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1、期刊文献 美国一流大学文科物理经典教材的特色与启示张立彬（南开大学外国教材中心；天津 300071）李广平（南开大学应用物理学院；天津 300071）内容摘要 围绕美国一流大学文科物理经典教材Conceptual Physics，回顾了中美两国高校文科物理教育的发展历程，阐述了美国文科物理经典教材的历史沿革。基于此，本文重点对美国一流大学文科物理经典教材的特色进行了全面的分析与评价。本文认为，美国文科物理经典教材的编写模式，对我国高校文科物理教材建设具有一定的参考价值。关 键 词 美国一流大学；文科物理教材；概念物理；特色；启示1 引言作为文科物理学的经典之作Conceptual Physic
2、s（概念物理），从上个世纪七十年代开始就一直为美国大学文科学生所钟爱。发展到今天，随着知识的更新，今年已经出版到了第十一版。本文所评价的教材即是Paul G. Hewitt教授所著的Conceptual Physics第十一版。1Conceptual Physics作为美国高校文科物理的经典教材，已经被美国许多知名大学，诸如哈佛大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、斯坦福大学、哥伦比亚大学等120余所美国大学选为教科书；也被中国一些高校，譬如中国农业大学、中山大学、辽宁师范大学等选为文科物理教材。可见这部教材的扩散范围之广、影响之大。因此评价这本经典著作对我国教材建设，特别是文科物理教学具有借鉴意
3、义。2 文科物理应运而生 几乎没有人怀疑，当今世界各国国力的竞争实际上就是科技实力的竞争，最终归结为人才的竞争。可以毫不忌讳的说，物理学是整个科学技术发展的重要基础。物理学的研究对象很难用一个范围、一句话去定义。大到天体，小到基本粒子，从宏观到微观，从低速到高速，都是物理学的研究对象。一个国家是否真正崛起于世界强国之林，很大程度上取决于它是否具备强大的科技实力，是否拥有一支物理基础知识扎实的科研和工程技术队伍。因此，在建设一个强大的国家的进程中，重视物理教育具有的重大战略意义，不可等闲视之。物理学是科学，也是一种文化。物理学的文化教育功能主要体现在两个方面：一是教育学生树立科学的人生观、世界观
4、；二是对学生进行科学的方法论教育。而人文精神是蕴含在人文科学中的以人为本，体人的尊严和价值，揭示人的生存意义，追求真善美的做人理念，以人的自由和全面发展为目的的文化精神。2当今社会，科技产品已遍及人类生活的各个方面和各个角落, 生活在信息社会的人没有物理知识是不可想象的，世界的趋势是走向一体化, 文化之间相互融合, 学科之间也趋于相互渗透。文科研究的对象是主观和客观的双重世界，文科面对的是在客观背景下的人与人之间的关系，感性的因素十分突出。同时，文科讲究形象思维，所以文科生在学习过程中，主要是通过记忆、想象来掌握知识的，逻辑推理的能力相对来说是薄弱的。自然科学研究的是纯客观的世界，而物理又是一
5、门逻辑性很强的学科，是偏重普遍性规律的学科。学习物理学后能增强对知识的迁移能力，多数学习物理的人都比较容易转入其它学科领域，适应能力强。因此，相对而言，理科学生的思维更注重于客观、定量、严密。在文科班中开设物理课，通过对物理过程的分析，有利于改变文科生只靠记忆学习的思维习惯，有利于其综合能力的提高，即文科要“理学”。物理学作为研究自然界最普遍规律的科学和最成熟的自然科学，对科学世界观的形成所起的作用是最直接的，物理学的方法是科学方法的典型代表。著名的实验物理学家吴健雄指出：“为了避免出现社会可持续发展中的危机，当前一个刻不容缓的问题是消除现代文化中的两种文化之间的隔阂，即科学文化和人文文化的隔
