高中物理教材大吐槽:如何改进有问题的教材?

齐之侯

2015-06-25 16:49 来源:澎湃新闻

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高中物理教材大吐槽:如何改进有问题的教材?
高中物理教材大吐槽:除了做题打鸡血,还能教点儿别的吗?【点击图片查看详情】
【编者按】
        本文为中学教材吐槽系列之物理部分下篇。上篇请点击上方链接阅读。
过分简化的科学家故事
       在过去几十年流行的科普里,关于科学家的故事经常简单化处理,给人的感觉是,科学家们的伟大发现都是天马行空的神来之笔,灵光一闪就成功了,其中的努力过程会用“努力思考、认真研究”几个字简单概括。实际上这种科普方式极其误导读者,它让读者看不到科学家对前人的继承-发展关系,也没有反映科学研究的真实过程,伟大的科学发现更不是“一拍脑袋”或者“艰苦思考”就可以成功的。
       这套教科书里介绍性的文字虽然不多,也同样沿袭了这样简化处理的方式,而且就在这些文字当中,也存在不符合历史事实的说法。比如编写者说“牛顿小时候资质一般,学习成绩并不好”,实际上牛顿从小就是学霸(这里可能是想讲述励志故事,可没写完整);编写者说牛顿自己讲述是“看到苹果落地启发万有引力思想”,实际上“苹果落地”是牛顿去世后他侄女讲述、由伏尔泰写出来的故事,这个故事被后人做了许多夸张的演绎。自20世纪以来,已经不断地有学者梳理了这个故事的由来,指出它是不可靠的。
       在讲述相对论的时候,编写者说爱因斯坦在16时想到了“赶上光线”会如何,“经过十年思考”发表了狭义相对论,也过于简化。爱因斯坦从16岁到26岁,经历了中学、大学、工作,变化如此之大的十年,简单用“十年思考”四个字概括实在是太不合适了,给人的感觉是只要“努力思考”,就能做出伟大突破(许多民间科学家也因此视爱因斯坦为模仿对象)。实际上爱因斯坦在这期间接受了完整、严格的科学训练(他就读的瑞士联邦理工学院是世界一流名校),尤其是潜心研读前沿的科学文献,紧跟科学界主流研究,这样才能了解科学前沿的问题和疑难,而不是只是天马行空的“思考”就能创新。
别光黑亚里士多德,他也是现代文明的奠基人
       每一代科学家都是在前人成果和遗留问题的基础上进行工作的,因此学习物理(其实任何学科都是)既要了解前人的成就,又要了解不足之处,才能进行创新。但我们在讲伟大科学家故事的时候,过分否定了前人的成就,为了突出某人的伟大,就把前人描写成“荒唐”甚至“反动”,却忽视了前人奠定的研究基础。这种“彻底否定”尤其体现在我们的教科书抹黑古希腊哲学家亚里士多德的现象之中。
       在谈到自由落体规律时,伽利略已经证明亚里士多德的落体学说是错误的了。编写者在“参考资料”里介绍说(基础型I第一册P46):
       亚里士多德(Aristotle,公元前384—公元前322年)是古代哲学家和思想家。他在当时被认为是古希腊哲学家中最博学的人物,他的著作被看作是当时的百科全书。他是最早研究运动问题的古代学者。他根据一块石头比一片树叶落得快等日常观察到的事实,认为重的物体比轻的物体坠落得快。他的这一错误论断符合人们的直觉,流行长达2000多年之久。
       接下来介绍了伽利略思想实验(编写者可能忘了前面说他亲自做过比萨斜塔实验了)。可能很多人没有注意到,这个思想实验所使用的“归谬法”恰恰是亚里士多德在他的逻辑学著作里提出来的方法。
       在讨论惯性的时候,教科书又一次把伽利略和亚里士多德做对比,让亚里士多德来扮演反面角色,被证伪和嘲笑(这次批判的是“力是维持物体运动的原因”)。这次又介绍了一遍(基础型I第一册P74)
