远水孤云本教材在设计模拟实验上开展了有意义的探索。实验通过虚拟的物理情景,让学生动手操“仿真”的物理过程以获得丰富的感性认识,并促成了理解物理知识和提高实验能力的教学目的。例如第26章“电磁现象”的模拟实验———“模拟质谱仪”。根据电场与引力场物理性质的相似性与可比性,教材采用钢球在重力场中沿斜面的运动来模拟质谱仪中电荷的运动状况,并以此来研究质谱仪的工作原理。实验选用一个带槽的直尺、橡皮泥、钢珠、永久磁铁、坐标纸等器材,制成一个“质谱仪”模型(图7所示)。首先,让学生研究“电荷”只在“电场”作用下的运动情况,接着将一块磁铁放于“坐标纸”上使其对“电荷”发生作用,并调整磁铁的位置来研究“电荷”的轨迹变化。
在“分析与讨论”中,教材提出了一个问题,“在这个模型中,你用引力场来模拟质谱仪中的电场,怎样能使这模型中的电场发生变化?”通过积极思考,学生可以发现通过改变底板的倾斜度来改变“电场”的强度大小,让学生体验到发现者的自豪感,并增进了对实验的热情。在“应用”部分,教材作出进一步提问,“预计当你使用一个同质量同体积的球,但其中含铁量少或根本就不含铁时,情况将如何?”问题中,以小球的含铁量来代表“粒子的电量”。经过讨论,学生知道了质谱仪是依据电场与磁场构成的偏转场来选取特定的带电粒子;分析问题时,不仅要考虑两种场的大小,同时还要知道被选粒子的荷质比大小。质谱仪的工作原理是物理学习中的一个知识重点与难点。该实验的设计运用类比法优化了带电粒子在偏转场中的运动状况,并注重学生的测量、观察、猜测、推理、建模、联系等思维方法和基本技巧训练。可见,美国的物理教材设计实验时,注重封闭性和开放性相结合,并渗透对探究方法的指导。与我国传统的做法相比,美国的学生实验较为容易,以简单、有趣,注重科学方法的训练为原则,实验的选材注重贴近学生的日常生活。
1.3教材在部分章节设置了“物理学与社会”、“物理学与科
技”等栏目,内容多为本章知识在社会、技术中的应用或联系教材中“物理学与社会”栏目有研究工作、评估危险、潮汐能、预报地震、你可以带着它、用电子计算机帮助残疾人、电磁场和机器人领域的革命。“物理学与科技”栏目有零重力训练器、过山车、全球定位系统、高技术含量的网球拍、红外线探测器、气凝胶、DVD光盘、哈勃太空望远镜、数字系统、说“茄子”、发光和放射性跟踪仪。第21章“电场”中,“物理与社会”栏目是“为残疾人服务的计算机”(暗含了关心弱势群体的问题),详细地介绍了用计算机帮助残疾人的各种功能,相应的调查报告中提到,“研究斯蒂芬·霍金的经历,找出他对科学的贡献、他对身体的挑战及帮助他进行挑战的信息。集体讨论:能帮助残疾人的计算机是昂贵的,而且还要花钱进行培训。试找出你所在的社区决定在这些项目上花多少钱?你对这方面的决定有何感想?”此外,文中给出了网络连接,为学生提供了广泛的信息来源与讨论空间。这实际相当于给学生一个小课题,让他们进行深入调查。通过这个栏目,可以让学生有目的、有针对性地去发现更多的与物理相关的知识,开阔自己的眼界和思路。容时,首先利用学生大脑中关于“钱”的生活经验建立了一个“模型”———钱的直方图,之后将系统能量的变化过程与学生赚钱与花钱的生活经验相联系,帮助学生建立一个物理模型方法———画“能的直方图”,把抽象的功能原理演示得形象直观,浅显易懂。这不仅仅向学生教授了一个分析物理问题的模型方法,而且还传递了一个信息:物理学习与生活经验是相互联系着的,学生可以用生活中所掌握的知识或方法去分析、处理相应的物理问题。
