美国物理教材习题编制赏析(2)
从统计结果可以看出,《College Physics》的习题注重学科交叉融合的情境创设,将物理与化学、生物、医学等学科紧密联系.例如,“磁学”中涉及“趋磁细菌”,突出了物理与生物的学科交叉融合.同时,在“电流与电阻”中涉及 “心脏起搏器”,彰显了物理与医学的学科交叉融合.此外,《College Physics》的教材版本更新速度非常惊人,生物医学题会随之革新,得以与时俱进地展现与物理知识相关的科学前沿,对学生具有一定的引导作用.这充分体现了教材编写者的编写意图,即在中学阶段有意识地对学生进行学科融合的指导与教育,有助于促进学生综合思维的发展,使学生逐渐形成一种包容全局的全新思想视域.[4]
3 生物医学物理习题呈现方式的特点
习题的呈现方式是指习题内容在教材中应该以什么样的方式表达,以怎么样的形式呈现给学习者,包括习题的插图、数据、文本3个方面.从《College Physics》中甄选4道生物医学物理习题,可以发现该书生物医学物理习题呈现方式的特点.
例1.某位牙齿矫正医生使用金属丝支架将患者弯曲的牙齿对准,如图2所示,将金属丝的张力调整为18 N,确定金属丝施加在弯曲牙齿上净力的大小.
图2
例2.一种可折叠的塑料袋含有葡萄糖溶液,如图3所示.如果静脉平均计压是1.33×103Pa,那么将葡萄糖注入静脉的袋子的最小高度h必须是多少?假设溶液的比重是1.02.
图3
例3.使用电磁流量计,如图4所示,心脏外科医生监测通过动脉的血液流速.电极A、B与血管外表面接触,血管内径3.00 mm.(a) 对于0.0400 T的磁场,电极之间出现了160 mV的电位差.计算血液流动的速度.(b) 验证A电极为阳性,如图4所示.电动势的表现是否取决于血液中的流动离子主要是带正电还是带负电?解释一下.
图4
例4.一窄束超声波从肝肿瘤上反射,如图5所示.如果肝内波的速度比周围介质慢10.0%,确定肿瘤的深度.
图5
(1) 习题插图:契合学生的思维发展.
插图是指插附在书籍或刊物中的图片,又称为“插画”.图片是人对视觉感知的物质再现,是一种视觉符号.基于认知理论,学习者的学习依靠主动地选择、组织、整合接受到的视觉和听觉信息.因此.插图对于学习有着不可替代的重要作用.国内高中物理教材的习题插图以抽象的物理模型为主,也包括“小车”、“滑块”等抽象物,在一定程度上助推了思维的跳跃.因为,在解决问题的过程中,学生的思维是由形象思维逐渐过渡到抽象思维.《College Physics》中生物医学物理习题的插图更加生动直观,选材贴近生活.例如,例4的超声波检测肝肿瘤,浅棕色区域代表肝脏,深棕色区域代表肿瘤,生动的图片丰富了学生的形象思维,例1中的牙齿图,可以消除学生学习物理的陌生感,因为矫正牙齿是生活中的常见之事.
(2) 习题数据:符合生活实际.
在我国高中物理教材中,有时为了便于学生计算,习题所给的数据总是“凑好的”,人为设置且条件控制严格,计算所得的结果总是“凑整的”,致使物理教育情境的真实性受到破坏.但是,在《College Physics》中,习题所给的数据较好地符合了生活实际,例如,例2的题干中静脉平均计压设置为1.33×103Pa,例3的题干中动脉血管内径设置为3.00 mm,通过查阅医学文献发现,静脉平均计压为 kPa,动脉血管内径为,说明习题中的数据较为真实客观.这不仅有利于学生学习、理解物理知识,更有助于提升学生对真实情境中复杂问题的解决能力.
(3) 习题文本:强调基础的物理知识与方法.
《College Physics》的生物医学物理习题主要是针对一些基本物理概念和定理提出合适的问题.通过解决这些问题有助于学生基础知识和方法的掌握.例如,看似复杂、实则简单的例3,属于一道电磁综合计算题,主要考察学生对带电粒子在匀强电场与磁场中运动规律的掌握情况.带电粒子在电场中受力为在磁场中受力为F=qvB.通过受力分析可知,带电粒子做匀速直线运动,据此可以列出等式,求解血液流速.例3的第2问属于解释类的题目,是对“电动势”的概念辨析,电动势的方向与血液中流动离子符号无关.不难看出,《College Physics》的生物医学题不强调难度,不人为制造难题、偏题,强调概念的理解、方法的掌握.
4 研究建议
物理习题的功能不仅在于巩固与强化知识,更应该促进学生运用与迁移知识.依据对《College Physics》教材生物医学物理习题的分析,结合相关领域的研究成果,对我国高中物理教材中的习题编制提出如下建议.
文章来源:《生物医学工程学杂志》 网址: http://www.swyxgcxzzzz.cn/qikandaodu/2021/0511/577.html
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