促进学生多方面发展，全面提升素质

本教材内容丰富，叙述详实。美国的中学教学旨在发展学生的个性，学多学少可以因人而异，一般学生掌握了基本知识即可；有某一专长或志向的学生，可在美国的教材所展现的广阔知识天地里任意遨游，学生可以充分利用教材的丰富内容，通过自学向纵深、向多维度发展。

（一）丰富的特色栏目

美国的高中教育有宽松、自由的氛围，能够充分照顾每个学生的兴趣和爱好。本教材精心设计了许多栏目，在每章的结尾会有一整页图文并茂的篇幅介绍一个物理知识的特色栏目，内容多为本章知识在社会、技术中的应用，分别有科技与社会（Technology and Society）、未来科技（Future Technology）、终极物理（Extreme Physics）、或它如何工作（How It Works），在介绍完具体内容之后还提出几个延伸性的问题，留给学生思考和研究。这些栏目实际上相当于给学生一个小课题，让他们进行深入学习和调查；可以让学生有目的、有针对性地去发现更多与物理相关的知识，开阔自己的眼界和思路，拓展学习空间，同时提高学习兴趣。

科技与社会栏目介绍科学技术发展如何对社会和人类生活产生重大影响。如：过山车娱乐中游客体验到的恐惧感来自于巨大的加速度打破了原有的平衡，而用来提供向心力的轨道的支持力保证了游客的安全；赛车的特殊结构保证了它的平衡与稳定性；跑鞋的材料与结构中蕴藏着能量转换关系；房屋的地基结构及建材特性如何在地震波来临时起到防护作用；对化学物质、电学、原子结构的研究使得人类照明技术不断发展；燃油电气双驱动车如何节能与减少废气排放；手机信号网络如何工作，因为手机信号区域分隔形似细胞（Cell）分隔而得名手机（Cell Phone）等。

未来科技栏目介绍科学技术发展的近况、即将取得的突破、发展趋势和前景。如：物理学研究如何推动了计算机的产生与发展；航天研究所利用高速旋转的太空站来模拟外太空的失重状态，用以研究人类对外太空生活的适应性；由巨大的反光镜构成的太阳帆可以利用太阳光中光子的动量来驱动太空船在宇宙中航行；来自太空天体的闪烁光线经过层层宇宙尘埃和大气的折射、散射，用普通的太空望远镜无法清晰地观测，而光学调节系统利用棱镜矩阵与电脑软件来矫正光线，从而形成清晰的影像；离子电流接触器通过消除航天飞船表面吸附的静电与供能太阳矩阵板之间的高压来防止电弧的出现，而未来的可变比冲磁等离子体火箭则可以将电流接触器整合进推进系统，使得飞船结构得以简化；可以发射相干原子的原子激光将用于制造更精确的原子钟；原子干涉测量法精确测量重力或测试相对论；高热原子核聚变仅利用海水中的氘和氚就能产生大量的热能等。

终极物理栏目则介绍学生会觉得很酷或有趣的近代物理题材。如：铯原子钟利用铯原子的自然频率来精确地测量时间，它的工作原理是用石英晶体共振器引起共振，使得原子能级产生变化；相对论中的时间膨胀，当物体以接近光速运行时的时间相对于地球上的时间会变慢，由此引起双生子佯谬；恒星上面核聚变的结果使得它的密度变得非常大，产生一个巨大的引力场，连光线都无法逃脱它的表面，因此看上去是黑色，被称为黑洞；在极低的温度下原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态，因此实现物质的第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态，超导和超流都是玻色-爱因斯坦凝聚的结果，也可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等；通过测量来自太阳光球层下对流层的声波，我们可以了解太阳的密度和温度；当光经过密度极高的天体时光线被弯曲，这个效果类似于透镜，能形成若干个星体的像，因而证明了爱因斯坦对宇宙黑洞的预言；当电流通过磁场时，电子流发生偏转，形成霍尔电压，霍尔效应可以用于自行车测速，也可以用于机轴中的火花塞点火；人工智能机器人可以代替人类完成如驾驶机动车、探索未知星球的任务，甚至为病人诊断等。

