（课程与教学论专业论文）大学物理与中学物理衔接问题的研究.pdf

大学物理与中学物理衔接问题的研究 摘要 社会经济的发展对人才提出了更高的要求，社会呼唤具有创新能力的 人才。文章从我国的中学、大学物理的教育现状以及世界教育改革的新形 势出发，以系统科学、物理学科教学论和教育心理学理论为指导，运用比 较、分析与综合相结合、归纳与演绎相结合等研究方法，在教学内容、教 学方法、学习方法等三个方面对大学物理与中学物理教学进行了较为全面 的探讨，得出了如何更好地衔接大学物理和中学物理的教与学的问题，从 而在大学物理教学中更好地培养学生的科研能力和创新精神。并且初步探 讨了如何建立大学物理和中学物理立体化培养体系。 关键词：大学物理：中学物理；教学衔接；创新精神；立体化培养体系 t h er e s e a r c ho fl i n kb e t w e e nc o l l e g ep h y s i c sa n d h i g hs c h o o lp h y s i c s a b s t r a c t t h es o c i a le c o n o m yd e v e l o p m e n ts e tah i g h e rr e q u e s tt ot h et a l e n t e d p e r s o n ，t h es o c i e t ys u m m o n st h et a l e n t e dp e r s o nw h i c hh a st h ei n n o v a t i o n a b i l i t y t h i sp a p e rs t a r t sf r o mp r e s e n te d u c a t i o ns i t u a t i o no fo u rm i d d l es c h o o l u n i v e r s i t yp h y s i c se d u c a t i o na n dt h en e w s i t u a t i o no fw o r l de d u c a t i o nr e f o r m a n di sd i r e c t e db yt h et h e o r yo fs y s t e m ss c i e n c e ，p h y s i c a ls u b j e c tt e a c h i n ga n d t e a c h i n gp s y c h o l o g y i ta p p l i e st h er e s e a r c hm e t h o d so fc o m p a r i s o na n a l y s i s c o m b i n e dw i t hs y n t h e s i sa n d i n d u c ec o m b i n e dw i t hd e d u c e i td i s c u s s e s o v e r a l l ya b o u tt h ec o u r s ec o n t e n t ，t h et e a c h i n gm e t h o d ，t h es t u d ym e t h o da n d s oo nt h r e ea s p e c t s i th a sb e e nr e a c h e dh o wm u c hb e t t e rt ol i n ku n i v e r s i t y p h y s i c sa n dm i d d l es c h o o lp h y s i c ss ot h a tt r a i n ss t u d e n t sa b i l i t yo fs c i e n t i f i c r e s e a r c ha n dt h ee n t e r p r i s i n gs p i r i ti nt h eu n i v e r s i t yp h y s i c st e a c h i n g ，a n d d i s c u s s e sh o wt ob u i l dt h e 3 一d i m e n s i o n a lc u l t i v a t i n gs y s t e mo fu n i v e r s i t y p h y s i c sa n dh i g h s c h o o lp h y s i c s k e y w o r d s ：u n i v e r s i t yp h y s i c s ；h i g h - s c h o o lp h y s i c s ；t e a c h i n g l i n k ； e n t e r p r i s i n gs p i r i t ；c u l t i v a t i n gs y s t e mi n3 - d i m e n s i o n a l 插图清单 图3 一l 中学水平的力学结构1 3 图3 - 2 大学水平的力学结构1 4 表格清单 表4 1 质点和刚体的比较。