美國高中物理教材習題取材的生活視角及啟示

常曉慧++侯恕++陳榮環

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

關鍵詞：美國高中物理教材；習題；啟示

作者簡介：常曉慧（1992-）女，河北人，物理課程與教學論專業研究生在讀，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》）中的大部分習題都是從學生生活的視角出發本文選取其中的幾個習題從日常生活、體育生活、文化生活三個維度介紹美國高中物理教材習題取材的生活視角，并闡述對我國新一輪課程改革教材習題編制的啟示

1美國高中物理教材習題賞析

11從日常生活取材

習題1一種澳大利亞生產的軟飲料有“低熱量可樂”的標簽，且標簽上標明“100 mL產生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量是650 kg，那么為了達到目標，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”章末評估習題的66題，市場上普通的可樂每100 mL產生熱量180 kJ，約是題目中“低熱量可樂”的100倍根據題意可知一罐“低熱量可樂”產生的總熱量為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”章末評估習題的115題，按比例繪制的光路圖如圖1所示，由圖可知，此時顧客的鼻子在凹面鏡中成正立放大的虛像

根據面鏡公式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hi=525cm

以上兩個問題均選取自學生的日常生活，很多學生喜歡喝可樂，可樂是熱量很高的飲料，很容易使人發胖，問題1中“軟飲料”的熱量卻非常低通過該題，學生對“軟飲料”的熱量有了一個更直觀的認識，并且會引起學生對“軟飲料”的好奇心以及進一步研究照鏡子是每個人每天都會做的事情，問題2中可以把鼻子變高的“美人鏡”會引起學生極大的研究興趣這些貼近學生生活的情境設置，不僅可以引起學生的學習興趣，增加學生的親切感，使物理學習變得充滿趣味性，而且可以使學生將自身的生活經驗與所學的物理知識聯系在一起，從而對所學的物理知識形成更立體的認知，促進學生知識結構的完善同時也可以使學生養成善于觀察生活現象的習慣，愿意更積極地體驗生活，形成思考問題和分析問題的習慣

12從體育生活中取材

習題3你正在坐著觀看棒球比賽，突然一個界外球朝你飛來你準備用手接住這個球為了保證安全，你的手是迎著球靜止不動，還是順著球的運動方向移動？為什么？[3]

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

習題4如圖2所示，體操運動員正在練習一個常規動作首先，她用手握住高杠，用力搖擺她的身體，倒立于高杠上，又環繞高杠旋轉然后，她用雙手抱住雙膝，以這個姿勢離開高杠，最后她直立向上用雙足落地

a在體操運動員常規動作的第二與最后這兩步中，分別環繞什么軸自轉？

b將她三個姿勢的轉動慣量由大到小排序

c將她三個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“動量與動量守恒”第88題，主要考查角動量守恒的知識，運動員在高杠上旋轉時，以高杠為軸轉動，這時重力圍繞轉動軸（高杠）產生外力矩，使人體向下轉動，同時運動員靠慣性和自身做功，使人體向上轉動離開高杠，人體在空中旋轉過程中，轉動軸過人體的重心，外力矩為零，角動量守恒因為轉動慣量I = Σ mi r2i ，所以人體質量越遠離轉動軸分布，轉動慣量越大，運動員雙手抱住雙膝，轉動慣量減小，落地時，運動員身體打開，轉動慣量又增大空中旋轉的過程中角動量守恒，角動量J=Iω，所以轉動慣量越大，角速度越小，因此雙手抱住雙膝后，角速度增大，運動員轉得快，而身體打開準備落地時，角速度減小，運動員轉速減小

以上兩個問題都是從體育運動中取材的，棒球是美國中小學生最喜愛的運動，學生有豐富的直接經驗，體操運動則是極具觀賞性的體育運動，深受體育愛好者的喜愛，以這些體育運動為題材，可以增加學生的親切感，提升學習物理的興趣，增加物理學習的趣味性，同時這樣的習題編制可以充分利用學生的經驗，加深學生對物理問題的理解，使學生形成對物理知識更立體的認知，完善學生的認知結構

13從文化生活中取材

習題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，每次到達山頂后，巖石又會滾回山腳如果巖石的質量為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”章末評估習題的82題，首先根據功率，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，就可以計算出1 h內他能將巖石推上山頂幾次