出力的作用點(diǎn)和方向，表示物體在這個(gè)方向上受到了力?！?/p>

上面劃波浪線這一句話是不全面的，甚至可以說是錯(cuò)誤的。首先，一般的矢量，只有大小和方向，但是力矢量與一般的矢量不同，它還包含力的作用點(diǎn)——指明了力施加在物體的哪個(gè)部位。因此，要完全表達(dá)一個(gè)力，必須同時(shí)指明力的大小、方向、作用點(diǎn)，三個(gè)要素缺一不可。其次，即便把劃波浪線這句話當(dāng)作是正確的，它也有邏輯缺陷。既然教材說指明力的大小和方向就可以完全表達(dá)一個(gè)力，為何在講解如何表達(dá)一個(gè)力時(shí)（用有向線段表示），又說要用箭頭或箭尾表示力的作用點(diǎn)呢？這在邏輯上造成前后矛盾。

劃波浪線的這句話，在第五套[5]、第六套[6]、第八套、第十套教科書中也曾出現(xiàn)，可謂歷史悠久。實(shí)際上，學(xué)生在初中已經(jīng)知道力有三個(gè)要素，三個(gè)要素都會(huì)影響力的作用效果，并且也會(huì)畫力的示意圖，只是沒有學(xué)過力的圖示。建議教材編者在編寫新教材時(shí)，將含有波浪線的那一整段文字修改為：“力是矢量，它與其他的矢量不同，它不但有大小、方向、還有作用點(diǎn)。因此，要完全表達(dá)一個(gè)力，必須指明力的大小、方向、作用點(diǎn)。”這樣修改后，不僅變得非常嚴(yán)謹(jǐn)，而且與下一段文字銜接較好，且不存在邏輯沖突。

三、物理現(xiàn)象描述需要嚴(yán)謹(jǐn)

現(xiàn)行的必修1在第三章第1節(jié)還存在另一個(gè)錯(cuò)誤。教材在講“重力”時(shí)提到：“自然界的各種物體之間存在著多種相互作用。例如，空中的物體落向地面，是因?yàn)榈厍蚺c物體之間存在著相互吸引的作用。盡管地球不停地自轉(zhuǎn)，但海水不會(huì)灑向太空，也是因?yàn)榈厍蚺c海水之間存在著相互吸引的作用?！?/p>

首先，劃了波浪線的這一句話明顯是錯(cuò)誤的。教材在這一篇課文的后半部分明確介紹，自然界中只有四種相互作用：萬(wàn)有引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。難不成相距一米遠(yuǎn)的兩顆蘋果之間，除了微乎其微的萬(wàn)有引力之外，還存在著電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用中的一種或兩種抑或三種？

其次，即便認(rèn)為劃波浪線的這句話是正確的，波浪線與下劃線對(duì)應(yīng)的這兩句話之間也存在邏輯謬誤。這里犯了跑題謬誤。前一部分說各種物體之間存在多種相互作用，后一部分舉出的兩個(gè)例子，談的都是同一種相互作用。后面的兩個(gè)例子作為前提，僅僅支持“自然界的各種物體之間都存在相互吸引的作用”這一結(jié)論，并不支持“自然界的各種物體之間存在著多種相互作用”這個(gè)被前置的結(jié)論。

建議教材編者在編寫新教材時(shí)將波浪線這句話改為：“自然界的各種物體之間存在著相互吸引的作用?！边@樣，舉出的例子就不與結(jié)論矛盾，且后面接著講“由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力”也成為順理成章的事情。

四、插圖注釋要準(zhǔn)確

現(xiàn)行的必修1第四章第2節(jié)，即“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這一節(jié)。課文中的實(shí)驗(yàn)參考案例一中的插圖存在一個(gè)錯(cuò)誤。教材插圖如圖1和圖2所示：

圖1真的是側(cè)視圖嗎？在做出判斷之前，筆者先對(duì)三視圖（人教版《初中數(shù)學(xué)九年級(jí)下冊(cè)》就曾講過三視圖）做一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。三視圖是觀測(cè)者從上面、左面、正面三個(gè)不同角度觀察同一個(gè)物體（幾何體）而畫出的圖形。由物體的上面向下投影所得的視圖稱為俯視圖，由物體的前面向后投影所得的視圖稱為主視圖（也叫正視圖），由物體的左面向右投影所得的視圖稱為左視圖（也叫側(cè)視圖）。三視圖的投影規(guī)則是：主視圖與俯視圖長(zhǎng)對(duì)正，主視圖與左視圖高平齊，俯視圖與左視圖寬相等（幾何體有長(zhǎng)、寬、高）。

