張琦瑋 王 碩

(高等教育出版社 北京 100029)

1 引言

大學物理是面向低年級大學生的公共基礎課，教材作為學科知識的載體，起著至關重要的作用．優(yōu)秀的教材不僅為學生提供知識與信息，同時也為學生打開一扇通往物理世界的大門，讓學生掌握探尋科學世界的方法，提高學生的科學素養(yǎng)．為助力教學，教材的編寫既要合理地安排知識內(nèi)容，更應該適應低年級大學生的特點，具有較好的可讀性和實用性．

我們之前針對國內(nèi)外優(yōu)秀的大學物理教材的內(nèi)容進行了對比分析，在分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外教材在插圖、習題、配套資源等方面也存在較大的差異，因此我們又再次分析了這些輔學內(nèi)容的情況，形成了本篇論文，希望能對以后的教材編寫提供一定參考．

2 教材插圖比較

插圖是大學物理教材的重要組成部分，能夠體現(xiàn)作者的教學理念和目標．國內(nèi)外的大學物理教材在插圖的配置上存在諸多差異．

2.1 插圖數(shù)量

國內(nèi)教材圖片數(shù)量比國外教材少．以馬文蔚版教材和哈里德版教材力學部分為例，分析國內(nèi)外教材插圖數(shù)量差異，詳見表1．

表1 插圖數(shù)量比較 單位：幅

馬文蔚版教材共計935幅圖片，頁均1.2幅圖；哈里德版教材共計2 201幅圖片，頁均1.8幅圖，圖片密度比馬文蔚版教材高50%，更加圖文并茂．

2.2 插圖風格

國內(nèi)教材示意圖、坐標圖多，簡潔嚴謹；國外教材實物圖較多，更生動活潑．

(1)從總體上來看，國內(nèi)教材風格比較樸實嚴謹，使用的插圖大多是線條簡潔的示意圖，生動形象、與實際聯(lián)系密切的實物圖比較少，感官上的親和力不夠．國外教材中插圖的使用率比國內(nèi)教材高得多．國外教材運用大量的形象、直觀和生動的彩色插圖對物理概念、物理原理進行闡述．這些實物圖能給學生以生動活潑的感官刺激，增強教材的親和力，讓學生樂于去探索物理學的奇妙世界，還能加深學生對物理概念、物理規(guī)律的理解．通過實例的介紹、圖片的運用，學生能感受到物理學與自然、生活和現(xiàn)代科技的密切聯(lián)系．實物實景的彩圖，從日常生活到現(xiàn)代高科技術，從實驗技術到自然現(xiàn)象，從微觀基本粒子到浩瀚的宇宙星際，圖片內(nèi)容極其豐富多彩．哈里德版教材和西爾斯版教材中每一章的第1頁都有一幅與日常生活或者與技術應用密切相關的彩色圖片，由該圖片引出本章的主要知識．此外，西爾斯版教材在例題解答過程中大量使用手繪示意圖，用最直接的方式指導學生畫圖方法．

(2)馬文蔚版教材、張三慧版教材均采用雙色印刷，突出圖片中的重點圖線和重點元素；國外教材四色印刷，圖中各元素區(qū)別更明顯．圖1和圖2為馬文蔚教材和哈里德教材中的RL電路圖，由圖可知，四色印刷更為美觀，但其實雙色圖片已經(jīng)能準確傳達圖片的意義，鑒于四色印刷將大幅提高成本，對此國內(nèi)教材不宜盲目照搬．

圖1 馬文蔚版教材中的RL電路圖

圖2 哈里德版教材中的RL電路圖

(3)西爾斯版教材中，部分例題使用了示意圖，并經(jīng)常使用鉛筆草圖，以向學生展示正確的畫圖方法，如圖3所示．

圖3 西爾斯版教材例題中頻繁出現(xiàn)的鉛筆草圖

3 題目配置比較

教材中題目的設置可以提高學生分析問題、解決問題的能力．國內(nèi)外教材章后均有一定數(shù)量的思考題與習題．其中，思考題用于檢查學生對于基本知識和概念的掌握情況，旨在找出并糾正學生的迷思概念，題型為簡答題及問答題；習題用于檢查學生對各個知識點的掌握情況，包括選擇題、證明題、計算題等．下面從題目數(shù)量、習題類型、題目難度、題目表述等方面展開分析．

3.1 題目數(shù)量

所選教材各部分思考題及習題數(shù)目見表2．

表2 所選教材各部分思考題及習題數(shù)目

由表2可得出以下結論：

(1)在思考題數(shù)量上

馬文蔚版教材、張三慧版教材、哈里德版教材差異不顯著，西爾斯版教材的思考題明顯多于其他3套教材．

(2)在習題數(shù)量上

國外教材習題數(shù)量遠大于國內(nèi)教材習題數(shù)量．國外教材除了章后習題數(shù)量遠多于國內(nèi)教材外，這兩套教材還都設有網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡為學生提供更多的在線自測題目，以幫助學生的學習和教師的教學．國外教材習題數(shù)量充沛的原因有以下兩點：

