物理 原理与问题 Physics Principles and Problems 美国高中物理教材介绍 华东师范大学 钱振华

A、教材及翻译出版背景 本书为美国髙中主流教材，50%以上学校采用本教材； 本书最早出版于美国《国家科学课程标准》之前，在1999年根据国家科学课程标准的要求，推出了修订本； 2005年本书又作了一次较大幅度的调整，加强基础内容，增加了栏目，突出了探究性与时代性； 我们的译本是根据2005年版译出，2008年由浙江教育出版出版。

编者与译者 本书主编保罗.齐泽维茨（Paul W.Zitzewitz）博士是密歇根-迪尔伯恩大学教授，担任美国物理教师协会密歇根州分会会长，美国物理学会教育论坛主席。 本书译者钱振华、沈珊雄、徐在新三人系华东师范大学物理系教授，本书是在他们退休后在《物理教学》杂志工作期间译出。

B、教材内容设置与我们教材比较 由于美国7-9年级（初中）理科课程不分科设置，开设综合性的科学（Science）课程，而10-12年级（高中）理科课程开始分科设置，所以这本教材包括在我国设置在初中的内容。 匀速直线运动，惯性，各种力，功及简单机械，物态，热学，声学，静电现象，简单电路，电功率的简单计算，几何光学等均在本教材中呈现。

初高中如何分段设置 初高中内容统一连贯，没有衔接问题，显得处理自如，在内容安排上很有优越性： 运动：直线与曲线，匀速与加速 压强：固体、气体、液体，内部外部 振动与波：声与光 静电场与电路， 原子物理与量子现象 另外，在初中年令段讲定性综合自然现象，进入髙中年令段再讲较抽象分科知识更易接受

C、这本教材的主要特点 （一）教材内容全面、注重基础 全书共列30章，内容遍及力、热、声、光、电以及近现代物理，其中 力学占10章（为全书篇幅的1/3强） 热学占2章 波与光学占6章（重视波动理论的基础地位） 电磁学占7章 近现代物理占4章 绪论占1章

物理学的基础加强什么？ 力学还是学好物理学的基础，许多概念，基本观念出自力学 北京大学王竹溪先生曾经说过，“牛顿力学虽古老却不陈旧” ，我们打好力学基础十分重要，说什么牛顿力学太陈归了，学力学无用，应当删去，至少要大大精简，这些看法其实是不懂物理所至。 波动是现代物理的基础，量子论，信息通信都会用到波动的基本概念，只能加强，不能削弱。

欣赏案例1 特色鲜明的绪论----物理学工具箱 1、数学与物理学（P.17） 什么是物理学---能量、物质、运动、结构 数学在物理学中---单位、量纲、有效数字、科学方法、定律、理论 2、测量（P.25） 比较结果、精确度与准确性、测量技术 3、作数据图（P.29） 自变量与因变量、线性与非线性、理论预测

欣赏案例 2 教材重视功、能量这两个基本概念。但不在原地深挖，出难题，而是拓展其在现代物理学中的基础地位。 介绍相对论质能关系，指出所有物质内部均包含能量，质量的真实本性就是能量，这种能量叫做静能---一种形式的势能，组成物质内部粒子的相互作用能。（P.306）

（二）教材与时俱进，注意体时代性 引入近现代物理内容，包括 量子理论 固态电子学 核物理与粒子物理 以上内容不是科普式介绍，而是作出深入浅出的恰当撰述，既有实验及理论，又有大量现代科技信息展示。 物理前沿：引力透镜，霍尔效应，人工智能

欣赏案例3 量子理论重点介绍粒子的波粒两象性，原子结构玻尔模型深入到量子模型（P.774） 固态电子学介绍固体内部晶体结构、能带理论初步，在此说杂质、说PN结（P.790） 核物理拓展介绍粒子物理初步，夸克、轻子、媒介子（P.833） 暗物质与暗能量只用一句话（P.837）

欣赏案例4 第27章量子理论 “物理实验” 模拟光电效应 光电效应这一节教材设计了一个模拟实验，十分成功！ 第27章量子理论 “物理实验” 模拟光电效应 光电效应这一节教材设计了一个模拟实验，十分成功！ 实验十分简单，用钢球的碰撞来模拟光子与电子的碰撞，十分正确、形象。 爱因斯坦的光子理论，简单一句话在光电效应中的光就应该象一个个弹性碰撞的粒子。 微观看不见的现象模拟为宏观看得见，可清楚说明理论本质。（P.752）