現(xiàn)在我們可以來判斷圖1到底是不是側(cè)試圖了。如果單獨(dú)給出圖1，我們可以叫主視圖，也可以叫側(cè)視圖——因?yàn)檫@種情況下，觀測(cè)者是從哪一個(gè)位置觀測(cè)，我們是無(wú)法知道的。好在有一個(gè)圖2，圖2是俯視圖，這是毫無(wú)爭(zhēng)議的。圖2與圖1的長(zhǎng)度是相等的，跟據(jù)投影規(guī)則“長(zhǎng)對(duì)正”，既然圖2是俯視圖，那圖1肯定是主視圖。顯然，教材把圖1稱為側(cè)視圖是錯(cuò)誤的。

建議教材編者在編寫新教材時(shí)將圖1原圖中的“側(cè)視圖”改為“主視圖”，并在圖1中畫上黑板擦，同時(shí)在圖2中加入“俯視圖”字樣。

五、線速度是矢量須要明確

現(xiàn)行的必修2[7]第六章第1節(jié)，即“行星的運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)。在課文快結(jié)束時(shí)，教材寫道：“行星的軌道十分接近圓，在中學(xué)階段的研究中我們按圓軌道處理。這樣就可以說……對(duì)于某一行星來說，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或）線速度不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)……”

上一段引用的文字中劃波浪線的文字“線速度不變”是錯(cuò)誤的。這應(yīng)該是編者的筆誤，因?yàn)檫@個(gè)錯(cuò)誤太明顯了。教材早在第五章第4節(jié)“圓周運(yùn)動(dòng)”中明確講到：“線速度是矢量……如果物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)，并且線速度的大小處處相等，這種運(yùn)動(dòng)叫做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該注意的是，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度方向是在時(shí)刻變化的，因此它仍是一種變速運(yùn)動(dòng)，這里的‘勻速是指速率不變。”

建議教材編者在編寫新教材時(shí)將波浪線對(duì)應(yīng)的文字“線速度”改為“線速度大小”。

六、重力勢(shì)能的描述須要更正

現(xiàn)行的必修2第七章第4節(jié)，即“重力勢(shì)能”這一節(jié)。教材課文的開篇提到：“這一節(jié)，我們定量地研究重力勢(shì)能，為此首先要確定重力勢(shì)能的表達(dá)式。正如前述，物體由于被舉高而具有重力勢(shì)能，它的質(zhì)量越大、所處的位置越高，重力勢(shì)能就越大?！?/p>

上一段引用的文字中有2處錯(cuò)誤，分別是劃波浪線的部分和下劃線的部分。第1個(gè)錯(cuò)誤：“正如前述”，這說明教材在這一節(jié)課文之前，已經(jīng)提到過“正如前述”四個(gè)字后面的這一句話。然而翻遍這一節(jié)課文之前的教材，找不到任何字段曾提過這一句話或相似表述。第2個(gè)錯(cuò)誤：下劃線對(duì)應(yīng)的這句話是錯(cuò)誤的。這句話與初中老教材中重力勢(shì)能的定性定義相同[8]。早前曾有學(xué)者從邏輯上對(duì)初中教材中的“重力勢(shì)能”的定性定義提出質(zhì)疑：什么叫被舉高？按通常的理解，放置于地面的物體沒有“被舉高”，難道放置于地面的物體沒有重力勢(shì)能嗎？初中教材的編者也認(rèn)為初中教材的表述確實(shí)有問題，現(xiàn)行的初中教材已經(jīng)將重力勢(shì)能的定性定義修改為：“物體由于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的能，叫做重力勢(shì)能。”[9]人教版高中必修教材的多個(gè)編者同時(shí)也是人教版初中教材的編者。他們對(duì)這個(gè)事情應(yīng)該比我們大家都清楚。

建議教材編者在編寫新教材時(shí)將波浪線對(duì)應(yīng)的文字改為“初中時(shí)我們已經(jīng)知道”，將下劃線對(duì)應(yīng)的文字改為“物體由于受到重力并處在一定高度而具有重力勢(shì)能”。

七、重力勢(shì)能表述應(yīng)準(zhǔn)確

現(xiàn)行的必修2第七章第4節(jié)還存在一個(gè)問題。教材在引入重力勢(shì)能的定量定義之前先講重力做的功。

設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從高度是h1的A位置運(yùn)動(dòng)到高度為h2的B位置。第一次豎直向下運(yùn)動(dòng)，如圖3，重力做功WG=mgh=mgh1-mgh2；第二次沿斜線向下運(yùn)動(dòng)，如圖4，重力做功：WG=mgcos？茲·l=mgh1-mgh2；第三次沿任意路徑向下運(yùn)動(dòng)如圖5，將路徑分成許多小段，AA1，A1A2，A2A3，…，每小段都可看作斜線，設(shè)其對(duì)應(yīng)的高度差為△h1，△h2，△h3，…，物體通過每段斜線重力做功分別為mg△h1，mg△h2，mg△h3…，物體通過整個(gè)路徑，重力做功：

