美国一流大学文科物理经典教材的特色与启示

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 Physics》（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。[1]

《Conceptual 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；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，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. Hewitt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. Hewitt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。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。