它如何工作栏目则介绍日常生活中熟悉的机器、仪器或电器，利用结构图等让学生了解它们的构造和工作原理。如浴室体重秤、自行车变速器、热机、全息成像、避雷针、接地故障断路器、信用卡读卡器、扫描隧道显微镜等。

在讲解完很多重要知识点之后，书页的边上还会以物理学的应用（Applying Physics）的形式介绍本部分内容在实际生活、生产和科研中的应用。

在很多章节最后，还讨论了物理与其他学科（如化学、生物、文学等）的关联，让学生了解到科学知识之间有时是没有明显边界的。广泛了解各科知识可以帮助学生更好地进行知识的获取。这样设计也可以使得物理课程的内容针对学校、教师和学生的差异具有选择性。

物理在线（Physics Online）栏目则提供了相关的物理网站，提醒有兴趣的学生可以从这里找到更多的资料和内容，为学生提供了广泛的信息来源与讨论空间。(www.xing528.com)

（二）大量的拓展探究与实验活动

建立在实验基础上的物理学科，对实验有较高的要求。本教材一共30章，每章提供了3个常规实验，配套资源又额外提供了234个实验活动供教师和学生参考，一共有324个实验活动。实验的选择与设计都强调培养学生科学探索的能力与自信，希望通过实验培养学生动手动脑开展科学探究的能力，帮助学生掌握基本的实验操作技能，树立求实的科学精神，并鼓励学生将所学知识应用于探索更多未知领域。表1-2列出了本教材上提供的90个实验所涉及的实验分类。

表1-2　《物理：原理与问题》实验分类

续表

从表1-2的数据可以看出，实验题材集中在“力学”和“电磁学”两大知识板块，这与物理知识内容的分布有很大关联。但我们发现实验在“波动学与光学”和“近代物理学”部分也有一定的分布，达到了三分之一的比例，打破了原有“力学”和“电磁学”实验“一统天下”的局面，特别是“近代物理学”知识在高中的学生实验中得到了强调与重视。从实验的分类数据我们也可以了解到美国高中教育对学生主观能动性和探究精神的强调。

美国中学物理教师普遍很重视实验，强调学生在动手操作过程中积累经验、获得知识，即所谓的“做中学”的教学理念。美国的中学物理课堂都是在物理实验教室进行的，教室旁边有一间准备室，里面放满了各种教具与实验器材，整个课堂过程穿插着演示实验与学生动手实验，学生跟着教师一起，通过实验边做边观察边学。虽然实验教学与直接讲课相比，确实要花费更多的时间和精力，而且在得到结论方面常常不如直接讲述来得简洁而明确，但物理科学是一门实验科学，学生从物理实验中所获得的感性认识、探索能力和动手技巧等，不是直接讲述所能给予的，而且物理实验在增加物理教学的趣味性方面，也有不可替代的作用。

当前，美国在《下一代科学教育标准》推动下的教学创新运动中，指出学校要反复强调体验性的学习；其课堂教学实践也证明，学生学习任何学科都是从“做中学”学得最好，而不是听别人如何说。建构主义者认为，知识是个人在与经验世界的对话中建构的。从做中学，可以形成个体主观性的个人知识，在教师的指导下，通过遵循科学研究传统的历史，完成“个体知识”向相对真理性的“客观知识”的转变。在美国中学物理教学中，只要教师能够用实验说明的一般就不用语言说明，这样就增加了实验的数量；同时，教师鼓励学生根据自己的兴趣和知识基础来设计实验，自由地研究、提问、采集和分析数据、验证假设和写实验报告。

与学生实验类似，美国高中物理教师很喜欢给学生布置项目活动（Project），并让学生以小组的形式合作完成。项目活动的类型有科学实验、文献调查、手工制作等。通过这个项目活动，学生必须自己设计、计划、完成整个过程。项目的命题完全从兴趣出发，极为广泛，从自制一个能弹奏的乐器，到研究不同建筑材料的吸音性能，到研究流体黏滞性等，应有尽有，并且完成类似于大学论文的报告。