       古希腊杰出的思想家亚里士多德是古希腊学术的集大成者,但是,亚里士多德的思想体系存在着极大的缺陷,那就是只注重对自然现象的某种解释,而不考察其实质。在现代人看来,亚里士多德的许多结论是非常荒唐可笑的,  然而,教会的力量使亚里士多德的思想统治人类的思想将近2000年。
       首先,我还是要指出编写者的历史素养问题。这两处都指出“错误论断……流行2000多年之久”,“教会的力量使亚里士多德的思想统治人类的思想将近2000年”,实际上这种说法才是“非常荒唐可笑的”。对中世纪略有了解的人就会知道,在罗马帝国灭亡之后,古希腊古罗马的文明濒于消失,幸好在拜占庭和阿拉伯文化中保存下来。亚里士多德呢,他绝大多数著作在拉丁欧洲实际上失传。公元10—12世纪,古希腊典籍才被大量从阿拉伯文翻译成了拉丁文,其中就包括托勒密的《至大论》和亚里士多德《物理学》。也就是说,在此之前,基督教根本就不知道亚里士多德是何许人也,直到12世纪欧洲人才惊讶地发现亚里士多德已经在物理、逻辑、生物各个学术领域里作出了如此伟大的贡献。
       因此,亚里士多德被供上神坛,奉为绝对正确,从13世纪初开始,前前后后也不过只有300多年的时间,何谈“2000年”,更何谈“全人类”呢?我们教科书和科普书奉送的这顶高帽,亚里士多德是戴不起来的。
       其次,崇拜亚里士多德的,不只是基督教会,当时欧洲的学者们都是如此。因为当时欧洲刚从文化上极其落后的状态下重新发现了古希腊文明的辉煌成就,学者们如饥似渴地吸收古代文化唯恐不及,对古希腊尤其是亚里士多德产生崇拜情绪是非常自然的事情。其实即使在这套教科书对亚里士多德的介绍中,我们已经可以觉察到一种矛盾心态,编写者在嘲笑的同时也不能不承认他是“集大成者”“百科全书”。
       今天的科学史研究已经承认,中世纪并不是完全“黑暗”的,中世纪欧洲学者对古代典籍的翻译和研究,为文艺复兴和科学革命奠定了基础。教材编写者在这里嘲笑亚里士多德思想体系“存在极大的缺陷”“许多结论是非常荒唐可笑的”这种评价是非常轻佻和不负责任的。这种否定性评价是把科学(哲学)当作“正确”的代名词,不许前人“犯错误”。实际上,自然科学和社会科学领域,每一代学者检验前人的工作成果时,都会发现许多“错误”,科学体系正是在学习前人、发现错误、超越前人的基础上成长起来的,而且这些“错误”决不是“荒唐可笑”的。
       每一代人也首先是学习前人的成就,然后才谈得上创新和变革。因此即使革命性的伟大科学家,也至少在某些方面仍然在沿袭前人的做法,自觉或不自觉地继承传统。比如哥白尼的《天体运行论》无论从体例到数学方法,都与托勒密《至大论》如出一辙,甚至其指导思想也是为了实现古希腊学者柏拉图提出的用完美圆周运动来描写行星轨道,以至于科学史上称哥白尼为“最后一位古希腊天文学家”;伽利略的“归谬法”来自亚里士多德,他发表著作讨论新科学使用的也是古希腊常见的对话体;牛顿划时代的巨著《自然哲学的数学原理》所用的数学方法是古希腊的几何运算体系。当我们做出评价的时候,应该弄清楚他们的继承与革新具体在何处,而不是认为新的都好,旧的全坏,把前人谩骂得一无是处。了解前人的错误是怎么发生的,比简单否定要重要得多。
       其实,亚里士多德自己从来没有说过自己是“绝对正确”的,从他的名言“我爱我师,我更爱真理”(I love Plato, I love truth more.)可以看出他是拒绝个人崇拜,把真理置于对前辈的热爱之上的。
       把“中世纪”“亚里士多德”树成靶子的,是启蒙时代的伏尔泰等思想家们,他们为了彻底颠覆教会传统,树立科学的“英雄史观”,就要寻找敌人,于是教会统治的“黑暗”中世纪、中世纪学者崇拜的亚里士多德就不幸中枪倒地了。
只教做题的教材如何能传授物理思想?
