中美中学物理教材对比分析援助初中学习

1.美国初中物理学教材“训练系统”的结构组成

本节我们以麦格劳-希尔出版集团的美国初中物理学教材为研究对象，它的训练系统分为练习题（Practice Problems），小节习题（Section Review），章节训练（Chapter Review），标准化考试练习（Standardized Test Practice），每章额外练习（Additional Practice Problems）。

（1）练习题（Practice Problems），详见图2-3所示。如果一个小节（Section）涉及计算题目，教材会给出相应的例题，并且附上针对此例题的练习题（Practice Problems）。比如说，在第九章第二节（9.2 Wave Properties）讲述波的特性时，书中介绍了波的组成部分以及波长、频率、周期、波速、振幅等概念，然后给出了波速公式：波速=波长×频率（Speed=Wavelength×Frequency）。通过一个例题来解释这个公式：如果一个声波的波长是2米，频率是170.5赫兹，那么这个声波的传播速度是多少呢？（Example Problem 1：What is the speed of a sound wave that has a wavelength of 2.00 m and a frequency of 170.5 Hz？）根据公式，ν=λf=2.00米×170.5赫兹=341米/秒，直接套用公式，就可以得出这个声波的传播速度是341米/秒。在这个例题之后，教材给出了四道如下练习题（Practice Problems）。

图2-3　美国物理学教材“练习题”

第一题：一个声波在水中的频率是250赫兹，它的波长是6米，问它的传播速度是多少？（A wave traveling in water has a frequency of 250 Hz and a wavelength of 6.0 m.What is the speed of the wave？）这道题显然与例题极其相似，就是改了一下数字，只要直接套用公式，学生即可轻而易举地得出答案。

第二题：人类能够听到的声音的最低频率大概是20赫兹。如果声音的传播速度是340米/秒，那么这些声波的波长大概是多少呢？（The lowest-pitched sounds humans can generally hear have a frequency of roughly 20 Hz.What is the approximate wavelength of these sound waves if their wave speed is 340 m/s？）与前一题相比，这一道题的难度略有提升，需要经过公式的变形才可得出波长=。

第三题：一个无线电台的广播频率是100兆赫。如果无线电波以光速（3×108米/秒）在空气中传播，那么这个电台发射的无线电波的波长是多少呢？［A particular radio station broadcasts radio waves at 100 MHz（100 million Hz）.If radio waves travel at the speed of light（300 million m/s），then what is the wavelength of the radio waves that the station is broadcasting？］这一题与第二题类似，也是要通过公式的变形得出波长=。此题还考察了学生的其他知识，包括单位的换算以及光在空气中的传播速度等内容。

第四题：一个频率为100赫兹的声波在水中的传播速度是1 500米/秒，在空气中的速度是340米/秒。那么这个声波在水中的波长大概是在空气中的几倍？（A sound wave with a frequency of 100.0 Hz travels in water with a speed of 1 500 m/s and then travels in air with a speed of 340 m/s.Approximately how many times larger is the wavelength in water than in air？）这道题算是一道挑战题了，不但要通过公式的变形得出波长，还要求出两个波长的比例关系。或者用正比例函数的方法，因为频率是不变的，所以也是不变的，因此通过速度比来算出波长比。这种计算要求在美国教材中算是比较难的了。

（2）小节习题（Section Review），详见图2-4所示。在每一节的结束，美国教材中都会列出本节要点，并且针对要点，出一些题目来考查学生对这些知识点的理解。我们还是以麦格劳-希尔出版集团第九章第二节（9.2 Wave Properties）讲述波的特性为例。在本节的末尾，教材罗列了本节重点（Section Summary），主要是波长、频率、周期、速度和振幅五个基本概念。在接下来的小节复习（Section Review）里，有七道题目，其中五道是概念题，两道是计算题。

图2-4　美国物理学教材“小节习题”

第一题：请判定一列波从空气到水中是加速还是减速。（Identify a wave that speeds up when it passes from air to water as well as one that slows down.）

