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中美高中物理教材创新精神的体现及优化分析

时间:2023-07-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:上海版《物理》原创性的实验并不是很多,更多的是介绍国内外的前沿实验和成果。上海版《物理》最大的创新就是教材中加入了很多DIS实验,这些实验使得一些非常难做的实验或者难以模拟的实验通过DIS变得十分容易和直观,这是《物理:原理与问题》里面没有体现的部分。

中美高中物理教材创新精神的体现及优化分析

物理:原理与问题》的创新部分如下:

第一章第一节讲了物理中的数学,包括如何进行单位换算、有效位数以及在运算过程中的有效位数如何保留,还介绍了科学研究方法、物理模型、定律、原理。第二节讲了实验中的测量,介绍了准确性和精确性以及它们的区别。第三节介绍了物理量:自变量因变量控制变量,还介绍了如何画变量之间的关系图。

第二章通过现代科技来研究物体运动,如通过相机的连续拍照功能来研究匀速运动。通过图形比较物体运动快慢,而不是通过计算,因为图形比较直观,而且图形的物理意义也比较明显。

第三章在讲解匀加速直线运动时,没有通过复杂的数学运算推导公式,而是通过图形的物理意义来导入公式。在研究自由落体时画了它们的v-t图,和s-t图。从图上很直观地看出v-t图是线性的,s-t图是抛物线,这和它们的数学公式一致。

第四、五章在整个教材中的位置就是一个创新。第三章讲完一维运动,没有立刻讲二维运动,而是先讲了第四章一维方向的力,因为二维的运动需要分解成水平和竖直的单独研究,水平方向的匀速运动,竖直方向的自由落体运动。但是要讲清楚这个问题必须先要介绍牛顿运动定律,所以教材这一部分的安排就是一个创新。

第六章在讲解平抛运动的时候,通过相机拍照确定平抛运动的时间。让一个物体平抛,同时让另一个物体做自由落体运动,通过图片很容易看出两个物体在同一时刻,永远在同一高度,从而得出两个物体应该同时落地,也就得出:求物体在空气中的时间应该看竖直方向的运动。

第七章体现创新的就是内容的编排。教材先是介绍了开普勒三大定律,特别是第三定律,先给出公式,然后根据牛顿的万有引力定律来证明开普勒第三定律。最后介绍了惯性质量和引力质量,还介绍了爱因斯坦的引力理论和光的偏转。

九章通过现实生活中的跳水和花样滑冰引入了角动量的概念,并且通过转动惯量解释了现实中的实验现象。

第十四章用波前的概念解释了光的反射和折射现象,特别是光的折射。通过波前的图,非常直观地看出波从一种介质进入另外一种介质波长在变,而波的频率是由波源决定的,所以波的频率是不变的,也就从侧面说明波从一种介质进入另外一种介质波的速度是变化的。

第十五章在讲解驻波的时候联系到乐器,把乐器分为弦乐和管乐,然后用数学工具来研究物理原理,把复杂难懂的问题简单化了。特别是通过波在管子里的波形图来讲解波的频率这一个创新。同时,通过改变空气柱的长度可以来测定声音的波长,也是一个实验创新。(www.xing528.com)

第十七章在讲解镜子的时候把镜子分得非常细,分为平面镜、凸面镜、凹面镜。平面镜成像通过光的反射定律来定位像的位置,凹凸镜通过数学上的相似三角形证明了牛顿公式,而不是直接给出公式。

第十八章在讲解透镜时,也是通过数学上的相似三角形证明了牛顿公式,而且通过透镜系统解释了如何矫正色差。在处理光的折射定律的时候也是通过波前图,结合相似三角形证明了该定律,然后顺其自然地讲解了它的应用:全内反射和海市蜃楼等物理现象。这些内容在处理的时候都是一个创新。

第十九章在讲解光的干涉和衍射的时候,通过画波前的原理图来解释光的干涉和衍射;在解释相长干涉和相抵干涉的条件时通过画波长的图,来推算出他们之间的光程差。这样读者就非常容易理解。在解释条纹间距的时候通过小值近似也非常容易理解。

第二十~二十六章电学和磁学中,只用四个右手定则就解决了直导线的磁场、螺线管的磁场、带电导线在磁场中受到的力、导线在磁场中切割产生的电动势。避免了既用左手又用右手,容易混淆的做法,这不得不说是一个创新。

第二十七、二十八章量子理论中,从光的波粒二象性开始,简单地介绍了光的粒子和波动特性,从而介绍了物质波的概念。通过电子的驻波模型非常容易地介绍了氢原子光谱的量子特性。最后引入了受激辐射的概念,并且讲解了它的应用——激光。这些内容在处理上都体现了创新,把需要大篇幅讲解的内容,在很少的文字中解释得淋漓尽致。

第二十九章固态器件主要讲了半导体二极管和三极管,整章内容都是创新的,国内教材很少涉及该内容。该教材通过本征半导体和杂质半导体来讲解二极管的单向导通性,通俗易懂。半导体三极管由两个二极管组成,所以从图上很容易看出PNP和NPN的区别。

第三十章核物理在讲解中子撞击铀时,通过一个原理图,很容易就可以看出链式反应,比起复杂的文字解释清楚很多。这一部分的另一个创新就是讲解了基本的粒子物理,介绍了几种夸克,还讲解了粒子加速器等。

上海版《物理》原创性的实验并不是很多,更多的是介绍国内外的前沿实验和成果。上海版《物理》最大的创新就是教材中加入了很多DIS实验,这些实验使得一些非常难做的实验或者难以模拟的实验通过DIS变得十分容易和直观,这是《物理:原理与问题》里面没有体现的部分。在物理实验教学中,上海版《物理》更多的是教学生如何做实验,掌握一些基本的实验技能,通常是直接给出研究物理问题的实验方法。

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