美國高中物理教材習(xí)題取材的生活視角及啟示

常曉慧++侯恕++陳榮環(huán)

摘要：本文選取美國高中物理教材《Physics：Principles and Problems》中較典型的習(xí)題，從日常生活、體育生活、文化生活三個(gè)維度介紹美國高中物理教材習(xí)題取材的生活視角，并闡述了對我國新一輪課程改革教材習(xí)題編制的啟示

關(guān)鍵詞：美國高中物理教材；習(xí)題；啟示

作者簡介：常曉慧（1992-）女，河北人，物理課程與教學(xué)論專業(yè)研究生在讀，主要從事物理教育研究；

侯?。?966-）女，副教授，博士，主要從事物理教育研究.

美國當(dāng)前的主流教材《Physics：Principles and Problems》（《物理：原理與問題》以下簡稱《原理與問題》）中的大部分習(xí)題都是從學(xué)生生活的視角出發(fā)本文選取其中的幾個(gè)習(xí)題從日常生活、體育生活、文化生活三個(gè)維度介紹美國高中物理教材習(xí)題取材的生活視角，并闡述對我國新一輪課程改革教材習(xí)題編制的啟示

1美國高中物理教材習(xí)題賞析

11從日常生活取材

習(xí)題1一種澳大利亞生產(chǎn)的軟飲料有“低熱量可樂”的標(biāo)簽，且標(biāo)簽上標(biāo)明“100 mL產(chǎn)生17 kJ的熱量”，這罐可樂有375 mL凱特拉喝了這罐飲料后，想通過爬樓梯的方式來消耗此次輸入的熱量如果凱特拉的質(zhì)量是650 kg，那么為了達(dá)到目標(biāo)，他需要爬多高的樓梯？[1]

解析：本題選自《原理與問題》第12章“熱能”章末評估習(xí)題的66題，市場上普通的可樂每100 mL產(chǎn)生熱量180 kJ，約是題目中“低熱量可樂”的100倍根據(jù)題意可知一罐“低熱量可樂”產(chǎn)生的總熱量為6375 J，要消耗這罐飲料的熱量需要克服自身重力做功，凱特拉的質(zhì)量是650 kg，因此需爬約10 m高的樓梯，而普通可樂則需要爬1000 m高的樓梯

習(xí)題2試用化妝品的顧客的鼻子高300 cm，她站在凹面鏡前600 cm處，凹面鏡的焦距為140 cm用下列方法求顧客鼻子的像距和像高

a按比例繪制光路圖

b面鏡公式和放大率公式[2]

解析：本題選自《原理與問題》第18章“折射和透鏡”章末評估習(xí)題的115題，按比例繪制的光路圖如圖1所示，由圖可知，此時(shí)顧客的鼻子在凹面鏡中成正立放大的虛像

根據(jù)面鏡公式1f=1di+1d0（f為凹面鏡焦距，di為像距，d0為物距），可知像距di=-105cm，根據(jù)放大率公式m=hih0=-did0（hi為像高，h0為物高），可知顧客鼻子的像高h(yuǎn)i=525cm

以上兩個(gè)問題均選取自學(xué)生的日常生活，很多學(xué)生喜歡喝可樂，可樂是熱量很高的飲料，很容易使人發(fā)胖，問題1中“軟飲料”的熱量卻非常低通過該題，學(xué)生對“軟飲料”的熱量有了一個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)，并且會(huì)引起學(xué)生對“軟飲料”的好奇心以及進(jìn)一步研究照鏡子是每個(gè)人每天都會(huì)做的事情，問題2中可以把鼻子變高的“美人鏡”會(huì)引起學(xué)生極大的研究興趣這些貼近學(xué)生生活的情境設(shè)置，不僅可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的親切感，使物理學(xué)習(xí)變得充滿趣味性，而且可以使學(xué)生將自身的生活經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)的物理知識(shí)聯(lián)系在一起，從而對所學(xué)的物理知識(shí)形成更立體的認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善同時(shí)也可以使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察生活現(xiàn)象的習(xí)慣，愿意更積極地體驗(yàn)生活，形成思考問題和分析問題的習(xí)慣

