新世纪国外物理教育研究综述.doc

新世纪国外物理教育研究综述作者：郭玉英文章来源：中学物理教学参考 2006年8月进入21世纪以来，国外的物理教育研究得到越来越多的物理学家和物理教师的关注，研究对象和范围从基础物理教育向高等物理教育领域发展，研究内容不断深入。本文简要介绍其主要研究成果和最新进展，为广大中学物理教师和物理教育研究者提供借鉴。 一、物理教育研究的主要成果概览 笔者对2001年至2005年美国物理杂志和物理学评论）（物理教育专刊）发表的物理教育研究论文与国际科学教育杂志发表的物理教育研究论文进行了分类统计，如表1和表2所示。从中可以看出研究的范围和关注的热点问题。 统计结果表明，关注学生对具体物理概念的理解和学生的学习困难仍然是国外物理教育研究领域的热点，其次是对教学策略和评价的研究。二、研究的主要进展 通过对研究成果的深入考察，可以看出该领域在以下四个方面取得了主要进展。 1. 研究范围的扩展和内容的深化 新世纪的物理教育研究覆盖了从小学低年级到大学高年级的全部物理学习阶段，对学生理解和应用物理学基本概念的研究向更全面和更高层次发展，越来越多的研究成果反映了更高水平的物理学习过程，如学生在高等力学、热力学、相对论、量子力学等课程中对具体内容的认识过程。同时，研究者开始深入研究影响学生理解物理概念的内、外部因素。 已有的研究表明，学生的前概念向科学概念转化的过程是一个十分复杂的过程，涉及到学习者自身、学习内容、学习过程及学习环境等多方面因素，这些因素对概念转化的影响过程和机制并没有真正认识清楚。研究者采用调查、创设情境和访谈等多种方法，试图深入研究影响概念转化过程的因素。 例如，2001年有一项研究深入考察了中学生和大学生关于静电感应的一些概念及其转化过程。研究者首先调查了学生原有的关于电解质的极化概念，然后又让学生观察了一些极化现象，接着对他们进行了访谈。据此分析学生是如何对原有的概念和观念进行肯定或否定，从而实现概念转化的。在分析过程中涉及到了概念之间的联系和学生的思维方式。研究者认为，概念可以看成由核心概念和与其相关的保护带构成。保护带包括：辅助概念、初始条件或相关假设。该项的研究者指出：概念的保护带理论部分建立的越不完善，学习者在实现概念转化的过程中，保护带部分被修改的就越多，而不是核心概念被否定的越多。因此，要成功地使学习者的概念得到转化，需要关注学习者与核心概念相联系的保护带的质量，还要关注核心概念，即要关注学习者前概念的整体结构和质量。 2002年有研究者以八年级到十二年级的学生为对象，对学生在电流、电势差、电阻的关系中如何理解电阻和电压的概念作了调查研究，深入考查学生在学习物理的过程中，概念之间的相互关系对理解概念的影响，研究过程采用了测试分析方法，例如，已知电压和电流强度，要求被试判断电阻的大小，根据被试的推理过程来分析三个概念之间的关系对于学生理解电阻概念的影响。研究表明，传统的电学概念和欧姆定律教学对学习者理解概念会产生正负两方面的影响。 2. 与认知科学相结合建立理论模型，研究方法进一步科学化 研究者为了揭示学生物理概念学习过程的本质，采用定性分析和定量描述相结合的方法，在前期研究的基础上开始尝试建立学生学习物理的认知模型或理论框架。 例如，在物理教育研究杂志2006年发表的一篇论文中，研究者根据认知科学和物理教育已有的研究结果，提出学生在物理概念学习过程中，不同的相异概念模型构成一种混合态，对于不同的测试情境，学生会使用不同模型来处理问题。研究者采用模型分析方法定量分析了大学生在牛顿力学概念测试（fci）中的测试结果，提出了用模型评价一组学生对物理学概念理解的混乱程度的适用条件和分析方法。首先通过对学生进行系统研究和深入访谈，确定一组具有相似背景的学生持有的常见模型；根据这些模型设计多项选择测试中的迷惑项，并通过研究证明测验的有效性。根据测试结果，可以在线性模型空间中用一个矢量表示一个学生的反应，对于一组学生可以建立一个密度矩阵，用来表示学生采用不同模型的概率。 与认知领域的结合还体现在研究者开始关注学生在学习物理中的智力发展过程；研究物理概念、数学方法和技能以及逻辑推理能力之间的相互关系；关注学生对物理知识本质的认识和获得这种认识的过程，以及学生的认识与概念学习之间的关系。这些方面的研究都刚刚起步，体现出物理教育研究领域广阔的发展前景。 3. 在深入研究的基础上改进已有的测试工具，开发新的评价手段 研究者更加关注对新课程、新教学策略和现代教学手段产生的实际效果的评价，进一步考查已有的测试工具的有效性，在研究基础上开发新的测试工具。 研究者为了揭示学生对物理概念的认识，在大量调查和研究的基础上，设计出了诊断学生错误概念的测试工具。其中力的概念测试（fci）和运动学图形理解测试（tuck）已经得到了广泛的传播和应用，在此过程中也发现了一些值得深入研究的问题。2003年，美国堪萨斯州立大学的两位学者rebello和zollman对fci的迷惑项的作用进行了深入研究，主要考察以下四个方面的问题： （1）学生在多项选择题和同样内容及水平的开放性试题上的成绩是否有显著差异； （2）相应多项选择题提供的选项能否覆盖学生对开放性试题的答案，是否会产生新的选项； （3）多项选择题中的迷惑项是否影响学生对错误回答的选择； （4）将开放性试题的测试结果作为迷惑项修改fci原题后，是否改变学生对该题中各选项的选择比例。