（课程与教学论专业论文）中美工科物理教材的对比研究.pdf

摘要 优秀的教材是培养人才的重要条件之一。2 1 世纪的教材建设工程中 涌现出了一批特色鲜明的主流教材，教材市场呈现出百家争鸣的新景象。 随着国际交流的日益广泛，国内教育工作者更加注重借鉴和参考美国工 科物理教材建设的成功经验。本文首先通过对两国教材发展简史的介绍， 以历史的眼光、从学与教的视角审视中美工科物理教材的特色及不足。 然后精心挑选了两套在各自国内流传较广的工科物理教材，从纵向和横 向两方面进行对比研究。纵向分别对马文蔚的教材物理学第二至第五 版以及h a l l i d a y 的教材物理学基础第二、五、六版进行比较，找出 了他们各自的特点，分别总结出两国工科物理教材的发展趋势，并且探 讨了两国发展趋势存在差异的原因；横向将马文蔚的教材物理学第 五版同h a l l i d a y 教材物理学基础第六版的力学部分进行详细对比， 找出了美国教材中值得我国编写教材时的借鉴之处。最后立足于对采用 马文蔚先生的教材的师生进行调查和访谈的结果，提出了我国一般本科 院校教材编写的一些拙见。 关键词：学与教；教材功能：力学知识点；编写建议 a b s t r a c t e x c e l l e n tt e a c h i n gm a t e r i a li so n eo ft h ei m p o r t a n tc o n d i t i o n sf o rt r a i n i n gt a l e n t e d m e n i nt h e21s tc e n t u r y , ab a t c ho fc h a r a c t e r i s t i cm a i n s t r e a mt e a c h i n gm a t e r i a lh a s e m e r g e d n 璩n e ws c e n eo fc o n t e l a t i o no fv a r i o u ss c h o o l so ft h o u g h t sh a sb e e nd i s p l a y e di n t h et e a c h i n gm a t e r i a lm a r k e t p l a c e i n 血ei n c r e a s i n gi n t e r n a t i o n a lc o m m u n i c a t i o n , d o m e s t i c e d u c a t o r sa l ep a y i n gm o r ea t t e n t i o nt or e f e r r i n gt ot h es u c c e s s f u le x p e r i e n c ew h i c hi s a c q u i r e df r o mt h ec o n s t r u c t i o no fa m e r i c a nt e a c h i n gm a t e r i a l a tf i r s t , t h ed e v e l o p i n g h i s t o r yo fc h i n e s ea n da m e r i c a np h y s i c a lt e a c h i n gm a t e r i a lf o re n g i n e e r i n gh a sb e e n i n t r o d u c e d n l ef e a t u r ea n ds h o r t a g ea b o u tt h et e a c h i n gm a t e r i a lh a v eb e e na n a l y z e df r o m t h ep e r s p e c t i v e so fl e a r n i n ga n dt e a c h i n g s e c o n d t w os e r i e sw h i c ha r ep o p u l a ri n r e s p e c t i v eh o m eh a v e b e e ns p e c i a l l ys e l e c t e d t h e yh a v e b e e ns t u d i e df r o mb o t hh o r i z o n t a l a n dv e r t i c a lv i e w s 1 1 1 et e a c h i n gm a t e r i a lp h y s i c s ( f r o mt h e2 t ht o5 t he d i t i o n ) c o m p i l e db y m aw e n w e ia n di t sf e a t u r eh a v eb e e ns t u d i e d i ti st h es a m et ot h et e a c h i n gm a t e r i a l f u n d a m e n t a l so f p h y s i c s ( 2 t h , 5 t h ，6 t he d i t i o n ) c o m p i l e db yh a l l i d a y t h ed e v e l o p i n gt r e n d a n di t sd i f f e r e n c eo ft e a c h i n gm a t e r i a lb o t hc h i n e s ea n da m e r i c a nh a v eb e e na n a l y z e d ，玎1 ef e a t u r ew h i c hi sw o r t hr e f e r r i n gi nt h ea m e r i c a r lt e a c h i n gm a t e r i a lh a sb e e nf o u n db y c o m p a r i n gt h et e a c h i n gm a t e r i a l sb e t w e e np h y s i c s ( 5 t he d i t i o n ) c o m p i l e db ym aw e n w e i a n df u n d a m e n t a l so fp h y s i c s ( 6 t he d i t i o n ) c o m p i l e db yh a l l i d a y a tl a s t b a s e do nt h e r e s u l t so fi n v e s t i g a t i o na n di n t e r v i e w , s o m es u g g e s t i o n sh a v eb e e nm a d ew h i c ha r em a y b e h e l p f u lf o r t h eo r d i n a r yi n s t i t u t e st oc o m p i l et h et e a c h i n gm a t e r i a l k e yw o r d s ：l e a r n i n ga n dt e a c h i n g ；t h ef u n c t i o no ft e a c h i n gm a t e r i a l s ；m e c h a n i c a l k n o w l e d g e - p o i n t ；c o m p i l i n gs u g g e s t i o n s u 湖南科技大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 问题的提出 2 1 世纪，世界各国的教育迅猛发展，尤其在高等教育领域，世界教育改革的帷 幕已经缓缓拉开。随着我国经济的不断发展，越来越多的学生将会受到高等教育，教 育对象在各方面都将有较大的变化。我国目前的教学内容还能适应这种变化吗? 面对 国际和国内的严峻形势，我国高等教育唯一的出路就是进行教学改革，改革的重点在 哪里呢? 北京师大的顾明远先生这样说过“课程教材是教学的核心。教育方针的贯彻， 教育目标的实现，都要依靠课程教材的实施。科学技术的新成果也要通过课程教材传 授给学生。因此课程教材建设就是高等学校教学改革的中心环节。 物理学是科学技术特别是高新技术的重要基础和源泉之一。其知识结构是科学技 术的基本结构，具有很强的再生能力，许多科学技术都是在物理学基础上衍生出来的， 物理学与其他学科的交叉、渗透产生了许多新的学科。目前，我国2 1 个工科大类、 6 9 个专业的4 8 5 门主要课程中与物理学相关的课程共1 0 1 门，它们基本上是物理学 原理与方法的延伸、拓展、“物化”与应用。中国科学院院士中国物理学会理事长冯 端指出：“物理学作为严格的定量的自然科学的带头学科，在科学技术发展中发挥极 其重要的作用，过去是如此，现在是如此，展望将来也是如此。” 2 1 世纪高新科技 的产生和发展在很大程度上依赖于物理学以及与物理学相关的交叉学科的发展，可以 说，2 1 世纪，物理学仍将处于科学技术发展的主导地位。大学物理既是高等学校一 门重要的文化基础课程，又是实施素质教育、培养大学生能力的重要课程，怎样在教 材中体现其基础地位呢? 我国高等学校物理学科经历了5 0 年代初期的全盘“苏化” 和改革开放后的“欧美化 ，尚无系统的适合中国国情和特色的物理教材。 另外，随 着高中物理新课标的实施，高中的教学内容和学生的各方面状况都有了很大的变化， o 顾明远高等学校的教学改革及教育观念的转变北京示范大学学报( 人文社会科学版) l j ，2 0 0 0 , ( 2 ) ：1 3 0 竺王建邦等“大学物理”教学模式改革的研究与实践 j 物理与工程。2 0 0 6 ，1 6 ( 3 ) ：6 2 唧冯端物理学与当代科学技术 j 科学。2 0 0 3 。5 5 ( 6 ) ：5 d 物理课程与相关课程交叉渗透的研究 o l h t t r i j n e t s c h 0 0 1 n u c e z l u c n j x c g ，c a i l 惕c e e n 犯o e d 0 ，d 0 ，w j 0 ，i 、一0 0 ，。，。