物理与工程 Vol.17 No.4 2007
新书简介老树春深更著花———对《普通物理学》(第六版)(程守洙,江之永主编)的浅评严导淦(同济大学,上海 200092)
由程守洙,江之永主编;胡盘新,汤毓骏,钟季康修订的《普通物理学》(第六版)(以下简称“本书”)作为普通高等教育“十一五”国家规划教材,已于2006年12月由高等教育出版社出版发行,以应对当前有关院校教学之急需.
叨蒙作者们惠赠样书,得以先睹为快.数月来潜心拜读,深受启迪,获益匪浅.
笔者作为一名工科物理教学工作者,回溯1961年本书第一版出台以来,无论在教学实践中,或在教材编写工作中,一直受益于本书,与本书有挥之不去的情愫.
特别是“十年动乱”后,改革开放之初,教育界处于一片荒漠冷霜,程守洙、江之永两位主编以古稀之年,挺身而出,挥洒余热,动员和组织一批上海高校的精英,编写了本书第三版,由当时的人民教育出版社倾力出版,备受全国同行瞩目,一时奉为范本,并解决了全国工科物理教材缺失的燃眉之急,为“文革”后步入正规办学做出了贡献,以至“洛阳纸贵”,影响遍及全国.
此后,随着改革开放形势的日益深化和物理学科自身的长足发展,在近30年来,本书相继推出了第四版和第五版.正如本书第六版“编者的话”开头所说的,“……自1961年第一版问世以来,历时40余载,
已经五版,深受广大读者和师生的厚爱,是我国流行使用时间最长,使用范围最广,培养人才最多的教材.”有道是“苍龙日暮还行雨,老树春深更著花.”而今,随着岁月的推移,本书的几位修者亦已步入老境,
然宝刀不老,壮心不已,在第五版的基础上,按照新的基本要求,旧貌换新颜,推出了第六版.从整体上看,
本书是一部精心打造的力作,有别于国内一些同类的传统教材,在教材改革的道路上继往开来,与时俱进,有所创新,值得出版,以飨广大师生.这也许对改变多年来工科大学物理课程教学的颓势有所裨益,起到推波助澜的作用.
本书的特色表现在:
1)编写主旨明确,突出了“物理学是研究物质、能量和相互作用的一门科学”这一主题.为此,将第五版的力、热、电、波和近代物理各篇的篇名删掉,以免分篇论述而导致这一主题的淡化;与此同时,在每章开场白中点明该主题,并在各章标题和正文中,力图突现能量和相互作用的要旨,使各种物理运动研究的重点都落实在能量和相互作用上.例如,在力学中将“质点的运动”和“牛顿运动定律”两章合成为“力和运动”一章,突出力和相对运动的关系,引述力学的相对性原理,而把动能和势能以及相互转换的论述作为力学的重点内容.对热学部分,则突出分子力和内能,而以热功转换和热力学过程的不可逆性作为重点.
电学部分的重点为库仑力、高斯定理、电场能、磁场能;波动部分的重点为能量的传递和在干涉和衍射过程中能量的不均匀定域分布;近代物理侧重于能量子、光子和物质波的介绍.
2)本书在处理教材内容时既保证了经典物理内容,又加强了近代物理内容,并适当介绍了现代工程技术的新发展.从当前的普通物理教学来看,本书近代物理部分的内容选材,深广度的叙述等还是较适中的,既不流于“科普化”,要求似又不过高,比较容易获得工科专业师生的认同.
3)重视物理问题的研究和计算方法的介绍.众所周知,物理学的发展不仅滥觞于力学,并且许多研
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究方法肇始于力学.物理学对物质、能量和相互作用的研究就是从力学开始的.在本书中,除突出上述力和相对运动的关系外,还在第三章刚体和流体的运动中将力学分析问题的方法,如理想模型的选取、类比法、能量黑匣子法等总结展示给读者.并利用一题多解,启迪读者全方位多角度去分析和求解问题.