6、阂”。对于非自然科学专业的文科学生, 科学素质教育课程不但要传授知识, 更应该通过知识背后的人文历史背景,展示学科文化, 产生文化效应, 让学生领略一种文化, 感悟一种精神, 在绵长醇香的回味中得到精神熏陶。3而作为自然科学基础课程之一的物理学是一门理论性和实验性都很强的学科，这对于文科人才在客观背景下描写人与人之间的关系会很有指导意义，所以文科学生学习物理课程是非常有必要的。国外的文科物理教学起步较早，如美国的大学文科物理教学可追溯到上世纪50年代。而60年代早期有关文科物理的全国性教材的编写工作一一被称为“哈佛物理教学改革计划”(Harvard Project Physics)就正式展开，
7、随后大学文科物理教材在不断修改和完善的过程中成熟起来。我国开展文科物理教学比国外开展文科物理教学起步晚，我国的文科物理教学从上世纪90年代开始，由于没有可借鉴的文科物理教材，许多高校根据各自情况编写了教材以满足教学需要，如同济大学的文明之源一物理学、东南大学的物理学概念一文科院系用大学物理教学用书和文科物理十五讲、西安交通大学文科用的大学物理等，这些教材的出现说明了我国文科物理教材的多元化，也显露出我国文科物理教学还不成熟，有待进一步完善。为了更好地开设文科大学物理，2005年8月，国家在长春市举办了全国文科物理课程教学资源建设骨干教师高级研修班，本次研修班被列入教育部2005年度“高等学校青
8、年骨干教师高级研修班”计划，来自全国各地的130多位专家和高校物理教师代表参加本次会议。会议从当前高校科学素质教育的形势和趋势入手，探讨开设文科物理这项具有深远意义的工作，交流、推介当前高校中这类优秀课程的建设经验。自此，文科物理教学在我国已经初具规模。3 Conceptual Physics的历史沿革作为文科物理学的经典之作Conceptual Physics，这本著作始终站在美国乃至世界文科物理的前沿。Conceptual Physics可以说是文科物理教学的一个突破，一个传奇，引领这个传奇的是著名的Paul G. Hewitt教授。现在一提到概念物理，就像是提到Paul G. Hewit
9、t一样，他们已经成为一体，是不可分割的一部分了。在Paul G. Hewitt之前，物理学教科书是千篇一律的纯粹的讲授物理知识，这样的模式只适合于那些同时具有较高的数学和科学头脑的学生学习，所以留下了“物理很难”的“诟病”。正是Paul G. Hewitt的出现带来了全新的Conceptual Physics，完全改变了人们的这种想法。通过把物理学的中心思想概念“翻译成”通俗的语言，而不是简单的解释物理，Paul G. Hewitt引领了文科学生学习物理的新潮流。Paul G. Hewitt于1930年出生在美国马萨诸塞州东部的小城市索格斯，他的人生经历非常丰富，曾经做过拳击手、采矿工人、作家
10、和漫画家。Paul G. Hewitt在1964年于旧金山市立大学开始他的教书生涯，自1980年以来，他一直为广大民众开设夜校，后来在加州大学讲授物理。在1987年，他写了一本中学版的概念性的物理教科书，同时他以前在旧金山市立大学被录像成十二套的讲座由艾迪生-韦斯利（Addison-Wesley）出版公司广泛分布于世界各地，获得各类读者的好评。为了表彰Paul G. Hewitt在物理教育方面的突出贡献，美国物理教师协会在1982年把一年一度的物理教育突出贡献奖颁发给了Paul G. Hewitt，他还是“物理教师”杂志的专栏编辑、美国物理学教师协会的专栏作者。4在三十年前，Paul G. H
11、ewitt发明了一种学习物理所用的概念性研究方法，并将他的所有“概念性”的理念的精华集中地体现在他的著作Conceptual Physics中。Paul G. Hewitt在书中能够吸引学生从现实情况中建立一种概念性的理念来理解物理学中的基本原理，包括从经典物理到现代物理的一切内容都可以用这种概念性的方法来学习。在这个强大的概念的基础上，学生能更好地理解物理学中的方程和计算公式，也能更好的理解物理概念与日常生活的世界之间的微妙的关系。5随着知识的更新换代，Conceptual Physics也在不断地更新版次，版次的不断更新中，Paul G. Hewitt把概念性的理论更深的植入到他的著作中。