3 0 表5 1 设计组成部分。5 0 表5 2 特点分析。5 1 表5 3 学生的具体分工5 l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 盒目墨王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意 权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盔堂有关保冒、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金胆 至些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名勰 解嘭7 莎夕日l | 彳 导师签名：马幻拳，7 。， 签字眺2 矿易月尸日 电话： 邮编： 致谢 论文完成打印之际，首先我必须向敬爱的导师马力平先生致以深深的 谢意! 近三年来，马老师不仅在学业上给予我尽心尽力的指导，在生活上 给予我无微不致的关怀，更以其科学严谨的学术风范、一丝不苟的敬业精 神和诲人不倦的高尚师德无不给我留下刻骨铭心的影响。 感谢培养并教育过我的恩师何晓雄教授、邓铁如教授、邓小玖教授、 梅忠义副教授、罗乐副教授、高峰副教授，你们学养深厚，使我感受到了 学术的更高境界。感谢你们在生活和学习上给予我的关心和帮助! 感谢所有我的任课教师! 是你们让我感受到了合肥工业大学的浓厚的 学术气氛。 感谢2 0 0 4 一0 7 班所有的同学，感谢课程与教学论的所有兄弟姐妹们! 感谢你们的关心和帮助，感谢你们的同窗情意。 最后，我要感谢我的家人! 是你们长期的默默付出和支持，才使我能 够顺利地完成学业。 作者：赵晓峰 2 0 0 7 0 5 3 1 于合肥工业大 1 1 问题的提出 第一章绪论 处于改革大潮中的中国高等教育，面临着世界性科技革命、加入w t o 后 国际性经济竞争和综合国力竞争以及实现经济制度和经济增长方式的两个根本 性转变等挑战，承担着培养社会主义事业合格和可靠接班人的历史重任，必须 回答和解决“培养什么样的人”和“怎样培养人”的根本问题。胡锦涛总书记 在全国科技大会的讲话中明确指出：“一个国家只有拥有强大的自主创新能力， 才能在激烈的国际竞争中把握先机，赢得主动。”这是基于当今国际科技和经济 发展态势的重要论断。社会的需要和教育思想正发生着突破性的变革，变革时 代呼唤着高等教育的创新。 但是，我国目前的中学教育依然以应试教育为主，而且由于我国的高等教 育资源有限，不可能在短时间内得到根本性的改善；我国现行大学的教育观念、 人才培养体系、教育内容、教育方法以及教育评价等方面仍然相对滞后。素质 教育，特别是创新人才的培养，需要我国的高等教育作出根本性变革。本文以 研究型大学为研究对象，对在我国当前中学教育的实际情况下，如何做好大学 物理和中学物理的衔接以及如何改革大学物理教育、充分利用大学物理教育加 强学生科研及创新能力的培养等问题进行系统的研究 在所有的自然科学中，物理学是最古老的、也是发展最快的科学。物理学 研究的是物质运动最基本的、最普遍的形式，物理学所研究的运动普遍存在于 其他高级的、复杂的运动形式之中，其他自然科学( 天文、地理、化学、生命科 学) 研究的运动形式中都包含物理过程和现象，物理学规律也因此而具有极大的 普遍性，任何理论都不能与物理学定律相抵触：同时物理学能提供最多、最基 本的科学研究手段。可以认为，物理学是除了数学以外一切自然科学的基础， 也是当代工程技术的重大支柱。 另外，从2 0 世纪后半叶开始快速发展的高新技术在很大程度上依赖以物理 学为主的各自然科学的发展。高新技术包含的科学知识高度密集，综合性极高， 它们都与物理学的基本概念基本理论和实验方法密切相关【6 】。物理学在2 l 世纪 仍将处于科学技术发展的主导地位，同时，大学阶段的物理教育，在培养学生 科学技术素质和创新精神等方面具有其它课程不可替代的作用。因此，学习物 理学科不是单纯的为了将来的具体应用，也不是单纯为了后续课程的需要，更 不是单纯为了了解现代物理的发展，准备这样那样的窗口，应该坚持更高层次 的要求，着重讲清楚最基本的概念和物理学处理疑难的各种理论方法，以及他 它在解决各种不同性质的实际问题的作用，学会科学研究的方法，并且贯穿以 对学生创造能力的培养。而中学物理教学使学生学习关于物质最普遍的运动形 式和物质基本结构的知识，受到观察实验思维科学态度和科学方法的基本训练， 属于基础教育的范畴，是学生继续学习科学技术和投身祖国建设的必要基础。 