4)注意和突出辩证唯物主义思想,开拓创新思维,在物理量定义和物理定律、原理的介绍和论述中,不乏点睛之笔,旨在开拓读者思路,冀能深化认识,普化内涵,对读者能起到温故知新的作用.
5)考虑到工科学生的培养特点,在本书各章的正文和示例以及复习思考题中尽可能联系物理学与生活和工程实际以及科技前言的一些课题,不尚空谈,并考虑到普通物理课程的教学要求,亦不一味骛新,适可而止.例如,对熵增与能量退化、信息熵、铁电体、压电体、磁悬浮列车、量子霍耳效应、光导纤维、STM、纳米技术、核磁共振等皆有所涉猎,有助于拓展学生的科技视野.6)本书结合有关内容,对中国古代和近现代学者的物理学贡献多有评介.迄今为止,深感在国内同类教材中对此似缺失.其实,这不仅有助于激发学生的民族自豪感,进行爱国主义教育,而且有助于引发学生去破解中国近代科学落后的原因,即被国际科学史界所瞩目的“李约瑟难题”,从而弘扬我国当前提出的自主创新和科学兴国的精神,不无裨益.
7)为了探索教学手段的现代化,本书在修订时,增加了采用计算机处理教学难点以及少量用计算机求解的例题和习题.如课文中混沌的讲解,例题中对抛体运动问题的处理,库仑力超越方程的求解等等都颇有新意.笔者认为,这种尝试有利于激发学生的兴趣,把握IT时代的挑战.
8)从整体上说,本书既全面系统,又结构严谨,条理清晰;各章节行文在突出重点的同时注重了内在的逻辑性,且文字叙述深入浅出,通俗易懂.并且论述鞭辟入里,不失其思想的深邃性,因而,本书颇具可读性.
9)此外,与第五版相比,增添和改进了许多插图,并且由于采用双色套印,达到了图文并茂的要求,令人悦目赏心.
不过,本书也存在一些有待商榷和美中不足之处,仅随想所及,提出如下一些肤见,其中有些也见诸于其他通用教材,也许无伤大雅,不足为凭.兹胪述于下:
(1)力是物体之间的相互作用,任何一种力都是接触力.可是重力和万有引力都是场力,为此可否在
谈到重力或万有引力时,简介一下引力场及引力之间的作用机理,庶几使学生不受超距作用的困惑.
(2)F=-kx不宜称为胡克定律,胡克定律是指在一定范围内,弹性体的应力与应变的关系;而F=
-kx只是表述弹簧的弹性力与弹簧伸长量的关系.应力与弹性力是两码事,应力是一个二阶张量,而力为一个一阶张量(也就是矢量);对各向同性均匀连续介质而言,例如理想流体,则应力(即压强)是一个标量,即零阶张量.其次,弹簧弹性力用“在弹性限度内”一词来作为弹簧弹性力之大小与形变成正比关系成立条件,似亦不妥,且形变与弹簧伸长量亦不能混为一谈.
(3)本书把刚体说成是一种特殊的质点系(当前许多同类教材都如是说),似不妥.刚体既由具有质
量而无大小和形状的几何点组成,那么刚体具大小和形状从何说起?似无法自圆其说.较合适的说法是否可以改成“在外力作用下形状和大小都保持不变的物体称为刚体.刚体是从实际中抽象出来的一种理想模型,在研究刚体时,可以将刚体看成由无数个体积元dV、质量为dm=ρdV的刚性质量元连续组成的一种物质系统.”其次,刚体既非质点系,那么能否用牛顿第二定律来导出刚体绕定轴的转动定律,也是值得探讨的问题.笔者倾向于从功能观念入手,探求此定律,或不加推导,迳从实验证实此定律也未尝不可.
(4)在电学部分,把E和B说成是描述场中一点客观性质或特性的物理量,似可商榷.窃以为E或
B
矢量只是描述电场(或磁场)一点强弱和方向的物理量.电场和磁场都是矢量场,描述矢量场性质的应该是通量和环流这两个物理量.而由此给出的高斯定理和环流定理才是表征矢量场规律的两条基本定理.
