求美國學(xué)生的物理書內(nèi)容

【專家解說】：美國高中物理教材《Physics—Principles and Problems》之特色分析 ──從生活走向物理 江蘇省蘇州市田家炳實驗中學(xué)　尹華 　　1 物理與生活 　　物理學(xué)起源于對自然界的觀察和研究，自然界又是人類生活的環(huán)境，因而物理學(xué)與生活具有廣泛的聯(lián)系，物理來源于生活，又為生活服務(wù)，是一門地地道道的生活科學(xué)。而物理教育也應(yīng)該構(gòu)筑在生活的基礎(chǔ)上。我國教育家陶行知先生教育思想的核心就是“生活教育”。美國教育家杜威也曾把教育的本質(zhì)概括為“教育即生長，教育即生活，教育即經(jīng)驗的不斷改造”。他認(rèn)為“生活就是發(fā)展，而不斷發(fā)展，不斷生長，就是生活?！币虼耍J(rèn)為最好的教育就是“從生活中學(xué)習(xí)”。 　　物理教學(xué)和生活緊密聯(lián)系，一方面能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生愛學(xué)、樂學(xué)?！芭d趣是最好的老師”，學(xué)生只要對學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生極大的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)過程對他們來說就不是一種負(fù)擔(dān)，而是一種享受；另一方面，還能夠使學(xué)生保持對自然界的好奇，保持對科學(xué)的探索興趣，通過長期的探究實踐形成良好的科學(xué)素養(yǎng)。 　　目前，世界各國的教育改革中都把“從生活走進物理，從物理走向社會”作為物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念。下面，我們通過美國物理教材《Physics—Principles and Problems》來介紹這一理念在國外教材中的體現(xiàn)。 　　2 美國高中物理教材中的生活元素 　　美國高中物理教材《Physics—Principles and Problems》是由美國密執(zhí)安-迪爾伯恩大學(xué)的著名物理學(xué)家保羅?齊策維茨博士主持編寫的。隨著美國《國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，本書經(jīng)過修改力圖體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)高年級（9-12）物理學(xué)習(xí)的精髓，即科學(xué)的本質(zhì)、作為探究對象的物理學(xué)、科學(xué)與技術(shù)、從個人和社會視角所見的科學(xué)等。 　　本書的編者認(rèn)為物理學(xué)遠遠不僅是一些方程和數(shù)字，物理學(xué)是關(guān)于你周圍世界所發(fā)生的事情的科學(xué)。它涉及到彩虹的顏色、鉆石的光澤和硬度，涉及行走、奔跑、騎車、駕駛和探索星際等活動。物理學(xué)的原理在玩具、球類活動、健身器材和發(fā)電機中都有應(yīng)用。在教材的第一章《什么是物理學(xué)？》就提出“雖然可怕的原子彈是眾多物理學(xué)家研制出來的產(chǎn)物，但造福人類的電子計算機和電視系統(tǒng)的集成電路芯片、用于制造吉它和高爾夫運動器材的還氧石墨材料、播放音樂的CD機、電子游戲機、錄制及播放電影的激光視盤等，也都是物理學(xué)家研制出來的?！彪S后在“你將學(xué)到什么？”中，教材又告訴學(xué)生“若你能理解，甚至預(yù)見到你周圍所發(fā)生的物理現(xiàn)象，你將產(chǎn)生一種滿足感?！笨梢?，這套教材力圖將我們身邊的物理引入到課堂中去，使學(xué)生能夠用所學(xué)的知識去解決我們身邊的物理問題。 　　2．1 引言中的生活問題 　　這套教材的突出特點之一就是各章的引言。每章開始的照片就是學(xué)生身邊物理學(xué)的例子，并在展示照片的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的問題，并以此作為本章的一條學(xué)習(xí)主線。各章引言舉例如下： 章節(jié)名稱背景照片標(biāo)題問題矢量知識登山望鄉(xiāng)GPS接受器顯示你的家在距你150km、北偏西40°的地方，但面前只有通往正北的路，若你沿這條路前進10km，那么你的家距你多遠？在什么方位？能量、功和簡單機械山地自行車運動員一種并不簡單的機械為什么騎著變速自行車能在各種地形下最省力地運動？能量過山車猛沖下來啦過山車緩緩地爬上第一個山頭，拉好你的帽子！過山車飛一般地掠過谷地，又開始爬下一個山頭。