12從體育生活中取材

習(xí)題3你正在坐著觀看棒球比賽，突然一個(gè)界外球朝你飛來你準(zhǔn)備用手接住這個(gè)球?yàn)榱吮ＷC安全，你的手是迎著球靜止不動(dòng)，還是順著球的運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)？為什么？[3]

解析：本題選自《原理與問題》第9章“動(dòng)量與動(dòng)量守恒”第47題，考查動(dòng)量定理的知識(shí)，用手接棒球時(shí)，順著球的方向移動(dòng)手，可以延長手與棒球的作用時(shí)間，根據(jù)動(dòng)量定理，可以減小球與棒球之間的作用力

習(xí)題4如圖2所示，體操運(yùn)動(dòng)員正在練習(xí)一個(gè)常規(guī)動(dòng)作首先，她用手握住高杠，用力搖擺她的身體，倒立于高杠上，又環(huán)繞高杠旋轉(zhuǎn)然后，她用雙手抱住雙膝，以這個(gè)姿勢離開高杠，最后她直立向上用雙足落地

a在體操運(yùn)動(dòng)員常規(guī)動(dòng)作的第二與最后這兩步中，分別環(huán)繞什么軸自轉(zhuǎn)？

b將她三個(gè)姿勢的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由大到小排序

c將她三個(gè)姿勢的角速度由大到小排序[4]

解析：本題選自《原理與問題》第9章“動(dòng)量與動(dòng)量守恒”第88題，主要考查角動(dòng)量守恒的知識(shí)，運(yùn)動(dòng)員在高杠上旋轉(zhuǎn)時(shí)，以高杠為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)重力圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸（高杠）產(chǎn)生外力矩，使人體向下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)員靠慣性和自身做功，使人體向上轉(zhuǎn)動(dòng)離開高杠，人體在空中旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸過人體的重心，外力矩為零，角動(dòng)量守恒因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量I = Σ mi r2i ，所以人體質(zhì)量越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸分布，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，運(yùn)動(dòng)員雙手抱住雙膝，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，落地時(shí)，運(yùn)動(dòng)員身體打開，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又增大空中旋轉(zhuǎn)的過程中角動(dòng)量守恒，角動(dòng)量J=Iω，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，角速度越小，因此雙手抱住雙膝后，角速度增大，運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)得快，而身體打開準(zhǔn)備落地時(shí)，角速度減小，運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)速減小

以上兩個(gè)問題都是從體育運(yùn)動(dòng)中取材的，棒球是美國中小學(xué)生最喜愛的運(yùn)動(dòng)，學(xué)生有豐富的直接經(jīng)驗(yàn)，體操運(yùn)動(dòng)則是極具觀賞性的體育運(yùn)動(dòng)，深受體育愛好者的喜愛，以這些體育運(yùn)動(dòng)為題材，可以增加學(xué)生的親切感，提升學(xué)習(xí)物理的興趣，增加物理學(xué)習(xí)的趣味性，同時(shí)這樣的習(xí)題編制可以充分利用學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，加深學(xué)生對物理問題的理解，使學(xué)生形成對物理知識(shí)更立體的認(rèn)知，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

13從文化生活中取材

習(xí)題5在希臘神話中，上帝懲罰科林斯王，讓他不停地將巨大的巖石推上山頂，每次到達(dá)山頂后，巖石又會(huì)滾回山腳如果巖石的質(zhì)量為215 kg，山高33 m，科林斯王的平均功率為02 kW，那么1 h內(nèi)他能將巖石推上山頂幾次？[5]

解析：本題選自《原理與問題》第12章“熱能”章末評估習(xí)題的82題，首先根據(jù)功率，求出科林斯王1h做的功，然后求出將巖石推上山頂所需要的功，就可以計(jì)算出1 h內(nèi)他能將巖石推上山頂幾次