WG=mg△h1+mg△h2+mg△h3+…

=mg（△h1+△h2+△h3+…）

=mgh

=mgh1-mgh2

分析表明，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，功的大小等于物重跟起點(diǎn)高度的乘積mgh1與物重跟終點(diǎn)高度的乘積mgh2兩者之差。

看起來，物體所受的重力mg與它所處的高度h的乘積mgh，是一個(gè)具有特殊意義的物理量……我們把物理量mgh叫做物體的重力勢(shì)能，用Ep表示，即Ep=mgh。此式表明，物體的重力勢(shì)能等于重力與所處高度的乘積。

仔細(xì)分析以上引用的編寫內(nèi)容和插圖，可以發(fā)現(xiàn)存在3個(gè)錯(cuò)誤。第1個(gè)錯(cuò)誤：圖3和圖4中物體的重力示意圖沒有畫正確，因?yàn)橹亓ψ饔命c(diǎn)沒畫在重心上。第2個(gè)錯(cuò)誤：下劃線的部分提到“重力做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)”，查閱語(yǔ)文工具書可知，“只”在此處是僅僅、唯一的意思，表示限于某個(gè)情況或范圍。難道重力做的功只與h1和h2有關(guān)，而與物體的重力mg的大小無(wú)關(guān)嗎？第3個(gè)錯(cuò)誤：波浪線這一段文字之前的編寫內(nèi)容和相關(guān)插圖中的h是h1和h2的高度差，并不是小球所處的高度，然而波浪線對(duì)應(yīng)的這段文字卻把h稱為高度——此處的錯(cuò)誤不容小覷。

有意思的是，幾乎完全相同的編寫內(nèi)容也曾呈現(xiàn)在前幾套教材中。第五套教材沒有出現(xiàn)第1但出現(xiàn)了第2、第3個(gè)錯(cuò)誤。第六套教材只出現(xiàn)了第2個(gè)錯(cuò)誤。第八套教材改變了以往的編寫思路，直接給出重力勢(shì)能的定義和公式，因此3個(gè)錯(cuò)誤一個(gè)都沒犯。第十套教材不存在第3個(gè)錯(cuò)誤（只用了圖4及相應(yīng)的重力做功的表達(dá)式），但存在第1、第2個(gè)錯(cuò)誤。

建議教材編者在編寫新教材時(shí)將圖3、圖4中物體的重力示意圖的作用點(diǎn)畫在重心上；將下劃線部分中的“只”字刪去；將圖3和圖4及相關(guān)表述中的高度差h改為△h，并將波浪線部分改為：“我們看到WG等于mgh這個(gè)量的變化，看來，mgh是一個(gè)具有特殊意義的物理量……”（此表述是第十套教材的表述）

人教版高中物理必修教材還有部分內(nèi)容可以商榷。限于篇幅關(guān)系，只能就此打住。古語(yǔ)有言：“金無(wú)足赤，人無(wú)完人?！痹偻昝赖娜艘灿惺д`的時(shí)候。筆者指出的這些“小瑕疵”，只是一些小失誤。如果教材執(zhí)筆人員在編寫教材時(shí)再細(xì)致一些，編輯人員和審讀人員更細(xì)心一些，這些小失誤是完全可以避免的。同時(shí)，每一位使用人教版教材的教師，都有義務(wù)對(duì)教材的編寫內(nèi)容提出合理建議，如果各位同仁在發(fā)現(xiàn)教材存在失誤時(shí)，及時(shí)將自己的建議反饋給人民教育出版社，相信教材中的一些小失誤是可以及時(shí)糾正的。

物理是一門科學(xué)，科學(xué)應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。物理教材作為傳遞科學(xué)知識(shí)的載體，不僅要向廣大師生傳遞正確的科學(xué)知識(shí)，還要傳遞嚴(yán)謹(jǐn)、求真的治學(xué)風(fēng)氣。目前，高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中，各版本物理教材所屬的出版社也在廣泛征求意見，編寫新的高中物理教科書。不久，我們大家就可以使用新版的高中物理教材。在此，期待人民教育出版社能編寫出一套更加完美、更受廣大師生喜愛的高中物理新教材。

參考文獻(xiàn)

[1] 課程教材研究所編.新中國(guó)中小學(xué)教材建設(shè)史（1949-2000）研究叢書·物理卷[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2] 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理1必修[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[3] 高級(jí)中學(xué)課本物理第一冊(cè)（必修）[M].第2版.北京：人民教育出版社，1996.

[4] 全日制普通高級(jí)中學(xué)課本（必修）物理第一冊(cè)[M].第2版.北京：人民教育出版社，2006.

[5] 全日制十年制學(xué)校高中課本（試用本）物理上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，1979.

[6] 高級(jí)中學(xué)課本（試用）物理（甲種本）第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，1983.

[7] 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2[M].第3版.北京：人民教育出版社，2010.

[8] 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理九年級(jí)[M].第3版.北京：人民教育出版社，2006.

[9] 義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012.

【責(zé)任編輯 孫曉雯】