第一個山頭應(yīng)是所有山頭中最高的嗎？光的衍射和干涉甲蟲恰到好處的波長甲蟲可能是花園中令你心煩的動物，但它們往往有著美麗的外表。日光下，甲蟲的硬殼發(fā)出明亮而有金屬光澤的絢麗色彩。光的什么性質(zhì)能解釋這種非同尋常的效果呢？靜電閃電天空中跳躍的閃電在雷雨天氣，莫莉和帕雷什觀察了空中的閃電，帕雷什對閃電的圖樣留下了深刻的印象。莫莉問帕雷什：“為什么閃電能在云和地之間跳躍呢？” 　　和我國教材相比，這套教材各章節(jié)引言的標(biāo)題非常具有藝術(shù)性，所選的問題背景又貼近學(xué)生的生活，能夠以此問題為學(xué)生興趣的出發(fā)點，引起學(xué)生繼續(xù)探究的動機。而各章引言中的問題，在各章相應(yīng)小節(jié)中都成為學(xué)生自主探究的問題，使學(xué)生的探究活動更貼近生活，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)物理的過程中獲得更多的滿足感。 　　2．2 教材內(nèi)容的生活化 　　這套教材不僅在創(chuàng)設(shè)物理情景時大量使用了生活化的情景，而且在具體知識傳授中，也十分注重利用學(xué)生的生活經(jīng)驗，幫助學(xué)生對物理知識的理解。 　　例如，在講到相互作用力時，就借助于接球員接球時的情景，幫助學(xué)生理解。棒球在美國是一項非常流行的運動，很多學(xué)校內(nèi)都組織有棒球隊，絕大多數(shù)學(xué)生都有棒球運動的經(jīng)驗。借助于這一情景，就降低了學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓第三定律的難度。而在講完機械內(nèi)容后，教材又指出：“人類也是用杠桿這種簡單機械來行走和跑動的?！嗽谛凶邥r，臀部作為支點成為腳運動圓弧的圓心，身體質(zhì)量的中心作為阻力繞同種圓弧的支點運動，圓弧的半徑，就是腿骨形成的杠桿的長度，競走運動員就是通過向上擺動臀部來增大半徑以提高速度的。……”人每天都在走路，是最平常不過的事情，可原來還蘊藏著豐富的物理原理。這一段內(nèi)容安排在學(xué)生學(xué)過機械這一節(jié)后，開拓了學(xué)生的眼界，提高了學(xué)生對機械的認(rèn)識。而在講到能量這一抽象概念時，教材中還有這么精彩的一段：“錢當(dāng)然可有多種形式：錢在銀行中是存款，具有被花掉的潛在能力，即為“勢”。無論是存錢還是從自動取款機上取錢都沒有改變你所具有的錢的總數(shù)，只是從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。”教材利用學(xué)生存錢、取錢的生活經(jīng)驗，形象地說明了“勢”的含義和能量守恒的原理。這種建立在生活經(jīng)驗上的學(xué)習(xí)過程，會使學(xué)生感到熟悉和輕松，物理的學(xué)習(xí)變得不再枯燥乏味。 　　2．3 物理實驗的生活化 　　物理是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理實驗是學(xué)生獲取知識、進行知識創(chuàng)新的重要手段，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣、科學(xué)態(tài)度和提高學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的重要途徑。這套教材中的實驗非常注重生活化，實驗內(nèi)容向貼近學(xué)生的生活方向發(fā)展。 　　教材將實驗分為兩種類型：袖珍實驗室和物理實驗室。袖珍實驗室顧名思義是隨手可做的小實驗，這些小實驗通過簡單易做的活動來幫助學(xué)生理解書中的原理。例如，當(dāng)講到光的反射時，書中就設(shè)置了這樣一個袖珍實驗室。它要求將一只網(wǎng)球擲到墻上使其能反射到你的搭檔那里。預(yù)測將球擊到墻上何處才能使球沿你要求的方向運動。這個實驗僅僅利用了一只網(wǎng)球，讓學(xué)生觀察了反射原理，而且模擬出了光的粒子性。再如，在講光的衍射的應(yīng)用，提出顯微鏡用何種濾光片時，書中安排了這樣一個小實驗：晚上，遠處汽車的兩盞車燈好像混在了一起，通過你準(zhǔn)備的紅色或藍色玻璃紙看車燈，用哪種顏色能較容易地分辨開兩盞車燈？ 　　而物理實驗室中的實驗，所用器材也十分簡單，往往取材于玩具、生活用品，且很多實驗并沒有現(xiàn)成的實驗方案，需要學(xué)生自己設(shè)計。如力學(xué)部分，共有“紙塔”“謎點”“運動概念”“紙河”“小球追汽車”“乘電梯”“擲壘球”“軌道”“爆炸”“你的功率”十個實驗。其中“謎點”“運動概念”“小球追汽車”“擲壘球”“你的功率”都需要自己設(shè)計實驗。