1)在美國高中教學計劃中，物理不是必修課程，因此美國大學生的物理起點平均而言較中國大學生低．所以美國教材中習題數(shù)量的絕對優(yōu)勢一定程度上是由于需補充我國高中物理教材中的講授內(nèi)容．

2)國內(nèi)外作者的教學以及習題設置理念不同．

3.2 習題類型

因學生學習知識的普遍規(guī)律是由易到難，由簡到繁，兩套國外教材在配置習題時充分考慮了大部分學生的特點，將習題分為兩類． 一類為專題練習題，另一類為綜合練習題．如圖4和圖5所示為西爾斯版教材中專題練習題與綜合練習題示例.國內(nèi)教材無劃分．

圖4 西爾斯版教材中的專題練習題

圖5 西爾斯版教材中的綜合練習題

專題練習題針對單一專題訓練，前面標明所對應的練習內(nèi)容或教材相應內(nèi)容的小節(jié)序號，明確地指示學生解題要用到的公式和定理定律． 這類題目大多數(shù)針對單一概念和簡單物理過程而編制，旨在為重要的基本概念定律的初步理解和應用提供練習和檢測．以西爾斯版教材為例，教材中剛體運動一章設置有角速度和角加速度、線量與角量間的關系、恒定角加速度轉動、轉動中的能量、平行軸定理、轉動慣量計算等6個專題練習，題目數(shù)量分別為8、9、12、20、5、3．

綜合練習題涉及的物理過程相對復雜，所用的物理知識點較多，學生需通過分析物理過程，選擇適用的物理規(guī)律并利用一些解題技巧來完成題目的解答． 依然以西爾斯版教材為例，教材中剛體運動一章設置有38道綜合練習題．其中一道題譯文如下：

本道題目與生物醫(yī)學相關，創(chuàng)造了一個交叉情境，涉及多個知識點和物理過程，可以培養(yǎng)學生綜合利用物理知識解決問題的能力．

3.3 題目難度

國內(nèi)教材：習題難度分兩個級別，在馬文蔚版教材和張三慧版教材中，均以“*”表示拓展題目，不帶標記的為普通題目，如圖6所示．與普通題目相比，拓展題目綜合性更強，情境更新穎，對數(shù)學基礎要求更高．馬文蔚版教材和張三慧版教材中習題均以普通題目為主，拓展題目較少．

(a)馬文蔚版 (b)張三慧版

國外教材：習題難度通常分3個級別．在哈里德版教材和西爾斯版教材中，均以“·”表示單一概念、單一步驟的容易題，以“··”表示需要利用多個概念的中等難度題目，以“···”表示為優(yōu)秀學生準備的具有挑戰(zhàn)性的難題，如圖7所示．各級難度試題分布合理，旨在為學生搭建促進概念理解的階梯，逐步提高學生的概念理解水平．除此之外，在西爾斯版教材中還設有挑戰(zhàn)題，此部分試題是每章中最難的問題，通常涉及微積分或復雜的全新情境，學生需要合力構建模型、綜合運用相關知識才能求解．

圖7 國外教材習題難度

下面以振動相關章節(jié)為例，分析國內(nèi)外教材章內(nèi)習題難度分布的差異，詳見表3．

表3 國內(nèi)外教材章內(nèi)習題難度分布

如表3所示，馬文蔚版教材的振動相關章節(jié)(第九章)中，全章書后習題共計43道，其中拓展試題共計5道，普通題目占比88.4%，拓展題目占比11.6%；張三慧版教材振動一章中，全章書后習題共計27道，其中拓展題目共計9道，普通題目占比66.7%，拓展題目占比33.3%．哈里德版教材中，專題練習難度分級，綜合練習難度無分級，各專題練習內(nèi)部題目按照試題難度遞增排列，專題練習中，低、中、高難度試題數(shù)目占比分別為52.4%、38.1%、9.5%．西爾斯版教材中，對于專題練習和綜合練習均定義了題目難度，低、中、高難度試題數(shù)目占比分別為38.7%、50.5%、10.8%．西爾斯版教材中除專題練習、綜合練習外，還提供了少量的與全國醫(yī)學院的統(tǒng)一考試題相匹配的試題，建立新的情境，供學有余力的學生探究，如圖8所示．