        在我印象里,上海是提倡“素质教育”比较早也实行比较好的城市,各个中学都有特色教育,还有“英才”班之类的。据说很多中学实验室配置相当高,有的设备连一般大学都添置不起。可这套教材却完全呈现了另外一种面貌,让人大跌眼镜。
       编写者自己对这套教材估计还是很自豪的,在前言里说(基础型I第一册P6—7)
       “物理探索之旅”可以说是我们这套教材的别名……
       我们不应满足于成为“解题能手”,而应当成为善于用物理思想和物理方法解决问题的人。
       编写者在结语“可爱的物理学”里说(基础型II第二册P71)
       学习物理学的过程是一项激动人心的智力探险活动,它鼓励年轻人投身科学并拓展我们关于大自然知识的疆界。
       编写者还说(P73)
       可以这么说,我们现在知道的东西肯定比亚里士多德知道的多,甚至超过了牛顿,但是我们的智慧、热情、对自然之谜的追求不一定随着我们的知识的增加而增加。要成为物理学这个活体的一个脑细胞,首先需要你的大脑是一个活体,而不仅仅只是一个知识的容器。
       这样的立意还是很高的。主持编写的人还特地设置了许多栏目来让学生做不同方式的探索,比如“大家谈”“探究研究”“拓展联想”“自主活动”“学习包”“英语角”(一段英文物理知识),用相当大的篇幅设置了实验专题;还有三本书作为“拓展型课程”。可惜的是,这样的设想完全没有达到目的,或者说,栏目设置只是表面形式,贯穿于整套教材的,依然是(赤裸裸的)应试教育思想。真令人怀疑编写者的大脑就是他们说的“知识的容器”,仅仅具有应付考试的知识。
       在“基础型”4本教材里(高一高二各2册),随处可见以应用题形式出现的环节,出题、解题、讨论,各个步骤极其详细。经过这样的过程训练,学生学到的,并不是物理思想,只是应该如何应付考试。那些栏目设置,也多数成为“做题”的另一种形式。
       除了“基础型”教材之外,名为“拓展型”的三册教材(高一2册,高二1册)怎么样呢?那里面除了少数标星号的章节是不做考核的阅读材料之外,大多数章节其实是更赤裸裸的题目和详细解题过程。所谓的“拓展”,只不过是一套习题集,让学生会做更多的应试题目而已!
       “自主探究”这个栏目多为填空题,例如,物体的重力势能与它的_和_有关(基础型I第二册P48)
       “自主活动”(基础型I第二册P59)里设置一个物体在斜坡上下滑,计算在两个位置的机械能,以帮助学生了解机械能守恒规律。可整个过程看下来,就是一次做题过程;而且边栏上就给出了这两处机械能的表达式,也就是说,连答案都给出来了,这算帮学生学习,还是在作弊呢?
       “学习包”看似让学生自主阅读思考,其实编写者也给包办了。在关于太阳能的阅读材料里,编写者要同学们提出问题来进行讨论,结果编写者抢先把问题列出来了(基础型II第一册P19)
       看完以上材料请同学思考,并提出一些问题进行讨论,例如可以提出:
       1.太阳能是取之不尽的吗?
       2.为什么现在还不能普遍地用太阳能代替其他能源?
       3.如何用人工方法获取并储存太阳能?
       4.如何提高太阳能转化为内能的效率?
       同学们还可提出其他问题。
       针对第4个问题,请同学思考与讨论:如何通过实验来研究提高太阳能转化为内能的效率的方法。
       研究方案提示:……
       接下来,编写者又替学生把所谓“探索实验”每一个细节都规定好了,详细列出实验步骤(附赠空白图纸)。学生只要按书上规定的步骤操作,最后填写上几句“实验结论”就好了。这哪里是“学习包”,这分明就是一份完美到满分的实验报告!
       整套教材都在强调使用“数字化信息系统(DIS)”,编写者称之为“现代实验技术”,在介绍DIS时(基础型I第一册P25),编写者配了一幅插图:两个年轻人拉着皮尺测量距离,一个白发苍苍的白大褂老爷爷举着自动测距仪测量距离,(科学家=老爷爷,这也是几十年前对科学家的刻板印象了)。
       虽然是“现代实验技术”,可编写者还是固执地在每一次实验环节,把实验报告完整地抄写了一遍(只留下若干空白给学生填写)。每个实验都在课本上用插图形式给出了一份实验记录纸,有的是空白的,有的是带有实验曲线的。可笑是的,在某些空白实验数据记录纸之前,编写者已经完整地描述了实验曲线的形状(如基础型II第一册P4)
       这套教材用了如此之大的篇幅呈现了详细的做题过程,和完整的实验报告,编写者们应该是把自己的教案直接印出来了,编写者们想必是善于写漂亮教案、善于应付考试的“优秀教师”,但决不是能带领学生探索大自然的“导师”。使用这样的教材也丝毫谈不到素质教育,只不过是变本加厉的应试教育。
编写教科书奈何知法违法?