而“運動概念”“紙河”“乘電梯”“擲壘球”“你的功率”這些實驗還需要在實驗室外進行。這十個實驗所需的器材有：白紙、透明膠帶、剪刀、金屬線、地磚、尺、天平、秒表、繩子、電動小車、量角器、紙帶、彈子球、木塊、坐標(biāo)紙、彈簧測力計、壘球、圖釘、夾子。我們僅看這些隨手都能拿到的器材，很難想象用這些器材竟能做十個實驗。而這些實驗很多又以游戲的形式進行，使得學(xué)生興趣盎然、積極參與，真正做到了寓教于樂。 　　2．4 教材中的生活化欄目 　　這套教材設(shè)置了多個欄目，其中“物理學(xué)與社會”“它是如何工作的？”“物理學(xué)與技術(shù)”這些欄目的內(nèi)容大多取材自生活。如“物理學(xué)與社會”設(shè)置了“研究工作”“評估危險”“潮汐能”“預(yù)報地震”“你可以帶著它”“用電子計算機幫助殘疾人”“電磁場”“機器人領(lǐng)域的革命”八個內(nèi)容。在“研究工作”中介紹了“研究經(jīng)費誰來資助？”“怎樣獲取資助？”“誰將獲利？”三個問題，并在最后要求開展辯論：“美國政府是應(yīng)該資助空間科學(xué)研究計劃，還是應(yīng)將這部分資金用于更多的人道主義研究方面？”。而在“用電子計算機幫助殘疾人”的內(nèi)容中，要求學(xué)生找出所在社區(qū)里殘疾人使用的工具并說出這些工具給他們帶來了那些便利。這些似乎與物理毫無關(guān)系的問題，在我國的物理教材中是從未出現(xiàn)的，但這樣的問題緊緊聯(lián)系社會，讓學(xué)生融入社會生活，從中也體現(xiàn)出了美國的人文精神。而在“它是如何工作的？”“物理學(xué)與技術(shù)”中介紹了許多生活用品的工作原理，如電子計算器、拉鏈、家里汽車內(nèi)的全球定位系統(tǒng)、高技術(shù)含量的網(wǎng)球拍、DVD光盤等。 　　2．5 物理習(xí)題生活情景化 　　楊振寧教授說過：“很多學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成一種印象，認(rèn)為物理學(xué)就是一些演算。演算是物理學(xué)的一部分，但不是最重要的部分，物理學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的，絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。”物理學(xué)的根源是現(xiàn)象，而現(xiàn)象來源于生活。給學(xué)生的習(xí)題創(chuàng)設(shè)生活背景，也就是為學(xué)生創(chuàng)造了與真實生活“親密接觸”的機會，讓學(xué)生感受到物理就在自己的身邊，并且最終達到學(xué)以致用的目的。 　　《Physics—Principles and Problems》這套教材的復(fù)習(xí)題也體現(xiàn)了這一特點。尤其是其中的“批判性思考題”別具新義。如：當(dāng)你日落時分在城里駕車出游，城里到處是裝有玻璃幕墻的建筑物，你可能被反射過來的落日余輝搞得什么也看不見，你可用戴偏振眼鏡的方法解決這一問題嗎？又如：H．G．威爾斯寫的一部名為《隱身人》的科幻小說中，人喝了一種藥水后就變得看不見了，但他還具有其他功能。試說明為什么隱身人是不可能看見東西的。 　　而在“更深入一步”中有這樣的任務(wù)：“當(dāng)你在商店里打工時，要將貨箱搬上離地12m高的閣樓。現(xiàn)有30個貨箱，總質(zhì)量為150kg，要你盡可能快地把它們搬上去，故你要考慮不能每次只搬一箱。但若你一次搬得過多，上樓的速度就非常慢，還要常停下來休息；若每次只搬一箱，你又要把大量的能量耗在提升自己重力方面。你身體可以提供的功率如圖那樣取決于你搬的箱子數(shù)。這種曲線既適用于人也適用于機械，求出最省時間的每次搬運的箱子數(shù)，你用多長時間來完成這一工作？（忽略下樓，搬起和放下箱子等時間）”美國的學(xué)生都有在假期打工的經(jīng)歷，或許這一問題的答案正是學(xué)生們迫切想知道的。 　　3 借鑒 　　新課程改革正在我國逐步實施，在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中對物理教學(xué)與生活的關(guān)系有明確的描述。要求學(xué)生能嘗試運用有關(guān)的物理知識和技能解釋一些生活中的問題；嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題；有將物理知識應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題。在這樣的大背景下，借鑒國外教材的成功經(jīng)驗，在教材中將物理與生活更好得結(jié)合起來，就更具有現(xiàn)實意義。