否则,究竟何者是描述场的性质,令人一头雾水,易引起学生的困惑.
(5)光的波粒二象性似可放在“康普顿效应”一节之后讲,可更有力地证实光的粒子性.在谈到光的波粒二象性时,本书是这么说的:“有些现象,突出显示波动性,如干涉,衍射等;另有一些现象则突出粒子
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性”,这样说似乎把光的本性看得过于简单了.实际上,可以仿照量子力学中类似于玻恩对物质波波函数的解释和德布罗意假设,来理解光子与电磁波两者之间的联系.也就是说,光的波动性是大量光子的统计平均行为,而单个光子也有波动性.这样,关于光的波粒二象性可以认为:光是由能量E=hν和动量p=
h/λ的光子组成的,其运动遵循麦克斯韦电磁场方程,呈现波动性.因此,狄拉克曾说,整个光子自身能发生干涉,但不是经典意义下的波,而是一种具有统计规律的波:一个光子在某处出现的概率正比于该处的光强.(参阅胡素芬编的《近代物理基础》)
(6)作为弦外之音,笔者建议在各章的相关内容中介绍一些环境保护和能源利用及节能方面的知识,有助于学生认识人与社会、人与自然和谐相处,才能促使我国经济建设得以持续发展.否则,难免要受到历史的惩罚和自然界的惩罚.劳民伤财,对不住子孙后代,并让读者从中逐步感受到科学全面地审视一件事物、一项工程项目的重要性,以及片面、主观、形而上学地处理问题的危害性,有助于培养学生今后在学说上证实和证伪并重的科学精神.这对本书作者们来说,也是体现“以人为本”一项义不容辞的重要使命.在将来第七版出版时,企望能看到这方面的题材.
以上所述,只是随想所及,杂陈芜见,信笔涂鸦,这些都是一家之言,恐多舛误,贻笑于方家,聊供参考,不足为凭.从内心说,也袒露我对本书更上层楼的一份期待和企盼,并对本书作者们勤于笔耕,迭出好书,表示由衷的敬意.
(上接第49页) 在多媒体教学中,必须将多媒体技术与传统教学手段有机结合起来,实现优势互补 有些教师认为多媒体教学具有传统教学模式难以具有的优势,在教学中常常完全摒弃传统的“黑板+粉笔”的教学模式,转而依赖多媒体技术;
还有些教师因课件质量不高或使用经验欠缺,在实际教学中暂时出现了一些问题,学生反响不好就一味排斥多媒体的使用.实际上传统教学手段与多媒体技术之间并无矛盾,在使用多媒体课件上课的同时,根据教学的实际需要往往少不了要即兴发挥一些内容,补充一些知识,这些都离不开传统教学手段,可以说它们在增强教学效果、提高教学质量上是一致的,其出发点都是相同的,在教学实践中不应将两者对立起来,而应将两者有机结合起来,使之相互补充.
传统的教学模式是经过长期的实践证明的一种行之有效的教学模式,当前的教学活动仍不可脱离传统的教学手段.多媒体教学由于探索、实践的时间不长,在教学过程中还存在这样或那样的问题,在实际教学中只能是辅助教学手段,而绝不能完全取代传统的教学手段.
对于高等工科专业物理教学中一般性的概念、定律、公式、结论等我们可以利用多媒体手段在屏幕上方便快捷地显示出来,这样不仅可减轻教师的体力劳动,还可节省出课堂教学时间,尤其
对物理实验现象的演示效果更佳,而对它们的解释、说明、推导过程则根据需要可在屏幕上进行分析、演绎,也可在黑板上进一步细化、讲解,这样可以使学生对重点知识的理解更加透彻,对有关公式、结论的来龙去脉更加清楚.在多媒体教学过程中教师也应该适时地提问、设疑,让学生们讨论、交流、思考,充分调动他们的主动性.我们必须根据实际情况,针对不同的对象,不同的内容特点,