12、本文赏析的是Conceptual Physics的最新版第十一版，这一版是2010年新出版的，离上一版的出版已隔4年，依然是艾迪生-韦斯利（Addison-Wesley）出版公司出版发行的。4 Conceptual Physics（第十一版）教材的特色摆在眼前的Conceptual Physics（第十一版）16开本，共737页，既是一个“庞然大物”，更是一部鸿篇巨制，该书有着鲜明的特色。4.1 引领科学兴趣，吸引读者眼球在Conceptual Physics（第十一版）的前言中，作者Paul G. Hewitt分别给学生读者和教师写了一封信，这种奇特的方式一开始就给人带来了新鲜感，令读者有一
13、种耳目一新的感觉。在写给学生读者的信中，Paul G. Hewitt说：“你不会领会到周围世界的奥妙所在，除非你懂得自然界的规律。而物理学就是学习这种自然界规律的，物理学完美地展示了自然界中的万事万物是怎样巧妙地、近乎完美的联系在一起的。”在信的最后，Paul G. Hewitt给出建议，阅读这本书时，要注重在概念上理解物理，不要过多的羁绊于很多复杂的公式。最后发出号召：我们阅读本书，目的是享受物理，享受自然界的和谐美丽！我们都知道，几乎每本书的前言都是讲述本书知识的作用，来源等等，而在Conceptual Physics（第十一版）中，前沿就是一篇优美的文章，Paul G. Hewitt不仅
14、是位物理学家，更是一位文采飞扬的写作大家。Paul G. Hewitt以About Science作为这本巨著的前言部分，既引领了读者的浓厚兴趣，又做到足够吸引大家的眼球。在About Science这一章中，Paul G. Hewitt首先说了什么是科学？科学是知识的载体，它描述了自然界内在的规律以及这种规律产生的原因。接着讲述了科学在人类历史变革中的重要作用，可以看出，人类文明的发展离不开科学，科学是人类历史前进的动力之源。Paul G. Hewitt为了充分调动读者的兴趣，讲述了几个有趣的话题：如公元前三世纪的希腊天文学家、数学家和地理学家埃拉托色尼是怎样在远古时代就能“称出”地球的质量
15、的、研究地球与月亮，地球与太阳之间的距离、测量他们之间的距离等等这些看起来并非“人力所为”的匪夷所思的壮举，首先引起读者对科学的一种“崇拜”，接着又说明了数学是作为科学语言的形式存在的，又讲述了研究科学的方法和做科研的态度，让读者有一种层层深入，就像是在欣赏一部电影，回味无穷。最后，作者挑选了几个读者感兴趣的科学历史问题来供读者自己去查阅答案，在查阅答案的同时，读者肯定会了解到更多的关于科学的历史发展问题，这样有助于读者培养起浓厚的科学兴趣。4.2 卡通图讲解知识，实物图展现实例几乎每本书都有插图，但并不是每本书都能做到像Conceptual Physics（第十一版）这样目的明确，用处广泛。
16、笔者对书中大量插图的教学功能作了探讨和思考，将其归纳为以下几个方面：4.2.1 导入教学情境，增强科学素养在课堂教学中，在传授重要物理知识之前，让学生进入相关知识的情境之中，对学生轻松接受相关物理知识是非常必要的。内容丰富、形式活泼的图片很容易引人入胜，激发求知欲，从而让学生快速进入学习状态。在每一章的起始部分都会安排一些或卡通，或实物的图片来说明这一章即将讲述的内容。让人不用看内容，只看到这些画就能知道这章讲述的大概。科学素养包含信心、兴趣、品德、知识面、团结协作意识等多方面内容。增强科学素养有多种途径，而通过插图增强则是重要途径之一。如第七章第114页的运用太阳能发电的技术图片，第九章第156页的太空空间站图片，第十八章第326页的环美金字塔，第二十四章第431页中磁悬浮列车，第555页的电子隧道显