，0 b f c e b 3 c c b d b b b 2 e 6 c 9 f 8 c d b 8 b 5 c 4 d l d o b e b f d o c ，2 0 0 6 4 5 粤教育部高等学校物理学类专业教学指导分委员会物理学科教育改革研究报告阴中国大学教学，2 0 0 5 , ( 4 ) ：6 湖南科技大学硕士学位论文 目前，我国工科物理教材日渐凸现其不足，例如，同高中物理教材内容分工不明确导 致两者内容重复过多、行文风格不能受到学生的普遍欢迎等等。然而2 0 世纪的美国 之所以能在自身发展过程中表现出强劲的势头并且在国际活动中展现其作为超级大 国的威力，与其高等教育给予的巨大支持分不开。与国内外的许多其他优秀教材相比， 美国大学物理教材确实有其独到之处。它的独到之处具体体现在哪里呢? 又有哪些地 方值得我国编写工科物理教材时借鉴呢? 1 2 研究基础及意义 1 2 1 研究的基础 美国教育的发展是一个奇迹，它用三百多年走过了欧洲国家几千年走过的道路， 这一戏剧化的飞跃吸引了不少人的格外关注。我国很多高校从上个世纪8 0 年代就开 始关注美国的高等教育，关于中美工科物理教材的对比研究的文章也有一些，如合肥 工业大学的林辉等的论文，但他们大多是对两国教材从内容体系、论述方式、插图等 方面进行比较，而没有以历史的眼光从学与教的角度，尤其是从学的视角去仔细对照 两国教材在力学内容上的差异。 笔者在不断学习课程教学论的基本理论的同时，完成了0 4 级电子1 2 班普通物 理学的习题辅导教学任务，以及0 5 级土木和网络两个专业学生的部分力学教学工作 ( 采用的是马文蔚编写的物理学第四版) 。并且在导师的悉心指导下，收集并研 读了很多国内外工科物理教材以及相关文献。本人的导师还承担了2 0 0 6 年度“高等 教育百门精品课程教材建设计划 中的一个子项目马文蔚教材第五版的部分编写 工作。另外，本人所在的物理学院提供了许多与本课题研究的相关资料，更有一批热 爱工科物理教学工作并且具备一定教学经验和能力的优秀教师为本课题研究提供第 一手资料，为本论文的研究奠定了基础。 1 2 2 研究的意义 优秀的教材是培养人才的重要条件，纵观世界各著名学府的发展历程，这些学府 之所以誉满全球皆因其编写了大批被世界各国广泛采用的经典教材，从而培养了一大 批出类拔萃的学者，促进了社会的不断进步。另外，一本好的教材可以影响一代人甚 。王定华走进美国教育【嗍北京：人民教育出版社，2 0 0 4 , 9 ：1 6 2 黼科揿学硕士学位敝 至是几代人，著名物理学家杨振宁多次提到他到现在还经常参考王竹溪先生编写的 热力学。 随着信息化时代的到来，全球化的趋势不可逆转，任何一个国家教育的发展都不 可能在封闭的条件下进行。2 0 0 6 年6 月6 日，美国权威的教育思想库亚洲协会公布 了一份报告，标题为全球化时代的数学和科学教育美国能向中国学习什么， 作为当今世界的唯一超级大国，美国除了积极的进行教材研究以外，也在不断的借鉴 他国的经验。它山之石，可以攻玉，因此，分析和借鉴他国( 尤其像美国这样高度发 达的国家) 的成功经验能更好的为本国教育的发展服务。 据有关统计，我国的普通高校约1 7 9 7 所，其中“2 1 1 工程国家重点建设的大学 1 0 7 所，一般本科院校7 7 9 所，专科院校9 1 1 所。 一般本科院校占的比例约为4 3 4 ， 远远大于重点大学的比例。事实上，大部分工科物理教材都是由著名专家学者编写的， 他们接触到的学生都是层次相对高，基础较好的重点大学的学生，他们编写出来的教 材用于一般本科院校则在某种意义上缺乏针对性。因此，针对一般本科院校学生的情 况编写相关的教材有重大的实际意义。 1 3 论文研究的主要内容 首先分析了本课题的研究背景叫工科) 物理学的地位和世界范围内的教学改 革形势，指出了本课题研究的意义以及相关教育基本理论，介绍了中美工科物理教材 的概况，从纵向和横向两个维度详细地对比研究中美工科物理教材，找出美国教材中 值得我国编写教材时借鉴之处以及我国教材中值得继承和发扬的特色之处，立足于对 采用过马文蔚教材教、学的师生的问卷调查和访谈结果，提出编写一般本科院校教材 的建议，为使2 l 世纪工科物理教材的编写更加有利于教师的教和学生的学而贡献自 己的微薄力量。 。担心数理化教学落伍美国教育向中国”取经“【o l 】h t t p ：1 w w w c h i n a o r g c n c h i n e s e p h o t o 1 2 4 2 1 5 4 h t m , 2 l x ) 6 , 6 , 1 8 。翟春城科学填报高考志愿技巧解读【o l 】h t t p ：w w w h b g z c o m c r d j y d t _ p l a y a s p ? j y d t _ i d = 1 6 5 ，2 0 0 6 , 5 , 2 2 湖南科技大学硕士学位论文 第二章本论文所运用的教育基本理论 教材是组成教学过程的4 个基本要素之一。教学过程的基本任务是向学生传授知 识、培养能力和思想品德。根据教学大纲编写的教材是上述3 个方面知识的载体，因 而在教学过程中，教材是教师教学的主要依据，也是学生学习的主要依据。国 2 1 教材编写与设计的理论基础之一一一学与教的理论 教学理论是探讨如何影响人的学习方式，而学习理论正是研究人的学习方式。