对人教版高中实验教科书《物理》选修3中几个问题的探讨，本文主要内容关键词为：对人论文,几个问题论文,教科书论文,物理论文,高中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、对教科书“开尔文表述”教学的思考
1.问题的提出
人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》（选修3-3）对热力学第二定律（具体内容请参阅教科书或http://www.pep.com.cn/wlgjcjfzy/index.htm）的编写较以前的相关版本有了很大的变化，主要是从探究的角度说明热力学第二定律。其中教科书对开尔文表述的讲解，令学生感到不容易理解。热力学第二定律虽不是高中教学的重点，但却是难点。高中教科书对热力学第二定律的表述方式与其他物理定律的表述方式有一个显著的不同，它是用否定语句表述的，特别是开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。其中连用了两个否定，并使用了“单一热库”“其他影响”等学生陌生的词语，使学生感到深奥难懂。而使学生感到更加困惑的是：如何利用开尔文表述解释“第二类永动机是不可能制成的”。作为中学教师，我感到我们不能回避难点，应正视教学实际，找出教学的软肋，探寻其中的根源，寻求解决问题的办法。
2.对“思考与讨论”的调查
教科书选修3-3第73页的“思考与讨论”如下：
地球上海水的总质量达1.4×
kg。如果把这些海水的温度降低1℃，放出的热量就达9×
kW·h，足够全世界使用4000年。这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以叫做第二类永动机。前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机。
学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗？
针对教科书所提的问题，我做了三方面的调查：
(1)我校高二新生最好层次的两个班，每班只有一位同学能较勉强地解释。这两个班的学生针对开尔文表述及“思考与讨论”提出了40多个令他们困惑而又有价值的问题。
(2)我调查了二十多位高中物理老师，老师们认为很难给予合理地解释。
(3)对我校高三理科班838位学生进行调查，时间是2006年4月15日，其中只有2人能给予合理地解释，另有10人能较勉强地解释，其他学生都不能解决该问题。合理的解释是指：能够说明热机工作需要热源和冷凝器，工作物质工作时要消耗部分能量并结合所给情形进行分析。较勉强的解释是指：能隐约指出有温度差的情况下才能进行热传递，单一热库不能进行热传递。值得我们注意的是，这一届学生的教科书为人教版《物理》第二册 （试验修订本，必修加选修），该教科书中明确地写道：
能不能制造前面设想的那种热机呢？这种热机没有冷凝器，只有单一的热源，它从这个单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化。不能！人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。
从以上三方面的调查可以看出，“开尔文表述”及“思考与讨论”的难度可见一斑。如何处理这一难点，是教科书的编者和教师们都必须思考的问题。
3.教科书中存在的问题
(1)教科书表述不清。
①热机组成的要件不明确；
②热机工作过程及能量分布关系不清楚；
③开尔文的表述没有做到顺理成章，水到渠成；
④对一些关键的词语没有解释清楚。如“单一热库”“其他影响”等；
⑤相对于有实物的第一类永动机来说，这种想象中的第二类永动机的情景不清晰，太抽象。
(2)本节有以下结论，但未做任何通俗化地解释。
①工质吸收的热量还是不能全部变成功；
②例如，汽车排出气体的温度一定比空气的温度高，它会向空气散热；
③热机在工作过程中必然排出部分热量；
④火箭不可能喷出与环境温度相同的气体；
⑤不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响；
⑥热力学第二定律的上述两种表述是等价的，可以从其中一种表述推导出另一种表述；
⑦其实，宏观过程的不可逆性都是相互关联的，由一种过程的不可逆性可以通过推理得知另一种过程的不可逆性。
当然，在高中阶段，有些问题我们无法给学生讲清楚，也没有必要讲清楚。如“宏观过程的不可逆性都是相互关联的，由一种过程的不可逆性可以推理得知另一种过程的不可逆性”。
4.对教科书编写的建议
(1)教科书的编写应由浅入深、由现象到本质，从发现问题到探索问题，最后解决问题。能够把“大意境”写成“小视角”，再加之生动图片解释，将本节写得通俗易懂。
(2)暂时说不明白的，就不要说。一本好的教科书，学生通过阅读就能对基本内容有所了解。本节的内容学生学完了，还是不清楚。本节知识难理解是一方面，教科书没有解释明白是另一回事。
(3)编写的思路：开尔文为什么会用这种形式表达一个规律？从学生的认知特点考虑，最好介绍相应的物理学史，可简明扼要地交代卡诺循环关于热机效率的问题。建议教科书以一实际的热机引入（这种表述虽然不严格，但能够在具体实物中让学生明白其中深奥的道理），说明什么是高温热源、什么是低温热源（冷凝器），工作物质等，并说明这是热机构造中不可缺少的组成部分。借助实例将上面所谈“教科书中存在的问题”尽可能地加以说明。
(4)对“熵”编写的建议：“熵”的教学是本章的另一个难点。除教科书的叙述外，从学生的认知特点出发，是否让学生从宏观上把握引入“熵”的意义？建议教科书做如下介绍：克劳修斯为热力学引入了极为重要的状态函数——熵，并且将热力学第二定律改述为关于熵的数学不等式ΔS＞0，即熵增加原理（这种表达展示出物理学的定量表达的科学性，让学生感到有“据”可依）。克劳修斯将熵称为物体的变换容度(transformation content)，即物体的转变含量。他建议称量S为“熵”(entropy)，它是由希腊文中“变换”的词引入的。克劳修斯写道：“我有意把这个字拼为entropy，以便与energy（能）尽可能地相似，因为这两个字所表示的量，在物理学上都具有重要意义，而且关系密切，所以名称上的相似，我认为是有好处的。”还可以进一步启发学生，在热力学第一定律ΔU=Q+W中，也引入了态函数U，让学生明白物理规律的描述离不开态函数。这样，学生能全方位地理解“熵”这一概念，并进一步深化理解开尔文表述，认识到开尔文表述不是只能单纯的用否定语言来表述。
二、美中不足
人教版教科书堪称极品，笔者所指出的错误，可能是鸡蛋里挑骨头。但是作为学生学习的第一用书，我们仍然希望它成为真正的无瑕疵的极品，给师生们一个极美的享受。
1.印刷错误
(1)圈内不应有填充色。
教科书选修3-3第45页图9.2-4（如图1所示）甲中的棉线圈被烧热的针刺破棉线圈里的薄膜，由于薄膜的表面张力的作用结果，使得棉线圈被拉成圆形，故圈内无薄膜。建议更改为如图2乙所示情景
(2)C点位置有误。
教科书选修3-2第35页图5.1-3中的甲图（如图3所示），是交流发电机的示意图。C点表示CD边长的端点，C点位置建议修正为图4所示。
2.图示与题解不对应
教科书选修3-3第29页图8.3-2（如图5所示）是例题的图示，由题解可知，图中A点应对应（
）且B点至T轴段不能使用实线，因为这一段没有对应的变化过程，应为虚线，表示数据标度格。建议更正为图6所示。
3.面积
的表达有误
教科书选修3-2第10面“问题与练习”第7题如下：如图7所示（原图4.2-15），固定于水平桌面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时，磁感应强度为
。此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导这种情况下B与t的关系式。
图7
教参解答 为了使MN中不产生感应电流，必须要求DENM构成的闭合回路的磁通量不变，即
分析 以上解答中由于表达不妥，导致所求磁感应强度B随时间t变化的关系式有误。建议修正为：为了使MN棒中不产生感应电流，必须要求DENM构成的闭合回路的磁通量不变，即
以上所言，只是我们初次试用教科书的一点不成熟的理解和看法，敬请专家和同仁指正。