第二题：请描述振幅大小不一的纵波的差别。（Describe the difference between a longitudinal wave with a large amplitude and one with a small amplitude.）

第三题：请描述一个波在频率不变，传播速度减慢的情况下波长的变化。（Describe how the wavelength of a wave changes if the wave slows down but its frequency does not change.）

第四题：请解释一个波的周期增大对频率变化的影响。（Explain how the frequency of a wave changes when the period of the wave increases.）

第五题：请思考你如何通过上下振动长绳的一端来产生一个横波。请解释你是怎样振动该绳子的一端以使波长变短。（Think critically you make a transverse wave by shaking the end of a long rope up and down.Explain how you would shake the end of the rope to make the wavelength shorter.）

第六题：已知水波的波长是0.5米，传播速度4米/秒，求水波的频率。（Calculate the frequency of a water wave that has a wavelength of 0.5 m and a speed of 4 m/s.）

最后一题：一个无线电台的广播频率是96兆赫。如果这个电台发射的无线电波信号的波长是3.1米，请问这些无线电波的传播速度是多少？（An FM radio station broadcasts radio waves with a frequency of 96，000，000 Hz.What is the speed of these radio waves if they have a wavelength of 3.1 m？）(www.xing528.com)

这七道题目类型不同，但都考查了基本概念，达到了检测学生是否掌握知识点的目的。

（3）章节复习训练（Chapter Review），详见图2-5所示。在每一章的结束部分，美国教材都会有一个学习指导（Study Guide），用来回顾本章每个小节的重点内容，之后配有本章复习训练（Chapter Review）。章节复习训练主要有词汇（Use Vocabulary），基本概念（Check Concepts），图表（Interpret Graphics），探究思考题（Think Critically），还有数学计算题（Apply Math）。

图2-5　美国物理学教材“章节复习训练”

词汇（Vocabulary）部分主要用来考查本章涉及的物理学专业术语。基本概念（Concepts）是通过选择、填空、判断等客观题的形式来检验学生是否真的理解了概念。图表题（Graphics）是将本章所含知识点通过某种关系（因果、包含、并列等逻辑）联系在一起，形成一个图表，非常直观和清晰，便于记忆。探究思考题（Think Critically）都是问答题的形式，涉及解释、描述、假设、列表、画图说明等不同方式来考查学生对知识的掌握，在基本概念的基础上有所加深，有时还有很多开放类的题目。数学计算题（Apply Math）主要是通过计算来检测学生对公式的理解、公式变形以及单位换算等基本功。

（4）标准化考试练习（Standardized Test Practice），详见图2-6所示。这是美国教材的一大特点。因为美国的重要考试都是标准化考试，并且题目不能外泄，而且在美国没有像中国这么多的培训机构，所以教材中就会列出标准化考试的题目类型以便学生适应。我们还是以麦格劳-希尔出版集团的初中物理学教材为研究对象，发现该教材这一部分在结构上有选择题（Multiple Choice），简答题（Short Response），简述题（Extended Response）三部分。在练习的最后还附上一个表格，罗列了每道题对应的小节（Section），这样如果学生做错，说明相应的章节知识点还需要加强学习。

图2-6　美国物理学教材“标准化考试练习”

（5）每章额外练习（Additional Practice Problems），详见图2-7所示。在经过例题练习，小节训练，章节复习和标准化考试练习之后，教材的最后也为学有余力或是需要更多练习的学生提供了额外的练习（Additional Practice Problems）。额外练习是以章为单位的，每章根据内容多少，大概有7～20个不等数量的练习。

以上介绍了美国初中物理学教材中训练系统的结构组成，大致有五部分，这些都是在教材上能找到的，非常便于学生使用。另外，在教师用书中，还有一些练习（Worksheets）可以供学生作业之用。总之，结构上看美国教材的训练系统是完整的，并且是多维度的。