从 这点看，学习理论是教学理论的基础 。布鲁纳认为教学理论必须考虑到学习与发展 2 个方面，学习理论是描述性的，而教学理论是处方性的和规范性的。所以教学理论 是学习理论的进一步推衍。从理论发展的相对性和相互影响的客观事实来看，教学理 论要阐述学习过程，没有对学习的深刻理解就不可能制定有效的教学策略。对于从事 教学和教材设计与编写工作的广大教师和教材编审人员来讲，两种理论都要研究，教 材既要符合学的规律，也要符合教的规律。 2 1 1 学习理论及其在教材编写中的应用 学习理论是对学习规律和学习条件的系统阐述，主要是研究人的行为特征和认知 心理过程。他是教材设计的理论基础之一，近些年来，学习理论的研究日益受到广大 教育工作者的重视。 由于人们的哲学观点和认识的不同，当代学习理论存在着三大学派，它们分别是 行为主义学派( s c h o o lo f b e h a v i o r i s m ) 、认知学派( s c h o o lo f c o g n i t i o n ) 和联结认知 学派( s c h o o lo f a s s o c i a t i o n - c o g n i t i o n ) 。 随着脑科学的发展，人们对心理认知的研究 逐渐增多，使得认知学派占据了主导地位，为教材的设计提供了更多的科学依据和思 想基础。2 0 世纪6 0 年代美国最有影响的认知学派代表人物布鲁纳( j s s r u n e r ) 接受 并发展了皮亚杰的发生认识论观点，提出以“学科结构”和“认知发现说 为代表的 。范印哲教材设计与编写【m 】| 匕京：高等教育出版社，1 9 9 8 ，5 ：1 。范印哲教材设计与编写【m 】| 匕京：高等教育出版社，1 9 9 8 ，5 ：2 7 。范印哲教材设计与编写嗍北京：高等教育出版社，2 0 0 3 ，7 ：3 7 4 湖南科技大学硕士学位论文 学习理论。其主要内容包括：( 1 ) 学科内容可以结构化。掌握学科的知识结构有助 于更好地理解学科的基本原理，提高学习效率。( 2 ) 知识的掌握，关键在于运用。( 3 ) 语言形式或数量形式是掌握对象的高级阶段。从形成知识的顺序和方式看，至少有三 层阶段：第一层是行为掌握；第二层是图像掌握；第三层是符号掌握，这是以语言形 式或数量形式去掌握对象的高级阶段。( 4 ) 发现式学习( 以下笔者重点介绍) 。 布鲁纳最著名的观点是“任何学科都能够用在智育上是诚实的方式，有效地教给 任何发展阶段的任何儿童”。 所谓“智育上诚实的方式”是指适合于学生认知发展水 平的学科的基本结构、基本概念和基本原理。他认为学习是认知结构的组织与重新组 织，是将有内在逻辑结构的教材与学生原有的认知结构联系起来，新旧知识交互作用， 使新材料在学习者的头脑中获得新意义的过程。据此，他提出了学习的同化原则、结 构原则等，并积极倡导发现式学习，这种学习方式的主要特征有： ( 1 ) 强调学习过程 学习包括三种几乎同时发生的过程，他们分别是：新知识的获得、知识的转换、 对知识的评价。新知识，往往同一个人以前模模糊糊地或清清楚楚地知道的知识相违 背，或者是它的一种替代。至少可以说，是先前知识的重新提炼。? 知识的转换是处 理知识使之适合新任务的过程。我们学习“揭露 或分析知识，把它安排好，使所得 的知识经过外插法( e x t r a p o l a t i o n ) 、内插法( i n t e r p o l a t i o n ) 或变换法( c o n v e r s i o n ) ， 整理成另一种形式。对知识的评价是核对我们处理知识的方法是不是适合于这个任 务。在教学过程中，学生是一个积极的探索者，学习的主要目的不是要记住教师和教 材上所讲的内容，而是要学生积极主动地参与建立该学科知识体系的过程。 ( 2 ) 强调直觉思维 直觉是一种行为，通过这种行为，人们可以不必明显的依靠其分析技巧而掌握问 题或情境的意义、重要性和结构。 直觉思维是对事物整体结构的感知。散乱的信息、 知识不利于直觉思维，而有组织的结构化的信息具有生成作用，使直觉思维容易发生。 o 施良方学习论学习心理学的理论与原理 m 北京：人民教育出版社。1 9 9 9 ，4 ：2 0 0 。邵瑞珍等译布鲁纳教育论著选【m 】北京：人民教育出版社，1 9 8 9 , 1 2 ：4 2 。邵瑞珍等译布鲁纳教育论著选【m 】北京：人民教育出版社，1 9 8 9 ，1 2 ：5 2 o 邵瑞珍等译布鲁纳教育论著选r m 】北京：人民教育出版社，1 9 8 9 ，1 2 ：5 3 o 邵瑞珍等译布鲁纳教育论著选【h 日| 七京：人民教育出版社，1 9 8 9 , 1 2 ：6 1 湖南科技大学硕士学位论文 直觉思维同分析思维不同，它不根据事先规定好的步骤，而是采取跃进、越级和走捷 径的方式来思维。大量事实都表明，直觉思维对科学发现活动极为重要。直觉思维的 本质是映象或图象性的。所以教材应帮助学生形成丰富的想象，让学生自己尝试，边 尝试边想。 ( 3 ) 强调内在动机 布鲁纳认为，在一般条件下，学生学习的动机往往很混乱。有些学生谋求好成绩， 是为了一些外来的动机，如为了得到或避免教师和家长的奖励或惩罚，或为了与同学 竞争。而布鲁纳更重视的是形成学生的内部动机，或把外部动机转化成内部动机。