圖8 西爾斯版教材中的情境題

該題目創(chuàng)設了一個在納米尺度觀察物質表面的情境，介紹了原子顯微鏡的原理和結構，將振動相關的物理知識運用到這個新的情境中．

3.4 題目表述

國內(nèi)教材中的習題語言嚴謹、精煉，往往注重研究理想模型．在馬文蔚版教材和張三慧版教材中，我們會發(fā)現(xiàn)其研究對象往往為“一個質點”“一個理想的彈簧”“一根無限長直導線”等．這些習題能夠使學生迅速聯(lián)想到相關的公式、定理或定律，快速掌握知識，對于理解公式、定理或定律的適用條件很有益處．但這一類習題也存在弊端．一方面，題型陳舊，另一方面，它很難讓學生將研究對象與生活中的實際對象聯(lián)系起來，不利于讓學生通過習題來深刻體會物理原理的含義與應用范圍．此外國內(nèi)教材在習題上重視定量計算，輕視定性、半定量的分析，重演繹、少歸納，缺乏對發(fā)散性思維的訓練題．

而在國外教材中，章后習題經(jīng)常建立與日常生活息息相關的真實情境，題目新穎，語言生動幽默，讓做習題也成了一件有趣的事情．大量形式多樣、貼近實際的物理習題的練習，讓學生能夠由淺入深地體會其中所蘊含的深刻物理思想．

4 資源配置比較

4.1 資源呈現(xiàn)形式

國內(nèi)教材的配套數(shù)字資源大多為文本資源及MOOC視頻資源，通常以“二維碼+課程網(wǎng)站”的形式呈現(xiàn)．馬文蔚版教材采用“2d平臺+Abook平臺+數(shù)字課程”的方式展示資源，與教材聯(lián)系緊密的用二維碼展示，與教材關聯(lián)度略低、篇幅較長的置于Abook平臺(圖9)上，此外該書還有配套數(shù)字課程，通過MOOC視頻與電子課件進一步加深學生對物理知識的理解．張三慧版教材數(shù)字資源部分采用的也是類似的“二維碼+文泉課堂+數(shù)字課程”的方式．一方面豐富了配套資源，另一方面更好地保護了版權，打擊了盜版．

圖9 馬文蔚教材Abook網(wǎng)站界面

國外教材在數(shù)字資源配套上更為多樣，補充資源非常豐富，真正做到易教、易學，哈里德版教材數(shù)字資源介紹如圖10所示．

圖10 西爾斯版教材配套數(shù)字資源介紹

西爾斯版教材配套數(shù)字資源包括以下內(nèi)容.

針對教師的資源包括：教師題解、教學資源庫、Mastering Physics系統(tǒng)、試題庫．

針對學生的資源包括：學生解題指導、Mastering Physics系統(tǒng)、Pearson eText、Pearson Tutor Service、ActivPhysics Online．

4.2 資源內(nèi)容

在資源內(nèi)容設置上，國內(nèi)教材均愈發(fā)注重科學精神和人文精神的融合，穿插了大量科學家的簡介和物理學在高新技術中的應用．例如，在馬文蔚版教材中加入了大量我國近年來的科技成果，如第四代反應堆、2號環(huán)流器等，這有助于培養(yǎng)民族自尊心，實現(xiàn)文化自信．

5 結論

通過分析馬文蔚版教材、張三慧版教材、哈里德版教材和西爾斯版教材的結構、物理概念闡述風格、內(nèi)容、習題配置、插圖、資源配置、封面與版式等，我們可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外教材各有其優(yōu)勢和不足．

國內(nèi)教材在習題配置方面，更加精煉，數(shù)量適中，重點突出．在資源配置方面，國內(nèi)教材愈發(fā)注重科學精神和人文精神的融合，穿插了大量科學家的簡介和物理學在高新技術中的應用．但是與日常生活相關的應用較少，不少教材涉及的應用過于集中和雷同．

國外教材全彩印刷，更加圖文并茂，生動活潑，趣味性強，更能提高學生的學習興趣．教材鋪墊較多，講解細致，多從日常生活實例或前沿科技出發(fā)，以歸納、類比的邏輯方式引入物理概念和規(guī)律，對于基礎薄弱的學生更為友好．網(wǎng)站配套資源更加豐富，易教易學．但是習題數(shù)量過大，重點不夠突出．

國內(nèi)教材在借鑒國外優(yōu)秀教材長處方面是積極且卓有成效的．進入21世紀以來，大學物理教材改革有了突飛猛進的發(fā)展，我國的大學物理教材無論從觀念上還是從內(nèi)容上都有很大的變化．國內(nèi)教材在借鑒美國教材聯(lián)系前沿、激勵創(chuàng)新、加強近代及習題方面都做了有益的嘗試．

在更新習題、加強實際應用方面，國內(nèi)教材也充分的體現(xiàn)，選編了大量聯(lián)系實際的例題和習題．對這些習題和例題的分析與求解，能使學生更深刻地理解概念和規(guī)律，了解物理基礎知識的重要實際意義.