2.美国初中物理学教材“训练系统”的内容及难度分布

图2-7　美国物理学教材“每章额外练习”

通过上面对美国初中物理学教材“训练系统”结构上的分析，可以发现美国教材在内容和难度上注重基本知识和概念，强调词汇和专业术语的积累，主、客观题并重。

注重基本知识和概念，强调“以本为本”。通过翻看美国的练习题发现，只要认真读过教材，基本上这些题目都可以做出。不管是选择题、填空题、判断对错及改正，都能从教材中找到答案，这些基本概念在教材中都用黑体字标出。即使是标准化的考试，也是围绕基本概念展开的，这些基本内容绝对占到考试内容的一半以上。

强调专业词汇和术语的积累。物理学中的一些专用词汇，在日常生活中可能并不常用，因此美国物理学教材中很注重专业词汇（Vocabulary and Terms）的巩固和积累。首先，在教材中，会用黑体字标注，以引起学生的注意；其次，在每章的结束部分，会将本章出现的所有物理学科专业词汇以及它出现在教材的哪一页都列出，以便学生查询；最后，在单元复习练习中，专门设有词汇训练部分，以加强学生的记忆。

主、客观题并重。主观题难度由浅入深，层层递进。客观题一般用来考查基本概念，主观题也是分梯度的，解释、描述题一般也是检测学生对概念的理解，比如：（1）请描述振幅大小不一的纵波的差别。（Describe the difference between a longitudinal wave with a large amplitude and one with a small amplitude.）（2）请解释一个波的周期增大对频率变化的影响。（Explain how the frequency of a wave changes when the period of the wave increases.）这两道题虽然是主观题，但是都是简答类的，只要学生掌握了基本概念，做出这种题目也是没有丝毫障碍的。但有一些主观题就是考查学生对知识的实际应用了。比如：（3）如果有一棵大树位于你和发声的声源之间，为何低频率的声波比高频率的声波更容易被听到？（Explain why it is easier to hear low-frequency sounds than high-frequency sounds when a large tree is between you and the sound source.）这一题考查了在知道波速=波长×频率的前提下，如果声波的传播速度一样，那么频率越高，波长越短。所以低频的声波具有较长的波长，而声波波长越长，声波的衍射效果越好，所以声音可以越过大树到达听者耳朵。还有一类主观题是要求学生收集资料并展开分析。比如说在介绍过地震波后，有一道题目：（4）请学生通过报纸或杂志找到最近五次有关地震的报道。自己建一个表格，说明这五次地震的数据、地点、震级和强度，为什么损失是轻度、中度或重度。（Find information in newspaper articles or magazines describing five recent earthquakes.Construct a table for each earthquake that shows the data，location，magnitude，and whether the damage caused by the earthquake was light，moderate，or heavy.）这道题是在学生课堂学过地震的伤害、地震强度和等级、所处地区建筑结构有关的基础上，让学生通过收集资料、查找数据来强化这个概念，并且培养他们的安全意识和责任感。

3.美国初中物理学教材“训练系统”的拓展练习

如前所述，美国初中物理学教材中的很多主观题目，都是不仅源于教材的，而且需结合教材所学，用来解释一些生活中的现象。比如在讲过共振问题后，有一道拓展假设题是这样的：在1831年，有一队士兵在经过英格兰的布劳顿吊桥时，不幸桥塌陷了。请运用你在本章所学波的现象的内容来解释为什么会这样。（In 1831，soldiers marching over the Broughton Suspension Bridge in England caused that bridge to collapse.Use what you have learned about wave behavior to form a hypothesis that explains why this happened.）这道题是在教材中讲完波的现象包括波的反射、折射、衍射、干涉和共振之后的一道题目。首先，需要学生自己判断这是一个共振问题；其次，需要分析为何会产生共振；再次，需要了解波产生共振后的结果。这样一个问题的设置，既考查了基础知识的掌握，又锻炼了逻辑分析能力，还培养了表达能力，可谓一举三得。