但在大学物理和中学物理的教学实际中，长期以来存在以下问题；第一， 由于物理知识总量的加速增长，知识难度的加大，大学物理教材新内容不断的 增加，而把部分内容下放到中学，使得物理教材内容恶性膨胀，实际中大学和 中学的教学又各自为政，使得大学和中学物理教学内容没有明确合理的分配， 致使教学内容重复较多：而部分高校进来采用的面向2 l 世纪的新编大学物理教 材，由于教学内容梯度过大，从而出现了新的衔接问题。第二，由于“应试教 育的负面影响，在大学物理的教学中，一方面，“教法”有较大差异，另一方面， “学法”变化更大，致使教学方法和学习方法不能顺利过渡。第三，在创新能 力，以及科学研究能力的培养上，高校没有投入足够的精力【3 6 】 针对目前我国中学阶段。应试教育”的现状，以及社会对创新人才的需求 情况，高校应加强对大学生的创新能力和从事科学研究能力的培养。从系统论 的角度来看，物理教学过程可以看成是一个系统，由大学物理教学和中学物理 教学两个子系统构成，这两个子系统之间必须相互协调，相互配合，有机衔 接，才能产生良好的教学效果：否则，将会出现教学效果差、效率低的不良局 面，直接影响高素质人才的培养和教育人才的极大浪费。 2 0 世纪8 0 年代以来，我国教育界开始了教育整体改革的探索。素质教育、 认识心理学等教育理论的形成和完善对深化大学物理教学改革起到了积极指导 作用。广大高校物理教育工作者在大学物理教育改革方面作了较深入的探索和 实践。在物理教育与人才素质、课程体系与教学内容、高等物理教学论、物理 教学手段现代化及实验教学改革等方面取得了许多成果，关于这方面的改革成 果，发表的论文有几百项( 篇) 之多。这无疑对大学物理教学质量的提高、高 素质人才的培养起到了积极的推动作用。但由于大学物理教学与中学物理教学 “衔接”的问题又往往被人们所忽视，是人们不愿意做的边界面工作。鉴于这 种现状，本课题通过对大学一年级学生“大学物理”学习情况进行调查，掌握 大学生学习大学物理的第一手资料；通过与中中学物理教师的交流，了解当前 中学物理教学和改革的实际情况及发展趋势，从教学方法和学习方法等方面分 析大学物理与中学物理教学顺利衔接的必要性、可行性和紧迫性，为丰富大学 物理教学改革作一些有意义的研究工作 1 2 研究背景 1 2 1 国外研究型的改革现状 1 2 1 1 人才培养目标的改革 世界各国人才培养目标改革的共同趋势主要集中在两个方面。一是培养有 2 创造性的全面发展人才。1 9 9 1 年美国国家教育目标报告指出，“应该培养 大量的具有较高批判性思维能力、能有效交流、会解决问题的大学生”博伊研 究型大学本科教育委员会发表了重建本科教育；美国研究型大学发展蓝图 的研究报告中明确指出：“探索、调查、发现是大学的核心，大学里的每个人都 应该是发现者、学习者，研究型大学应该造就出一种特殊的人才，他们富有探 索精神并渴望解决问题，拥有代表其清晰思维和熟练掌握语言的交流技巧，拥 有丰富的多样化经验。这样的人富于创造性，将是下一世纪科学、技术、学术 和政治的领袖”。 q - - 是建立教育国际化的目标美国九十年代初制定的t 美国 2 0 0 0 年教育法强调教育的国际化，采用“面貌新颖，与众不同的方法，使每 个学生都能达到知识的世界级标准。要通过国际交流，努力提高每个学生的全 球意识和国际化观念”。日本在8 0 年代就提出“要培养世界通用日本人”日本 临时教育审议会在高等教育国际化的目标中提出：“只有做一个出色的国际人才 能做一个出色的日本人，在国际社会中要想生存下去除了牢固掌握日本文化外， 还应该对各国的文化和传统加深理解”。1 2 j 1 2 1 2 教学过程与教学管理改革 1 教学过程 各国大学教学过程的改革集中体现在教学与科研、教学与社会实践的精密 结合上，以培养学生探究知识、善于运用知识去解决问题的科研和实践能力 大学通过与外界的充分联系，打破教学过程的两个局限，即课堂空间的有限局 限和理论学术的无限局限。如英国的“三明治”教学，在校学生到企业实践， 并由企业的工程技术人员和大学教师合作讲授课程，使企业与学校的教学紧密 联系；美国制定了大学与工业界相互联系的实验性计划，举办大学一工业合作 研究项目计划，、创新中心和工程研究中心等；德国最典型的是双元制教学，学 生不再分为大学生和学徒，而是两者的结合大学徒，大学徒一方面以大学 生的身份在高校学习，同时以学徒的身份在企业进行经常性的实习和技能训练。 【3 】 2 教学模式 教学模式是在一定的理论指导下，为实现特定的目标，用于设计课程、选 择教材、提供师生活动的基本范型。它是融理论与操作于一体的教学范型。往 往包含教学理论、教学目标、运行程序、教学方法、教学条件及使用的教学策 略。