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美国高中物理教材习题设置的启示
【摘要】新课程实施以来,强调课程内容与时代和生活的密切联系,改变课程内容“繁、难、偏、旧”的现状,加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,而习题又是高中物理教材的重要组成部分。《物理:原理与问题》为美国众多学校选用。笔者对此教材
深入研究后就其习题设计进行分析并谈谈对我国教材中习题设计的个人体会。
【关键词】美国高中物理教材 习题设置  教学学习兴趣  科学素养
习题是高中物理教材的重要组成部分,习题教学也是物理教学不可或缺的教学环节,因此习题设计和编排的是否合理将对学生学习物理的积极性与主动性,乃至对学生科学世界观和价值观的形成都会产生深刻的影响。笔者阅读了由保罗·齐泽维茨(P.w.zitzewitz)教授主编的《物理:原理与问题》这本美国高中物理教材后深刻的体会到我国高中物理教材改革之路还很成长,作为一线教师的我们任务还很艰巨。借鉴美国教材的习题配置理念,不仅有利于增强我国中学物理教材与课程标准的理念、目标的吻合程度,也有利于深化课程改革。为了便于大家了解美国物理教材中习题的一些特点,我将其分成几个方面加以介绍.
    一、习题设置的分析
1、结构设置特点
(1)练一练(Practice Problems):在每一个重难知识点后都会有针对性设计一个例题,并随后附有几个难度适中的习题有学生自行完成,
(2)挑战性问题(Challenge Problems)本教材在一些重、难点概念,重点规律后还经常会设计一些具有一定挑战性的问题。
(3)本节复习题(Section Review)当一节内容学习结束后都设有本节复习题。
(4)测评 (Assessment)每章学习内容结束后都设有测评习题,其中还分别设有“绘制概念图(Concept Mapping)”、“理解概念(Mastering Concepts)”、“应用概念(Applying Concepts)”、“问题解决(Mastering Problems)”、“复习提高(Mixed Review)”、“理性思维(Thinking Critically)”、“科技写作(Writing in Physics)”、“日积月累(Cumulative Review)”等八个项目。
(5)标准化测试(Standardized Test Practice)
 在每章内容学习结束后针对本章内容都设有6-9个试题,作为“标准化测试”。
2、习题内容设计特点
(1)习题背景源于生活。【例1】在8.2节“转动动力学”中设有:质量为 65kg的汽车人立在踏脚板上。长0.170.m的曲柄与竖直方向的夹角为45.00 ,如图1所示。曲轴与半径为9.70cm的一只链条齿轮连在一起。为了使齿轮不动,链条
 
图2
 
需要施加怎样的力?
 
图1
 
((2)注重基础,不追求难度。例如:第17章“反射和面镜”后设有:用下列术语完成概念图(如图2):凹面镜(convex)、正立(upright)、倒立(inverted)、实像(real)、虚像(virtual)。
(3)强调能力,培养学习积极性。例如“科技写作”本教材中共有55个科技写作的课题,其涉及范围很广,包括物理学史、科学理论、工业生产、生物医学、民生生活、天文学、科学方法和思想等。这些科技写作对学生的一般要求是:1.明确研究的问题是什么。2.探索发现了什么结果。3.得出这个结果的原因或意义是什么。其基本分类如下:

课题内容

物理学史

科学理论

工业生产

生物医学

民生生活

天 文 学

其 它

篇 数

13

15

6

3

10

3

5

例如,在第三章“加速运动”后设有:“研究一个人能忍受无眩晕的忍受的最大加速度。” 在第十五章“声”后设有“研究某些乐器,如小提琴或小号的构造。除了弦的长度或管子的长度,你还必须考虑哪些因素?质优的乐器与便宜乐器有什么差别?如何检验他们的音质?” 在二十六章“电磁现象”后设有:撰写一篇篇幅为1-2页的报告,包括方块图和示意图,说明用于电视机、DVD、VCR的红外线遥控器的工作原理。并说明为什么这些遥控器同时使用时并不会相互干扰。
二、启示:
1、习题设置应更贴近生活,培养学生的观察生活、思考问题的能力。
清华大学的特聘物理学教授程曜在清华大学讲授物理课程的体会中,发出了“救救这些只会考试的孩子们”的呼吁。他说:这些清华的大学生像是会考试的文盲,除了考试,他们不会推理,不敢提问题,不愿动手。课本里没有的他们不会,他们不会将上课的知识应用到日常生活中,因为这些知识只是用来考试的。”[1]
《普通高中物理课程标准》(以下简称《新课标》)指出:“应使物理贴近生活、联系社会实际”。[2]
所以我们在设计习题时应尽可能的贴近学生所能体会的生活实际问题。学生在解决此类问题时需要关注生活关注社会,增加了学生对物理课程的亲切感,增强学习兴趣。当学生面临某个迫切需要解决的实际问题时,会引起学生对概念的需求,感到原有知识不够用,造成现实情境和原有的认知体系产生冲突,从而激起学生疑惑、惊奇、诧异的情感,进而产生一种积极探究的愿望,增进学生学习的原动力。心理学告诉我们,当学生不能同化新知识经验时,心理上自然会感到失衡。失衡时会产生内在驱力,驱使学生改变既有图式。
2、应以学生为主体,注重培养学生探究能力,发展学生自主学习能力。
德国文化教育家斯普朗格曾经说过,教育的最终目的不是传授已有的东西,而是要把人的创造力量诱导出来,将生命感、价值感“唤醒”。《新课标》明确要求:“高中阶段的物理课,应该在这个基础上更加关注学生在科学探究过程中的学习质量,进一步加深对科学探究的理解,提高科学探究的能力。”通过物理习题的解决来培养学生探究能力,发展自主学习能力是一条非常重要的途径。我们的学生大部分时间都是在“为做题而做题”。而所做的这些习题往往都是专家、教师们对生活现象抽象、概括、建模等深加工之后“编写”的,有些是专家、教师们闭门造车、用排列组合等重组的手段,或凭空想象随欲臆造出来的.忽略了学生对物理现象的观察和对物理规律的实际应用。这大大削弱了物理习题的教学功能。
例如:在《原理》的二十六章“电磁现象”后设有:撰写一篇篇幅为1-2页的报告,包括方块图和示意图,说明用于电视机、DVD、VCR的红外线遥控器的工作原理。并说明为什么这些遥控器同时使用时并不会相互干扰。这个问题是创设一种学生还未知晓的基本内容或规律的情景,让学生主动设问和探究,去发现问题、发现规律、获取知识和各种体验,从中学会对信息的收集、分析和判断,使学生自主的在解决问题的过程中获取知识、学会解决问题的方法,从而培养起应对陌生情境、急剧的变化环境的能力和创造力。学生在积极主动参与学习活动的过程中,建构自己的知识体系,总结出自己的学习方法,找到认识世界的途径,掌握解决问题的方法,形成正确的情感态度和价值观。
3、习题设计应遵循学生的认知规律,注重不同教学环节的教学功能。
(1)在新课引入中使用的习题,应注重基础性和启发性。用习题引入新课能激发学生学习新知识的强烈欲望,所以在这一环节中的习题设计应更注重习题的基础性。当学生遇到新问题而不能同化新知识经验时,心理上自然会感到失衡。失衡时会产生内在驱力,驱使学生改变既有图式。认知心理学理论告诉我们,学生真正的学习过程应该是认知结构不断改造扩展的过程。引入新课的问题的实质在于激起学生强烈的思维活动,通过思维活动促进外部知识与内部认知结构之间产生实质性的互动,从而促进认知结构的不断发展。
(2)在重要知识点后的随堂习题应注重基础性和针对性。这些习题应比较基础,只需要学生结合当前所学知识,就能很快解决,这种学练结合的教学方式能很有效地促使学生对知识的深入理解,及时巩固所学知识,减少遗忘,提高效率。学以致用能让学生体会到学习物理的无穷乐趣,从而调动学生学习的主动性和积极性。
(3)在每个章节后的巩固习题中注重为学生搭建平台,循序渐进。学生在新课上学习新知识,初步掌握了所学的概念和规律,但在理解上往往只是表面的、孤立的。只有通过适当练习,才能从不同侧面、不同角度完善对概念规律的理解。因此无论在教材的编排还是教师的实际授课中,都应安排一定的难度梯度较为明显的习题,以帮助学生能循序渐进的对所学只是保持一定的整体性和连贯性。
(4)在探究活动中的习题
1计习题时要立足基本概念规律,联系生活实际。设计习题时要立足基本概念规律联系生活实际。物理研究的问题,很大一部分来源于生活,但在教学过程中,学生面对的实际上已经是(经过)简化的问题,而缺少对实际问题进行抽象概括等能力的训练。正因为这样,我们在课堂上可以在适当的时候引入生活中的问题原型使学生的建模能力得到加强,也能使学生感到物理问题就在身边。
2习题设置应注意科技发展的最新成果。设计习题需要关注新闻报道,注意科技发展的最新动态。这类题型通过从电视、报纸、网络中搜集到相关的详细内容后,进行提炼、加工,然后与高中物理的主干知识建立联系,从不同角度、不同层面设计问题。
3设计习题还可以充分利用物理学史中的有关信息。新课程要求教学过程有助于学生知识的构建,并关注对过程的体验。物理规律的建立本身就有深厚的研究背景,如果利用物理学史上的一些事件作为探究的材料,不仅能使学生领略物理大师们处理问题的方法,同时学生研究问题的情感、态度、价值观也得到升华。
三、参考文献
[1]程曜.《救救清华大学的这些孩子吧》
http://www.wyzxsx.com/Ar ticle/Class22/200909/105077.html,20090918
[2] 《普通高中物理课程标准》教育部,人民教育出版社,201107
[3] 韩继军.《新课程改革高中物理课堂习题教学设计与实践》硕士论文 辽宁师范大学 200802
[4]Paul W.Zitzewitz.Physics:Principles and Problems.Mcgraw-Hill,2002.
[5](美)保罗·齐策维茨著,钱振华 沈珊雄 徐在新译.物理:原理与问题.浙
江:浙江教育出版社,2008.
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