中美初中物理学教材揭秘：现代科技的结合

与现代科技结合一向是美国物理学教材的一大特色，在每个章节中都可以看到大量的例子；在中国的初中物理学教材里，也有很多将章节内所教授的知识点和现代科技联系起来的内容。尤其是在本书所引用的上教版初中物理学教材里，有特别列出一个STS栏目（Science，Technology，Society），专门用来给学生介绍一些相关的科技知识。同样，本节中所引用的中国初中物理学教材内容均来自上教版的初中8、9年级物理学教材，美国初中物理学内容均引自培生版的《Physical Science》教材。

1.“与现代科技结合”在中国初中物理学教材中的体现

“物理学推动了社会和科技的进步，它们反过来又促进了物理学的发展。”这是8年级第一学期物理学教材前言里的一句话。它告诉学生乃至教师，不和社会、科技联系的物理学是无用的，是不发展的。只有将我们所学的物理学知识运用到社会的发展和科技的发展中，才是物理学知识真正被理解、被掌握、被发挥、被应用了。

在上教版8年级第一学期物理学教材中，学生们在对声波有了认识之后，一定想知道，声波这样一种无形之物是怎么被保存下来的呢？教材中简单阐述了CD机的工作原理，详见8年级第一学期教材“1.1 声波的产生和传播”中的栏目“STS 声音的记录”：

（3）光电数字时代（CD机、MP3、MP4等）

特点：

声源的振动转换成电信号数字信号转换成激光强弱刻录在光盘上转换成数字信号还原成电信号还原成声源的振动，产生声音。

虽说是简单阐述，但是要让8年级初学物理学的学生真正看懂CD机的工作原理还是非常难的。这就陷入了“与现代科技结合”的一个两难的境地，学生都想知道自己所学的物理学知识在现代科技中到底有什么实际的应用，但是一旦真的介绍现代科技产品，又很难让没有足够知识储备的学生听懂。所以，虽然说“与现代科技结合”是物理学教材的一个大趋势，但也不是所有相关的现代科技都适合放到初中物理学教材中，要做到既与知识点相关，又是学生时常耳闻的，既是现代的，又是能让学生基本理解其工作原理的。

8年级第一学期物理学教材中另有一个很好的与科技结合的例子，而且以8年级学生的能力也不难懂。详见8年级第一学期教材“2.2 光的折射”中的栏目“STS 光的全反射”：

当光从水斜射入空气中时，一部分光线在界面上反射回水中，另一部分进入空气。进入空气的折射光线偏离法线，折射角大于入射角。增大入射角，折射角也随之增加，当入射角增大到一定值C时，折射角达到90°，折射光线沿着水面传播。继续增大入射角，空气中的折射光线消失了，光全部反射回水中，这种现象叫做光的全反射。反射回水中的光线同样遵循光的反射定律。

全反射现象在技术上的一个重要应用是装有全反射棱镜的潜望镜和双筒望远镜。(www.xing528.com)

全反射现象另一个非常重要的应用是光导纤维。许多根光导纤维可以做成光缆，它传递光信号的速度、质量和信息量都远远超过了金属做成的电缆。目前光缆已经成为现代通信的重要方式。在医学上，光导纤维是内窥镜的主要部分，医生利用内窥镜可以直接观察到胃、肠等脏器发生的病变情况。

文中首先对全反射的形成作了解释，在学习过并且掌握了光线折射特点的学生，要理解全反射的概念并不难。之后举的现代科技的例子也是耳熟能详的，那么所谓的光纤到底是什么？经过物理学教材里的介绍，学生对光纤的工作原理能有一个基本的了解，包括对医生使用的神奇内窥镜也明白了一些。这是联系现代科技的一个很好很成功的例子。

2.“与现代科技结合”在美国初中物理学教材中的体现

美国初中物理学教材中的现代科技应用更是随处可见，现只举一例，来看看美国物理学教材是如何避免“想讲，又讲不清楚”这个两难问题。详见《Physical Science》第十章的第四节“什么是光”中：

生活中的科学

什么是激光以及激光的定义。

激光是一束强度很大的可见光，它是很特殊的光。组成普通白光的彩色光的波长是各不相同而且相互叠加的。而激光中的所有波长都是相同且同步的，每个波峰和波谷都是同步的。表2-10是激光的应用。

表2-10　激光的应用

文中首先简单介绍了什么叫激光，它是可见光但是又和普通可见光不同，之后又列举了激光的许多用途。对于激光，学生一定有所了解，可能他们的笔袋里还揣了一支激光笔，好在课间玩闹时用。所以他们一定会对激光在科技上的众多用途感到好奇。要注意的一点是，文中列举了大量的用途，但是并没有逐项展开去解释激光是如何在那个领域使用的，因为每个领域的激光使用都会太过专业，对初中生来说是无法理解的，所以完全没有必要详细介绍。另外，文中也没有去解释激光的形成机制，因为那对初中生来说也是非常难以理解的知识。美国物理学教材中大部分的“联系科技”的地方都是这样设计的，既让学生对物理学知识在现代科技中的运用感到好奇，又不会用太深奥的科技知识让学生感到畏难。把握好这其中的度是“与现代科技结合”在物理学教材中顺利实施的关键。