九十年代初 高级中学课本 物理 详细介绍(二)20260315-20260316 补充修正
本文对人民教育出版社在九十年代初出版的 高级中学课本 物理 的选修部分进行详细介绍的文章进行补充和修正。补充和修正的文字内容标蓝。本册分为力学和电学两大部分，每个部分开头有引导页面，引言介绍本部分需要学习的内容。下面先对比必修和选修的牛顿运动定律一章的小节，左边是必修第一册，右边是选修第三册。显然，选修的内容是总结必修的内容，并且进行扩展和加深。教材先回顾矢量，介绍同一直线上的矢量运算，然后回顾牛顿运动定律和各种力，接下来加深受力分析、牛顿运动定律的应用的训练。最后的牛顿运动定律的适用范围的讨论，在乙种本没有，在甲种本中有。第一节下图中同一直线上的矢量运算，内容与甲种本对应小节内容接近。本册还回顾了匀变速直线运动的位移和速度公式。第二节一口气回顾牛顿三大运动定律。本节内容很像复习用的参考书。第三节再次回顾必修阶段学习过的几种力，但是这里没写万有引力。本节内容也很像复习用的参考书。接下来两个小节加强牛顿运动定律的训练，一些例题来自甲种本，一些例题来自乙种本。这章的内容不仅仅补充了乙种本中没有保留到本套教材必修的内容，还有不少来自甲种本的内容。补充这一章的内容后，这套教材受力分析和牛顿运动定律的要求，达到了甲种本的水平，甚至还要更高一些。个人感觉这一章的内容编排不好，顺序有些混乱。牛顿运动定律放在力的前面，顺序颠倒。没有力哪来的牛顿运动定律。牛顿运动定律和牛顿运动定律的应用，中间隔了好几个小节，也不合理。应该按这样的顺序编排：力、矢量和矢量运算、受力分析、牛顿运动定律、牛顿运动定律的应用、牛顿运动定律的适用范围。如下表所示，左边是教材的编排，右边是调整后的编排。本章第一节回顾必修部分的自由落体运动，后面的内容基本上来自乙种本。下面的表格中，左边一列是乙种本的目录，右边一列是本章内容。下面第一节先回顾自由落体运动。然后再补充其他运动。这本选修的第一章和第二章都提到了匀变速直线运动，但是都没有对匀变速直线运动位移公式的面积法推导做补充。下表中，左边一列是乙种本的目录，右边一列是本册的目录。本套教材这章内容主要来自乙种本。第二节 向心力 向心加速度，与乙种本基本相同，没有补充向心加速度公式的推导。回到这套教材。第四节对离心现象和应用的内容做了调整，相比乙种本增加了一些内容。第八节中航天技术的发展这个小标题的内容没有更新，但是后面增加了一个很长的阅读材料。这章内容比较奇怪，没有补充甲种本的向心加速度公式的推导，但是补充了甲种本的地球上物体所受重力的变化，我不知道教材的编者是如何取舍的。乙种本中动量的内容比较少，只有两个小节。这本选修教材的动量内容较多，基本达到了甲种本的水平。第104页倒数第二自然段介绍动量定理的应用范围，后面介绍动量定理的应用，这些例子与甲种本和乙种本的都不相同，本套教材是全面改写了。下面是乙种本中介绍完动量定理的内容。下图第114页的举例与本套教材不完全相同，里面的茶杯掉落和搬运易碎物的例子很好，不知道为什么这套教材删除了。当然，这套教材给出的伸手接球的例子也不错。乙种本给出了两个例题。乙种本本节末尾也有一个小实验，这套物理教材沿用了这个实验，但是增加了配图。回到这套教材。第二节动量守恒定律的内容在乙种本的基础上做了修改。下图第109页开头滑冰的例子是新增的。下图红框一段讨论动量守恒定律的适用性，这段文字的表述比较别扭。这套教材修改后的文字见上面的第110页和第111页，明显比这段文字顺畅很多。回到这套教材。本章有两个动量守恒定律应用小节，教材对这个定律的重视，甲种本和乙种本没有这样独立的小节。第一个动量守恒定律应用小节研究碰撞问题。