与 其让学生把同学问的竞争作为主要动机，还不如让学生向自己的能力提出挑战。通过 激励学生提高自己才能的欲求，从而提高学习的效率。发现活动有利于激励学生的好 奇心，学生容易受好奇心的驱使，对探究未知的结果表现出兴趣。 ( 4 ) 强调信息提取 布鲁纳对记忆过程持比较激进的观点。他认为，人类记忆的首要问题不是贮存， 而是提取。学生在贮存信息的同时，必须能在没有外来帮助的情况下提取信息。提取 信息的关键在于如何组织信息，知道信息存储在哪里和怎样才能提取。因此，要保持 学科知识结构和学生认知结构的一致性，以保证发生有效的学习。 根据布鲁纳的学习理论，编写教材时要重视对学习者特征的分析，以学习者的原 有认知结构作为教学起点，也即注重教材的定位和衔接问题；重视学习内容分析，充 分考虑学科内容的知识结构和学生认知结构的协调性，以保证学生对新知识的同化和 认知结构的重新构建顺利进行；教材的编排应该有效的帮助学生保持合适的学习速 度，有效地抵制遗忘，并且具有较强的产生新假设和重新组合的能力；特别关注教学 策略的制定、媒体的选择，以保证学习者积极参与，促进有效学习的发生；适应学生 思维能力的发展，明确体现出对大学生思维发展的阶段性特征的适应和促进作用；帮 助学生进行自我评价，使他们体验困惑、矛盾以及探索过程的乐趣。 布鲁纳提出的发现学习法忽视了社会方面对学生的影响，过分地强调学生的发现 学习，以至于混淆了学生发现学习与科学家的科学发现之间的差异。这是其不足之处， 是应用其理论编写教材时要特别注意的地方。 6 湖斛揿颧蝉龇文 2 1 2 教学理论 教学理论是为解决教学问题而研究教学一般规律的科学。其包含的内容繁多，本 文着重介绍布鲁纳的教学理论以及教学理论的发展趋势。 1 、布鲁纳的教学理论 结构论是布鲁纳教学理论的出发点。布鲁纳认为过去的教材只注重知识数量的传 授，旨在适应近代社会文化的多样性，复杂性，结果教材份量日益增加。而在知识 和信息迅猛增长的今天，只注重知识数量的传授已遇到严重的挑战。注重教材质量， 注重素质培养的教学已成为时代的需要。布鲁纳呼吁教材改革，主张采用强调学科的 基本结构和基础概念的教材。他认为学生如果掌握了学科的定义、原理和法则等就更 容易理解该学科的内容，并且更容易让这些内容发生迁移。 结构论为解决“知识爆炸”指明了方向。按现代科学技术发展的规模和速度，人 类知识的总量每十年翻一番，“工程师的业务知识在十年内将会过时约一半。”而学生 在校学习的时间有限，在较短的时间内掌握人类所创造、积累的最有价值的知识世界 是教育工作所要解决的重要课题。布鲁纳提出的学科结构论，把学科的基本概念或原 理作为教材的中心，使得学生学的知识“少而精 ，并能举一反三、触类旁通。 只有把学科本身的内部逻辑、系统性与学生的认知能力、年龄特点等结合起来的 教材，才能使学生既学到学科的基础知识和基本技能，又能发展学生的认知能力，从 而促进其全面发展。 2 、当代教学理论发展的趋势体现在以下几个方面： ( 1 ) 更加注重课程与教材改革的研究，研究如何根据学习规律进行教学和进一 步发挥教师在促进学生全面发展中的作用。 ( 2 ) 在教学中以教师为主导，学生是学习的主体，知识和技能主要是通过学生 亲身参与学习和训练过程而获得的，因此，教师必须充分了解学生的学习需要和学习 规律，以此为依据来设计和编写好教材，设计好学习环境和学习活动，并对他们进行 有效的引导。 布鲁纳著，邵瑞珍译教育过程【m 】北京：文化教育出版社，1 9 8 2 ，3 ：11 o 瞿葆奎教育学文集之课程与教材口咽北京：人民教育出版社，1 9 8 8 ，1 1 3 2 7 。范印哲教材设计与编写【m 】| 匕京：高等教育出版社，2 0 0 3 ，7 ：6 6 7 湖南科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 更重视能力培养和素质教育的研究。随着当代科学技术的飞速发展，教学 的任务不单是知识的传授，更重要的是培养学生的能力、提高信息素养、信息处理能 力和综合素质，培养终生学习的兴趣和能力以及严肃认真的学习态度和科学的学习方 法，使他们能够不断地获取新知识。 ( 4 ) 更重视学习过程的研究。传统教学非常重视教学结果，以学生对知识的掌 握程度作为衡量教学效果的标准。现代教学论认为更重要的是学生在教学过程中的切 身体验，包括他们的认知体验、情感体验和实际操作体验等。正是这些过程性的体验 决定着教学的最终结果。 ( 5 ) 更重视科学技术和文化创新的研究。随着社会发展与变革速度的加快，现 有科学技术和文化的继承已无法保证学校的毕业生能够适应明天社会的要求，所以， 教学必须在科学技术和文化传承功能的基础上肩负起另一个重要功能，即科学技术和 文化创新。要让学生在掌握现有知识和经验的基础上形成科学技术和文化创新的能 力。这一转变对高等学校的教学目标、教学内容、教学方法和教学评价模式等都提出 了新的挑战。 ( 6 ) 更重视跨学科意识和知识的教与学的研究。完成具有实际意义的科研项目 或课题是高等教育教学改革的发展趋势。与这一趋势相关，高等教育教学对跨学科的 综合性学习给予了越来越多的重视，开设了不少跨学科的选修课。 2 2 物理教材的功能 课程改革的实现要通过教材的改革。