习题是学生理解和巩固所学知识,发展应用知识能力,形成问题解决意识和创新精神的重要载体．[1]习题在数量、水平、风格和侧重点上的差异,既反映了物理教材的风格和倾向,同时对物理教学实践也有不可忽视的影响．因此,客观地分析和总结域外物理教材习题的编制特点,对于我国物理教材习题的编制乃至物理教学质量的提升都具有至关重要的作用与意义．

1 研究设计

1.1 研究对象

在物理教材研究中,国内研究者几乎都选择美国AP物理B主流教材《Physics: principles with applications》作为研究对象．因为该教材在美国适用范围最广,最受美国师生欢迎．笔者于2019年10月在美国加州米拉蒙高中实习时发现,阿卡拉内斯高中学区AP物理B教材却为《College Physics》(第11版)．加州是美国的第一大经济州,阿卡拉内斯高中学区的教学质量在加州地区非常突出,那么,阿卡拉内斯高中学区为什么选择《College Physics》作为高中物理教材?其中必然有着某种尚未知晓的原因．为此,本文对此展开深入研究．

《College Physics》由美国詹姆斯·麦迪逊大学名誉教授雷蒙德·瑟威博士和佛罗里达大学物理学副教授克里斯·维亚博士合著,适合于未来准备选择生命科学、医学、生物学等专业的高中学生．这本教材包括力学、热力学、振动和波、电和磁、光和光学和现代物理学6个部分,一共划分为30个主题．教材上的习题约为2100道,习题的类型大致分为常见题(无图标)、利用在线学习平台所提供的问题解决策略/视频来解决相关问题、生物医学题、符号题、定量/定性题和引导题等6种类型．[3]为了紧跟科学教育的研究前沿,《College Physics》从第11版教材编写者尝试大量地引介物理学应用于生命科学和医学等领域的实例,生物医学物理习题逐渐成为这本教材的一大特色．因此,本文将生物医学物理习题作为研究对象,浅析《College Physics》教材的习题编制特点．

1.2 研究方法

《College Physics》中每类习题都有对应的图标,生物医学物理习题的图标如图1所示．

图1 生物医学物理习题的图标

因此,通过查找该教材中习题的图标,便可以确定习题的类型．采用数理统计法和内容分析法总结得出习题中所涉及的物理学在生物医学上的应用,了解生物医学物理习题的概况．通过对典型的生物医学物理习题比较研究,归纳得出生物医学物理习题的编制特点．

2 生物医学物理习题的概况

《College Physics》中一共有190道生物医学物理习题,约占习题总量的9%,生物医学物理习题的重要性不言而喻．为了了解生物医学物理习题的概况,从习题所在的主题、习题中所涉及的物理学在生物医学上的应用两个方面进行统计,如表1所示．

表1 生物医学物理习题的统计结果主题(topic)物理学在生物医学上的应用能量鞭毛运动、生物发光、杀人鲸冲刺、垂直跳跃的能量和动力、减肥计划中饮食与运动的比较、人们在不同时期的最大能量输出动量、冲量、碰撞拳击和脑损伤、动量和鱿鱼的推进力对乘客造成的伤害、青光眼测试转动平衡确定实验合作者的重心、有重量的前臂、比赛前热身流体、固体耳朵疼痛、肺部减压和损伤、测量血压、鱼类浮力调节、脑脊液、血管颤动和动脉瘤、肺泡表面张力、毛细血管血样、植物中的毛细引力、血液流动、输血、血液紊流、渗透作用对活细胞的影响、肾功能与透析、离心分离生物分子、足球受伤热学皮肤温度、全球变暖和沿海洪水、冻结时水的膨胀和地球生命热能不吃早餐、运动生理学、人体的运输损耗、小须鲸的温度、湖泊中的赤潮、身体温度、热影像技术、测量体温的辐射温度计、北极熊、全球变暖和温室气体热力学定律人体新陈代谢、减肥声音超声的医学应用、腔静脉超声外科吸引器、高强度聚焦超声波、OSHA噪音水平规定、耳朵、人工耳蜗电能和电容除颤器电流和电阻心脏的电活动、心电图、心脏起搏器、植入性心律转复除颤器直流电路细菌生长、神经元对电信号的传导磁学趋磁细菌、人工心脏和肾脏用的电磁泵感应电压呼吸检测仪交流电路和电磁波电场与癌症治疗、激光和伤口治疗、日光和眼睛的抗光性光的反射和折射闪光照片中的红眼、光纤在医疗诊断和手术中的应用反射镜和透镜水下视觉、视觉和潜水面罩光学仪器眼睛、用光学透镜校正缺陷、远视眼戴校正镜、近视眼镜、猫的眼睛

续表主题(topic)物理学在生物医学上的应用量子力学电子显微镜原子物理学氡污染、放射医学应用、职业辐射限值、食品和医疗设备的辐射、医学中的放射性示踪器、磁共振成像基本粒子正电子发射断层扫描