第二个动量守恒定律小节研究直接应用牛顿定律难以解决或不可能解决的问题。接下来的反冲运动及其应用小节与乙种本相同，不做展示。反冲运动的小节末尾，新增阅读材料 漫谈火箭。后面还有一个自制小火箭的小实验。这套教材有关火箭的内容包括小节、阅读材料和小实验，内容非常丰富。如果学生按照教学安排，在高三学习本册内容，学到这里，他们会有时间和心情做这个小实验么？本章讨论的问题主要是机械能和机械能守恒。但是章名的用词是能量。第三节的内容宋体字部分来自乙种本。本节仿宋体字的内容说明重力做功的特点，甲种本也有这些内容。第四节回顾机械能守恒定律。必修里机械能守恒定律只有文字说明，没有文字推导。下面第144页的举例来自甲种本而不是乙种本。第六节回顾能的转化和守恒定律。把讨论从机械能扩展到一般性的能量。正因为这一节的存在，本章可以用能量和能量守恒做标题。本节末尾有一道涉及电学和力学的综合问题。以往的教材没有这样的例题。需要注意的是，机械能守恒定律，在甲种本和乙种本，以及本套教材的必修和选修中的表述，存在两个版本。第一个版本在乙种本和本套教材必修部分。下面展示的是本套教材必修第一册的页面。第二个版本在甲种本和本套教材选修部分。下面展示的是本套教材选修的页面。较低要求的教材使用的第一个版本，对机械能守恒定律的黑体字描述，适用性更强，强调没有摩擦和介质阻力下动能和势能相互转化。较高要求的教材使用的第二个版本，黑体字却把机械能守恒定律限制在只有重力做功的情况。尽管下一个自然段补充了只有弹力做功的情况下机械能守恒，但是没有将动能、重力势能和弹性势能统一起来考虑。下面第七节弹性碰撞在乙种本是没有的。本节内容来自甲种本。甲种本中这一节是放在动量这章的。这本选修教材动量在前，机械能在后。弹性碰撞需要联合动量守恒和动能守恒求解，所以就放在机械能这章了。弹性碰撞后介绍中子的发现。这样的编排与十年制高中物理相同。下表中，左边一列是乙种本的目录，右边一列是本册的目录。我们可以发现，本册几乎重复了乙种本的小节，这也说明这套教材必修部分内容删减很严重，到了选修需要重学一遍。第一节回顾库仑定律。本节的例子在乙种本没有，在甲种本中有，说明了带电微观粒子之间的静电力远远大于万有引力，后者可忽略。第二节除了回顾电场和电场强度的概念，还补充了乙种本中电场和电力线两节中在本套教材必修部分被删去的内容。必修教材只介绍了电势差和电势能这两个概念。这册教材在下面的第四、第五和第七小节完整地介绍电势差、电势、等势面和电势能。第六节插入在等势面和电势能两节中间，非常别扭，这一节的内容和前后两节内容没有紧密的联系。第八节开始补充乙种本没有在必修部分保留的内容，不做展示了。有关电势、电势差、等势面、电势能，不同教材介绍的顺序不一样。不同版本的教材反复修改四项知识点的顺序，说明教材的编写者对如何讲好这些内容没有十足的把握，没有形成一个固定的套路，在不同的版本的教材中不断进行尝试。下表中，左边一列是乙种本的目录，右边一列是本册的目录。与电场一章类似，选修中磁场这一章也是重复了很多乙种本的小节，也说明这套教材必修部分没学多少磁场的内容。第一节在回顾必修阶段学习过的概念的同时，加深了对概念的介绍。磁感应强度给出了定义式。在介绍磁通量的小标题里，教材给出了不垂直于磁感线的平面的磁通量的计算方法，必修部分没给。必修部分只定性介绍了磁场对电流的作用力，这里第二节给出了安培力的概念和计算公式。后面补充乙种本没放在本套必修的内容，不进行展示了。本章补充必修部分没有详细介绍的法拉第电磁感应定律和楞次定律。本章第一节第一个小标题给出了产生电磁感应现象的三个实验，它们来自甲种本。我比较奇怪，必修部分已经给出了乙种本中产生电磁感应现象的几个实验，为什么到了选修还要按甲种本再展示一遍实验。