只有明确教材所承担的功能，才能制定正确 的政策、编制合理的教材结构、挑选合适的教材内容。教材应具有以下四个方面的功 能：囝 1 提供学生学习的范例 教材不应是整个课堂教学的全部内容，而只是为展开教学活动提供的一种范例和 素材，师生能以这些“范例”为基础，积极主动的开展教学活动，在理解和建构教材 内容意义的基础上，使学生的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等全面发 展。 毕华林教材功能的转变与教师的教科书索养明山东师范大学学报，2 0 0 6 ，5 1 ( 1 ) ：8 7 8 黼撇婢砒靴敝 2 促进学生学习方式的转变 学习方式是指学生在完成学习任务过程中基本的行为和认知取向。教材作为学生 主要的学习资源和直接作用的对象，为学习方式的形成提供了“物质”载体，对学生 学习方式的形成有极大的影响。因此，教材应该不拘泥于对具体事实和概念的陈述和 解释，而是注重展现知识获得的过程和方法，联系学生已有的知识经验，努力创设真 实的问题情境，通过问题引发学生的认知冲突，激发学生的探索欲望，引导学生通过 多种多样的探究活动，使学生在独立思考、解决问题的过程中，通过深层次的认知参 与，自主地获得知识，并学会收集、加工和处理信息的科学方法，从而促进学生学习 方式的转变。 3 促进学生科学价值观的形成 科学的价值观主要表现为对自然的关爱，对社会的责任感以及善于合作、积极进 取的科学态度等。教材内容从学生的已有经验出发，紧密联系社会生活实际，引导学 生在实践中体验问题解决的艰辛与快乐，体验探究过程所蕴含的科学态度和科学方 法，切实感受物质世界的奇妙与和谐，感受科学技术对人类社会发展的贡献和局限性， 从而促进学生科学价值观的形成。 4 引导学生进行自我反思与评价 教材设计通过问题、提供信息、小结、讨论等形式引导学生对学习内容进行系统 的整理、对学习活动进行反思、对学习方法和知识再认知、并及时调整学习策略和思 维方式，充分体现学生的主体地位，有助于提高学生自我学习与发展的意识和能力。 9 湖南科技大学硕士学位论文 第三章中美工科物理教材概况 鸦片战争以后，西方的近代自然科学逐渐传入我国。国内最早的物理教材物 理学引白西方，它由日本的饭盛廷造编写，腾田丰八翻译为中文，我国的王季烈校 正、重编，江南制造局于1 9 0 0 年出版。在此之后2 0 余年，我国使用最广泛的教材是 美国人a w i l m e rd u f f 编写、我国的张方洁翻译、1 9 0 8 年出版的达夫物理学。2 0 世纪3 0 年代后我国才有了自己的教材，其中最著名的为1 9 3 3 年由商务出版社出版、 萨本栋编写的普通物理学。1 9 5 2 年我国主要使用的是d u f f 和萨本栋编的上述两本 书或是其修订本。此后主要使用前苏联福里斯和季莫列娃合编的普通物理学教程。 1 9 5 8 年我国逐渐开始在一些高校讲义的基础上编写通用教材，这些教材对我国教育 事业的发展起了很好的作用，但其体系思想仍然源于前苏联。在1 0 年动乱以后重新 编写了一部分教材，它们对恢复教育秩序起到了很好的作用。9 0 年代开始，我国涌现 出一大批面向二十一世纪系列教材，教材建设呈现出百家争鸣的可喜局面。 美国的物理教育起步较早，许多在国内外有较大影响的物理教材均出自于美国。 如美国历史上较早的物理学教材e d c hh a u s m a r m 和e d g a rs l a r k 合编的物理学 ( p h y s i c s ) ，它于1 9 3 5 年问世，其特点是全面、精确、完整、注重事实、单调乏味、缺 乏吸引力。另外比较有影响力的物理教材是s e a r s 的物理学原理( p r i n c i p l e so f p h y s i c s ) ，该书于1 9 4 4 年出版，其特点是逻辑主线清晰、有利于教师讲授和学生学 习、问题的提出具有挑战性。s e a r s 的教材并没有对传统的力学、热学、声学、光学、 电磁学提出挑战，也没有多少新意，却很快取代了蹦c hh a u s m a r m 和e d g a rs l a r k 的 教材，可见，教材的成功很大程度上取决于是否适合于学生学和教师教。1 9 5 7 年苏联 第一颗人造卫星斯波涅克i 号( s p u t n l ki ) 发射成功，美国深感基础科学研究不够， 大力进行高等教育的改革，确定了一批全国性的重点大学，如哈佛、麻省、加州、斯 坦福、加州理工、康纳尔等。在这些大学里加强基础理论和基础实验的教学，同时加 强基础理论在工程技术特别在各种先进技术应用的研究。这些大学鉴于当时的大学基 l o 湖南科技大学硕士学位论文 础物理教学与现代科学技术的发展不相适应，纷纷进行教材改革。其中最有影响力的 是加利福尼亚理工大学的费曼物理学讲义( t h ef e y n r n a nl e c t u r e so np h y s i c s ) 和 伯克利物理教程( t h eb e r k l e yp h y s i c sc o u r s e ) 。前者是2 0 世纪6 0 年代美国物理 教学改革的标志性成果之一，至今被公认为绝无仅有的自然科学经典著作。