为了研究这些问题，rebello和zollman从fci中选择了4个有代表性的题目，将每个题目改为开放性问题，即只给出与多项选择题相同的问题情境，让学生自由回答。分别进行测试后比较两种题型的学生成绩。然后，利用开放性试题的测试结果设计具有新迷惑项的多项选择题，并进行测试。结果显示，两种形式中正确回答的百分比有很好的一致性；同时表明，fci的迷惑项不会对学生成绩产生不利影响。通过分析开放性试题的测试结果，研究者发现有一定比例的学生答案超出了fci对应试题的选项范围，当把这些答案设计成迷惑项对原题进行修改之后，测试结果表明，许多学生选择了这些新的选项。这表明fci某些试题的选项并没有覆盖学生的主要认知模式， 为了了解高中生和大学生对直流纯电阻电路的理解，2003年paula和robert在研究基础上设计了标准化的诊断测验“确定和解释纯电阻电路概念测试”，简称为direct 1.0（de-termining and interpreting resistive electric circuits concepts test）。这套测验与fci形式相同，共包含29个测试题，全部是只有一个正确选项的选择题。研究者用这套题目对美国454名高中学生和681名大学生进行了测试，在分析有效性的基础上又进行了修订，修订版本为direct 1.1。研究者用修订版本对251名高中生（美国）和441名大学生（美国、加拿大、德国）再次进行了测试，对测试结果进行了详细的统计分析，揭示出许多学生存在的错误认识。研究结果表明，这两套测验都具有可靠性和有效性，既可以用于评估课程和教学方法，又可以深入了解学生对直流电路中电现象的理解情况。 4. 课程设计和教学策略的研究进一步深化，推动了物理课堂教学改革 由于大量研究结果揭示出传统物理课堂教学对于学生理解物理学核心概念的低效性，同时，对学生学习的研究也表明，自主钻研和合作学习可以提高学生的复杂推理技能。在这些认识的基础上，物理教育研究者尝试了多种方法来改革传统的物理教学，并对这些方法产生的实际效果进行深入分析和总结。 例如，为了使学生更好地理解欧姆定律中电阻、电压和电流的关系，laurent, liegeois等研究者用计算机设计了新的教学策略来补充传统教学的不足。这种策略包括以下四个步骤：首先，学生展示简单电路图，要求他们利用电流和电阻推导电压，用图表形式而非数值形式向学生提供几种可能的结果；其次，用同样的方法让学生根据电压和电阻推导电流强度。第三，用同样的方法让学生根据电流强度和电压推导电阻；第四，给学生提供机会，利用他们得出的结果思考电流、电压和电阻三者之间的关系。最后，研究者对这种教学策略的效果进行了深入分析。 在2001年美国物理杂志发表的一篇论文中，catherine和erio对在大学物理教学中开展了10年的“同伴教学”进行了总结和深入研究。“同伴教学”是一种基于问题的合作学习方式，要求班级中每一个学生应用核心概念解决问题，并向其同伴讲解。在这种精心设计的问题教学过程中，教师将课程设计成一系列小单元，每个单元集中解决一个核心问题，紧接着对相关概念进行测试，检查学生对概念的理解。学生用1到2分钟时间独立完成，向教师汇报答案后再与周围同学交流，在交流过程中说明理由。2到4分钟后，教师再次收集学生答案并进行讲解，然后进入下一个单元。研究表明，这种教学促进了学生对物理概念的掌握，提高了解决问题的能力。 三、总结 国外的物理教育研究是建立在物理学科基础上的，其研究重点、研究内容和方法都有值得我们借鉴之处。学生是物理学习的主体，对学生物理学习过程的认识是课程改革和有效教学的依据。国外在研究学生学习具体物理内容的过程和学习困难方面已经取得的了大量成果，有关的研究正在不断深入。从论文选题和研究方法来看，国外的物理教育研究都是针对物理教学中的具体问题展开的，采用科学的研究方法进行实证研究，研究的过程和结果具有可检验性，具备了科学研究的特征，并且直接促进了物理教学改革。相比之下，我国在这方面的研究刚刚起步，需要在借鉴国外研究成果的基础上做大量深入细致的工作。我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（1） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（2） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（3） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（4） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（5） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（6） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，