本节第二个小标题 法拉第电磁感应定律 的内容来自乙种本。第二节 楞次定律，先回顾初中学过的右手定则，然后再介绍必修没有学习的楞次定律。本套教材的选修第三册，在必修第一册的基础上，对力学和电学两个大模块进行回顾和补充。回顾的内容很多，例如力的种类、受力分析、牛顿运动定律及其应用、自由落体运动、动量的概念、功和功率的概念、库仑定律、磁通量、电磁感应现象等等。其中一些回顾的内容在必修的基础上做了加深，如受力分析、牛顿运动定律的应用、库仑定律、电磁感应现象等。补充扩展的内容有平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、电势、等势面、带电粒子在电场中的运动、带电粒子在磁场中的运动、安培力、洛伦兹力、电磁感应定律、楞次定律等等。选修第三册，力学内容比较多，电学内容少。反过来看，必修部分对力学的删减非常多。选修第三册补充的大多是乙种本中没有放在本套教材必修部分的内容，也有一些内容来自甲种本，如地球上物体受重力的变化、弹性碰撞。选修第三册没有把甲种本中的内容都补充进来，例如，面积法推导匀变速直线运动的位移公式，向心加速度的推导，都没有出现在这套教材中。我不是很理解大纲的制定者和教材的编写者是如何取舍的。总体上看，加上选修后，这套教材力学和电学的一部分核心内容的广度和难度接近甲种本的水平。像受力分析，动量定理的应用，内容甚至比甲种本更丰富。这也说明，对于理科学生来说，乙种本的一些要求不够高，需要增加内容提高难度。但是，这套教材有些章节没有在选修部分进行扩展加深，必修部分又进行过削弱，这些知识内容的广度和难度甚至达不到乙种本。一个典型的例子是机械振动中的单摆，整套教材都没有给出小幅摆动是简谐运动的推导过程。这套高中物理教材，我非常不理解的一点是为什么要删除共点力作用下物体的平衡，必修选修都没有保留。由于这套教材的必修和选修有重复的内容，我们可以认为必修和选修的划分是黏连式的，不是切断式的。所谓切断式就如新世纪两个版本课程标准物理教材的必修和选修，或者必修和选择性必修，它们之间几乎没有重复的内容。本套教材选修教材中重复必修的那些内容，大多是知识点的罗列，比较像复习参考书。这种形式的内容在高中物理教材中只有九十年代的这套教材中出现。尽管这套教材的必修加选修一起后，力学和电学的核心内容勉强能够与甲种本持平，但是教材内容被拆分成了必修和选修，系统性不够强，比较零碎，而且仅保留在必修部分的内容不如甲种本，总体上看还是与甲种本有差距。进入九十年代后，人教社几乎不加修改地将甲种本以高中物理读本的形式重新出版发行，新世纪后仍继续印刷和使用。这也反映了九十年代开始的高中物理教材在某些方面不能满足实际的教学需求。前面的几篇文章已经对这套高中物理教材的缺点做过展示和讨论，这里就不再重复了。像十年制高中物理、高中物理甲种本、乙种本这样，按力热电光原子物理的顺序编排课程内容，可称为直线式编排。进入新世纪以前，我国大多数高中理科教材都采用直线式编排。这套高中物理教材“二一分段”，将力学和电学划分在两个阶段学习的编排，在第一阶段先学习一部分知识，在后续阶段继续深入学习，这种编排称为螺旋式编排。进入新世纪后，试验版课程标准数学教材也采用了螺旋式编排，遭到不少诟病。2017年版高中物理课程标准下出版的高中物理教材本质上也是螺旋式编排，质疑的声音也不少。螺旋式编排的教材的口碑似乎都不高。在我看来，教材应当体现知识的体系结构，可以按较高要求进行编写。实际教学活动可以根据不同学生的要求，灵活选择教材的部分内容，调整顺序，进行教学。
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