       在每本教科书里都有一个声明,指出按照著作权法,可以在未经允许情况下引用文字或图片作品,“但应当按照规定支付报酬,指明作者姓名、作品名称”。这说明编写者们还是了解著作权法的,并且说明“我们已尽量寻找原作者支付报酬”。
       英文原版书或一些引进版书上,在书末尾一般都可以看到至少一两页版权信息,指出图片的拍摄者或授权方。这套教材中数百幅插图,有些简单的图示可以根据需要重新绘制,但大多数照片明显引用他人的。不过翻遍全书,几乎没见到哪幅图片作品、哪段引用文字作品指出了作者姓名(也没说明是编写者绘制或改写),这一点已经违反了编写者自己引用的法律条文。
       当然大多数图片的质量都很差,也只有邮票大小。有些图片还不知所谓,比如在讲述静电时,为了说明静电存在危险,就配了一张“中央电视台在实验室拍摄的‘静电使火箭弹模型意外爆炸’的照片”(基础型II第一册P39),这说明图片出处是“中央电视台”,但依然不算署名。
       唯一给出引用出处的是一篇谈印尼大海啸的文章(仍然没有署名),编写者说明是来自2005年2月《科学世界》杂志上。于是我致电《科学世界》主编咨询,主编表示编写者从来没有联系过杂志社;我又请主编提供了作者姓名,是中国地震台网中心的赵勇和崔秋文,崔秋文先生在电话中也表示从未知道被引用这件事,更不要说收到稿酬了。
       看来,中国式“潜规则”又一次以其荒唐的形式得以体现。编写者明明知道法律条文的规定,遵守法律的成本也并不高,可仍然没能遵守法律。也许是因为在出版领域这种事情太常见了,以至于太多人这么做,那么这套教材的编写者也就心安理得这么做了。这可能并不是故意要省一笔版权费,只是一个习惯行为。无论哪一种情况,都令人心寒。编写者并不是教育家,但也可以说是老师里的老师,如果老师都这么做,那么能教导出什么样的学生呢?
改进意见
        北京大学教授钱理群先生非常关注中小学基础教育,曾经在南京师范大学附中、北京大学附中和北京师范大学实验中学开过选修课,但令他意外的是,尽管学生很爱听他讲课,选课人数却逐渐凋零,—位学生在写给钱理群的信里说了老实话:“钱教授,我们不是不喜欢听你的课,而是因为你的课与高考无关,我们的时间又非常有限;我们宁愿在考上北大以后再毫无负担地来听您的课。”
       教育部基础教育司请他参与制定新课标的时候,打动他的话是,“我们教育界已经推不动了,正因为你外行,借助外力才有可能推动。”但当钱理群先生真正介入到中学教育之后,却接到了匿名电话,“他说钱教授您好好在北大待着,中学是我们的地盘,你来这里干什么。” 他用“针插不进、水泼不进”来形容应试教育的坚固。(钱理群“告别教育” http://www.infzm.com/content/80765 )
       但是我觉得,就算应试教育暂时无法改变,那么也要有质量更好的教材来指导教育。因为教材是教师和学生最重要的读物,尤其是对于教育资源不那么丰富的学校和学生来说,有可能是他们唯一的读物。
       在上海某国际学校讲授物理课程的一位老师说,一些上海知名中学的学生来他们学校参加出国考试SAT2学习时,表现得基础知识不够扎实,知识面狭窄,物理思维能力不高。我不知道这些学生的表现,是否与他们使用这套教材有关。这样一本漏洞百出的“习题集”,居然能够使用近十年未改版,实在是令人匪夷所思。
       要改进中学教科书的质量,首先应该改变目前这种“集体写作”的形式,尤其是“华东师范大学、浦东新区社会发展局主持编写”这种奇怪的组织形式。国际学校主流的物理教材(AP、A-level、IB等课程)撰稿人一般不超过三位,也有多种教材可选。
       这套教材编写者的文笔很差,较长的段落行文啰嗦,逻辑性差。而给中学的教材应该是内容丰富、紧跟时代的一种读物。至少在我看来,教科书对学生的影响太大了,它首先应该是一本让人爱读的书。在对比中西方教育时,许多人都在强调西方中小学教育的“大阅读量”训练,有大量阅读习惯的学生到了中学阶段会明显占据优势。教科书本身就应该提供大量的阅读材料,而不是变身习题集。
       负责撰写教科书的人,应该是既有文学素养,又热爱物理学、经过良好的科学训练背景的科学家,或者年轻教师。实际上国际、国内大学里所用的教科书,大多数是只有一两位作者。在上海的中学里,有许多新教师是硕士、博士甚至有海归背景。上海市教育部门应该出台政策和基金支持,鼓励热爱物理教育的个人撰写教科书,形成多种试用本。1~3位作者个人撰写教科书,结构也会更严谨、流畅,避免许多人合写的碎片化感觉。
       这套教材内容如此之多,但没有给出任何一篇参考文献(这大概也是错讹百出的原因之一)。国外教科书或科普书的另一个特点是会给出大量的参考文献和拓展书目,这就进一步帮助学有余力的学生开拓视野,学生也能够通过阅读了解更多的科学观点,避免被教科书的一家之言所束缚。
       再有一点就是要经常更新。国外好的教材,无论中学还是大学,都是一两年就更新一版。这样方便在教学过程中发现问题,或有更好的表述方式,新的科学进展,及时传递给教师和学生。这套教材存在如此之多的硬伤,还长期未更新版本,早就应该被淘汰了。
        (全篇完)

责任编辑:谢秉强澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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