欣赏案例5 第29章固态电子学 我们知道固体电路，芯片在当今时代的重要性，从国防武器到家用电器，处处有芯片在起作用，而芯片的发展离不开固态电子学的发展，离不开半导体物理学。所以教材专门列出一章，介绍半导体能带理论，固体导电，进一步介绍由子元件，二极管，发光二极管，三极管，集成电路等。内容详尽，但简炼易懂，相当实用，编写十分成功。（P.788）

（三）教材呈现方式生动多样 教材内容的呈现，从学生熟悉的生活实际出发，注意联系物理学在曰常生活中的应用，很好符合学生的心理特点与认知规律，使教材易于阅读。 教材配合正文设置了许多辅助栏目，有“起步实验” 、“物理实验” 、“迷你实验” 、“技术与社会” 、“未来技术” 、“工作原理” 。“物理学前沿”等，拓展了学生的学习空间，增加了学习兴趣。

欣尝案例6 这些栏目的编写使教材增加了亮色 10章，“原子的势能” （P.303） 11章，“跑鞋的学问” （P.318）

物理学的应用：原子的势能 **一个碳原子的质量大约是2×10－26kg，若把碳原子举高 1m，那么它的重力势能大约为 2×10－25J ** 将电子朿缚在原子内的静电势能大约为 10－19J ，静电能至少比重力势能大105倍（10万倍） **核子（中子或质子）聚集在原子核内的势能约为10－12J ，核势能至少比重力势能大1012倍（1万亿倍）

（四）教材重视学生科学探究能力的培养 新概念的提出常以探究式实验为前导； 实验最后又提出“理性思维” ，对实验结果进行理性思索分析，进一步探究结论，加深理解； 以生动有趣的生活情景引入新领域，激发学生学习兴趣，以及生发对物理现象的好奇心。

欣赏案例7 1、每章前均设计有一个“起步实验（Launch Lab）” 引导学生进入这一章内容的学习。 2、规范全书所有例题的解题步骤，一定是 （1）分析概括问题，列出“已知”与“求知”； （2）求解未知量，列出计算式与结果； （3）验证答案 *单位是否正确？ *符号是否有意义？ *数值是否合理？ 不下题海，但学习物理学必需做习题，做好每一道习题，养成良好的解题习惯， 培养优良的思维探究能力

欣赏案例8 第九章 动量与动量守恒，全章只有两小节， 这一章的内容设计很有特色： 第九章 动量与动量守恒，全章只有两小节， 这一章的内容设计很有特色： 1、以美国学生十分熟悉的运动，棒球击打的情景，引入冲量与动量，增加学生学习兴趣。 2、明确指出碰撞问题不再适合用力与加速度来讨论，而应描述碰撞前、碰撞时及碰撞后的状态来讨论显得方便。 3、自然引入角动量，解决转动问题。

欣赏案例9 动量与冲量概念的现代技术拓展 （1）介绍美国宇航局（NASA）发射的一个太空探测器“深空1号”上装置的离子发动机（P.253）

（五）教材重视STSE及注重体现 人文精神 强调物理学与技术、其他科学、社会的联系，注意科学、技术、社会与环境的关系； 注意联系物理学史阐述概念的发展，配合几代科学家前赴后继，艰难探索的历史故事，加强教材的人文精神。

欣赏案例10 教材在谈到对爱因斯坦光电效应理论的检验时，讲了一个非常生动的历史故事。那就是美国物理学家密立根，做了一系列杰出的实验，目的是试图证明爱因斯坦的理论是不可能成立的。 密立根的实验结果却进一步证实了爱因斯坦的理论是完全正确的。 爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奨。密立根因此获得了1923年的诺贝尔奨。 （P.745）

D、我们的几点思考 这本美国高中物理教材应该说是一本比较成功的教材，内容要求.适中，理论概念与实验配合得好，易教易学，图文并茂，文字严谨，是得到许多学校欢迎，采用多年，经过多次磨练的一本比较好的教材。值得我们学习的地方不少。 教材编写，特别是中小学基础性教材的编写应集中力量，化较大人力物力，比较精心编写，质量第一，决不赶时间，保证编写时间足够充裕，图片精美，印刷精良，一旦编成应稳定使用一段时间，不能短时间就推倒重来。 从我们看这本美国高中物理教材，不足之处是练习过于简单，应适当补充综合性更强的习题。

谢谢大家！