8 0 年代以 后，美国物理学会( a p s ) 和美国物理教师协会( 从p t ) 共同发起大学基础物理学规划 ( t h ei n t r o d u c t o r yu n iv e r s it yp h y s i c sp r o j e c t ，i u p p ) ，它出自于一个广泛而共 同的信念：基础物理课程需要进行重新评价回。它强调物理概念、物理内容的内在联 系，减少课程内容；强调一个完整的教学大纲中应含有2 0 世纪物理学的内容。此后， 美国教材呈现出立体化的趋势，各种相应的教辅材料配套出版，除了经典的教材不断 修订后重版，还出现了许多有特色的新教材。 物理教材史向我们展示了物理教育的风雨历程。随着历史的车轮滚滚向前，物理 教育改革的步伐过去不曾停歇，将来必将迈得更加坚定。 3 2 中美工科物理教材的特色与不足 中美工科物理教材各有所长，本论文研究的目的旨在找出美国教材中值得我国编 写教材时借鉴之处，因此，下文将对美国工科物理教材的特色提及较多，很少涉及其 不足，谈及国内工科物理教材时则反之。 3 2 1 几本国内著名工科物理教材的特点 1 程守洙，江之永的普通物理学 该书是一本传统的优秀教材，这套教材的第一版自1 9 6 1 年同读者见面以来，深 受广大师生的喜爱，至今已有四十余载，共6 版，是我国目前使用时间最长的大学物 理教材，曾多次获得国家教委优秀教材奖。其各个版本均各具特色，以第六版为例， 其主要特色有： ( 1 ) 印刷美观 采用双色印刷，增强了图文的表现力，使得物理图像的表达更加充分，提升了 阅读和学习效果。 ( 2 ) 层次分明 。李江林等高师非物理专业普通物理课程整体改革的探讨阴湖北示范学院学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，2 1 ( 2 ) ：7 9 1 1 湖南撇大学硕蝉位敝 第六版的修订参照了教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委 员会制定的理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求( 讨论稿) ，新增了几 何光学、流体力学、信息熵、混沌等内容。精选了4 5 的b 类知识点，用“ 标识， 并用小字排印，给师生更大的选择余地，以适应不同类别和层次学校的需要。 ( 3 ) 压缩篇幅 全书只有上、下两册，由第五版的2 0 章改为了1 5 章。 ( 4 ) 降低难度 适当降低了习题的难度，增加了少量应用计算机求解的例题和习题。如混沌、光 栅的光强分布等，应用计算机求解一方面可使得学生避免繁琐的数学推演，加强对物 理本质的探究，另一方面可以拓展学生的思路，激发学生的学习兴趣，也有利于提高 教学质量。 2 赵近芳的大学物理学 该书内容丰富，既包括了工科大学物理课程指导委员会制定的教学基本要求的全 部内容，又特别加强了近代物理知识和新科技物理基础的介绍。主要有以下四个特 点： ( i ) 更新教学体系，高视点选择经典内容 把相对论纳入力学篇，使得牛顿力学与相对论时空观紧密相连，开拓了学生的视 野。为了强调波动这种运动形式的普遍性，将振动与波和波动光学合为一章，同时， 也让学生了解波动的概念可以延伸到量子力学领域，这样，使得经典内容与近代内容 能有机的融合在一起。力学中加强了对能量及守恒定律等重要概念的阐述，删除了直 线运动、抛体运动、碰撞等中学涉及较深的内容，使学生对该教材有新鲜感。 ( 2 ) 致力于教材内容现代化，使得教材具有鲜明的时代特点 教材介绍了当前新技术领域中的基础性物理原理，如能带理论、纳米科学技术等， 还引入了非线性物理的一些基本概念，如混沌、孤波等。为了帮助读者尽早接触到现 代高新科技发展的脉搏和现代物理的前沿课题，着力于加强现代物理学的重要概念， 如相对论时空观、微观粒子的波粒二象性、量子论和时空对称性与守恒定律的关系等。 ( 3 ) 注重培养学生从全局出发，运用知识解决实际问题的能力 1 2 湖南科技大学硕士学位论文 该教材对物理概念、原理的阐述简洁、透彻、准确，力求突出主干，尽量避免繁 琐的叙述以及冗长的数学推导。加强重要概念在各部分内容中的联系，如势能概念在 力学、热学和电学中一直互相呼应，一脉相承，培养学生整体把握知识以及从全局的 视角掌握、运用知识和综合思考问题的能力。 ( 4 ) 开“窗口”、重视科学素质训练 在现代物理部分大胆地“渗透 一些科技前沿信息以及非线性物理知识，开拓 了学生的眼界，给学生的后续学习提供了一个较高的平台，有利于培养学生的求知探 索欲望以及独立思考的能力。 3 王建邦的大学物理学( 第一卷工程基础物理) 该教材是2 1 世纪高等学校公共基础课规划教材，融合了编者们的大量教学改革 的实践，并且旗帜鲜明地指出该教材是针对地方性工科院校的学生而编写的大学物理 教材。其特点主要有： ( 1 ) “雅俗共赏 不同层次的学生都喜欢该书，其涉及的基础物理内容及例题、习题，均有简有繁， 有深有浅，读者有很大的选择余地。针对不同的学生，教师也有很大的自主选择空间。 ( 2 ) “师生对话 编者在编写该书的过程中，尽量采用对话的方式，以期能吸引学生的注意力，激 发学生的兴趣，从而引导学生思考。 ( 3 ) “工程基础 工科物理作为工程基础，在高校中，其学时数均占不到总学时数的5 ，应当选 哪些内容作为教学内容，还是一个争论的焦点。该书基本仍然遵循传统教材的框架， 只是在内容的顺序上作了一定的调整。 ( 4 ) “时数匹配” 该书适当注意了处理教学内容多与教学时数少的矛盾。 3 2 2 国内工科物理教材的不足 我国的教材经过一系列的改革，特别是7 0 年代以后，对教材内容的现代化及结 构的安排作了尝试性的改革。目前，我国的主流工科物理教材的长处是体系严谨、成 湖南科技大学硕士学位论文 熟，具有较强的科学性和系统性。与许多发达国家相比，他们仍然存在着许多不足， 主要体现在：( 1 ) 按分支学科设置教学内容体系，即基本上由力、热、电、光和近代 物理五大板块组成。这种体系过分地强调完整性、系统性，形成了一个自我封闭的体 系，不能体现物理世界的统一性及其与其他各个学科之间的相互渗透。当前，科学技 术发展突出体现了学科交叉与结合的特征，这种体系显然和科学发展的总趋势不适 应。这种体系过分地强调了按部就班和逻辑推理，形成了一个严格而僵化的教学框架， 严重束缚了学生和教师的思想，不利于培养面向2 l 世纪富有创造性的人才。( 2 ) 教 材内容按历史顺序分成经典物理和近代物理两个部分。用经典观点和方法介绍经典部 分的内容，用近代观点和方法介绍近代部分的内容。这样，学生认为这两种观点和方 法是截然对立的，甚至有一部分学生认为经典的观点就是落后的、不完整的，从而使 得学生产生错觉，不能融会贯通的学好物理。( 3 ) 在教材内容的篇幅上，经典物理部 分和近代物理部分大体上是8 ：2 。近代物理是近代高新技术的源泉和先导，这部分内 容可以向学生展示一个生气勃勃的、不断发展的物理学，能更好的激发学生的求知欲， 为掌握和发展高新技术打下坚实的基础。它所占的篇幅太少，当然无法很好的向学生 介绍近代，尤其是当代的物理发展的新成就。( 4 ) 教材的内容与社会实际脱节，其版 式、语言风格都与当今的大学生的阅读心理有一定的差距，教材中缺少高质量的插图、 照片等，使得教材单调、乏味，从而导致许多大学生在心理上厌烦教材、不愿意看教 材，使得大学物理教材成了“鸡肋。( 5 ) 与新课程标准下的高中物理教材衔接不好， 不少的内容只是简单重复。( 6 ) 编述方式一成不变，某些物理规律和物理现象孤立地 呈现，没有反映出现代物理对自然规律深刻的、系统化的理解。对物理概念、原理 以理论叙述或数学推导为主，而对以下方面不够重视：物理本质的描述、物理概念和 规律的形成发展等。 3 2 3 几本美国经典工科物理教材的风格特色 1 r p 费曼费曼物理学讲义 该书是理论物理大师在参与大学基础物理教学改革实践的基础上撰写的。因为书 中凝聚了编者对物理学的透彻理解以及真知灼见，成为被引证最多的一部著作，为教 。戴雄英等中美大学物理教材的对比研究川理工高教研究 2 0 0 5 ，2 4 ( 6 ) ：4 5 1 4 湖南科技大学硕士学位论文 师教学提供了一本极具价值的参考书。其主要特色为： ( 1 ) 内容“新 量子力学的观点穿插于教材之中，狭义相对论部分占据了该书力学部分的1 5 ， 还有很多物理学前沿的研究成果被该教材大量引用。另外，一些概念和规律用全新的 方式引入，克服了一般教材的某些弊病。如动量守恒定律的推导，一般的教材都是从 牛顿第三定律推出，使得学生错误的认为动量守恒定律依赖于牛顿第三定律，该书则 从伽利略相对性原理出发，最终推导出动量守恒定律。这样，学生就不会有上述错误 的认识。该书行文及具个人特色，生动有趣是另一个亮点。采用比较口语化的形式， 使学生感到有“新意，乐意接受。 ( 2 ) 内容“活 全书注重介绍物理学研究的思想和方法，引导学生灵活运用所学知识，使用数学 知识较少，竭力帮助学生建立物理图像，理解物理本质。编者在教材的编写中体现了 对物理学概念和规律的理解不是一成不变的思想。该教材内容注重激发学生的兴趣以 及探索欲望。如引入一些小故事来引导学生思考，灵活运用所学的知识，而不是死记 硬背。注重介绍概念或定律形成的过程，如介绍万有引力时，提到了r o e m e r , a d a m s 以 及l e v e r r i e r 等人作出的贡献，让学生了解概念的来龙去脉，明白任何科学成就都不是 毫不费力，一蹴而就的。 ( 3 ) 内容“宽” 编者在介绍力学概念和规律的同时，尽可能多的涉及其他方面的知识，具体体现 在下列方面：( 1 ) 物理学史知识的介绍。编者发掘许多有启发意义的史料，并加以巧 妙应用，使得本书增色不少。如介绍动力学的发展史，使得学生更容易理解牛顿引力 定律。( 2 ) 注重将物理学知识与生产、生活实际相联系。如引导学生运用物理学知识 解释潮汐现象、肌肉做功和视觉产生的机制等等。( 3 ) 注重物理学与其他学科的广泛 联系。该书第三章为物理学与其他科学的关系，介绍了物理学与化学、生物学、天文 学、地质学以及心理学的联系。 2 西尔斯物理学( 1 0 t he d i t i o n ) 该书是一本在美国被普遍认可并且广泛采用的大学物理教科书，其第一版于 湖南科揿学硕样位敝 1 9 4 9 年版出，编者为w s e a r s 和m a r kw z e m a n s h k y 。它很快被翻译成中文出版，对 我国大学物理教学的影响较大，至今我国物理教材中的一些讲法和习题都