大学教学模式的改革集中体现在四个方面：一是认知与情感统一于教学过 程之中，认知因素在活动中起操作作用。承担知识的吸收、储存和转化的任务， 而情感因素在活动中起动力作用，承担活动的定向、维持、调节等任务。将两 者统- - n 教学过程之中，能发挥最佳组合的效果。二是学习知识与培养能力并 重，强调学生的自我管理、自我约束、自我评价、自我反馈和自我激励，体现 出在知识的获得中养成以自我学习为中心的多维能力，以达到学习过程中学习 知识与培养能力的统一三是充分发挥评价在教学中的作用，发挥评价的诊断、 调整和激励作用，以使教学活动更为高效四是师生的地位在教学中发生了变 化，教师至上的权威已根本改变，对学生更多的是指导、引导、促进和协调作 用，而学生成为教学活动中的主体。 1 9 9 8 年发表的博伊研究报告从研究型大学的特点和面临的挑战出发。 提出了改革本科教育的一些对策： 第一是建立基于研究的模式。学习应该是基于教师指导下的探索研究，而 不是信息的简单传授，要把学生从传统的文化知识的接受者变为文化知识的探 究者；基于研究的学习是师生互惠的学习，在大学层次上也要引进一对一的教 学模式，即实行像研究生一样的导师制；传统的讲课方式不应该是占支配地位 的教学模式。应该让本科生参与到研究中，使他们的学习经历越来越接近研究 生的活动；要设计实习环境使基于研究的学习向实际动手能力培养转化 第二是构建探究式的一年级教学。大学一年级教学需提供智力成长的新激 励，需要基于探究式的学习以及信息与思想交流的坚实基础要改变原来已经 程序化的一年级教学，以利于学生最大限度的获益，由有经验的教师组织的小 型讨论班应是改革的方向，教授应该能使学生体会到发现的乐趣，使之获得大 学学习中特有的智力发展的机会 3 教学方法改革 ( 1 ) 总体状况 教学方法改革的目标是教学方法的优化，当前世界性教学方法改革呈加强 智能发展、加强教学实践性、运用现代化教学手段三大趋势。具体而言：一是 在教学方法的功能上由教会知识到教会学习；二是在教学方法的指导思想上推 行启发式、废止注入式；三是加强教学实践性完善教学与社会实践更紧密结合 的教学形式与学习制度；四是运用现代化教学手段，提高教学效率。 世界大学教学方法改革最突出的特点是日益重视学生自主学习精神与能力 的培养。如美国大学的教学中，讲授内容一般以重点、难点为主，重在讲清学 科的主要脉络、发展方向和前沿状态；讲授的目的在于指导学生自学，启发学 生独立思考，旨在培养学生的思维能力、独立学习的能力和科研能力，以适应 今后的专业学习和职业训练1 9 9 8 年1 1 月。加拿大l o 所著名大学校长论坛上， 提出要摒弃教师讲学生听的授课方式，而让学生通过自己再发现知识形成的步 骤，以掌握一种获得知识并发展探究性思维的一种学习方式；强调以学生为中 心，让学生自己去思考、发现问题并积极参与广泛讨论，以培养学生的探究精 神，发挥其主观能动性。从古希腊的苏格拉底到法国的卢梭，再到美国的杜威， 都强调培养学生的主动性。尤其是美国的布鲁纳，提出“发现法”教学方法， 强调教学要培养学生探究问题的精神、独立解决问题和预见未知的能力 ( 2 ) 合作教育 美国研究型大学中，除了由一组教师合作、联合教授一门复合课程的合作 4 形式之外，还有一种鼓励全校师生员工直接参与教育过程的合作教育形式，它 们都改变着传统文化。美国博懋大学在a n d r e ww m e l l o n 基金会资助下，开展 了为期4 年的合作教育法实践研究【4 】学校每年组建十个团队，每个团队由授 课教授、图书馆人员、信息技术人员、学生等四人组成，各方对所开课程具有 同等权利。四方人员团队合作、互相交流，进行课程内容研究、讨论教学计划、 运用新技术手段及信息反馈等工作。讨论课也是校内合作教育的重要形式之一。 美国研究型大学普遍为低年级学生开设讨论课，由有经验的教师引导、激发学 生对学科的学习兴趣，使学生接受特定学科的研究方法训练，在合作的环境中 进行探索性学习，培养自身的想象力和创造力。 ( 3 ) 合作学习 在教育领域学习方法变革中，出现了一系列有效的学习方法：合作学习、独 立学习、适应性学习、创造性学习、基于问题的学习以及基于资源的学习等。 其中合作学习对应于整合教育和合作教育，其影响力最大，被称为最有效的学 习方法之一【5 】。合作学习指一种教育理念，即师生一起工作、一起建设、一起 学习、一起变化、一起改进。它尤其适应国际化教育的需要，来自不同国家、 不同地区的不同思维的人，在课堂一起学习工作，而不是个体竞争 ( 4 ) 教学手段 教学手段指为实现预期的教学目的，教师所采用的以物质媒体为主的教学 工具。各国大学教学手段的发展有以下特点：一是传统与现代大学教学手段并 存；二是教学手段的开发和使用科学化；三是教学手段的创造更有利于学生主 体性的发挥，使学生的学习由被动接受到主动认知，从生搬硬套到解决问题， 以培养学生的创新能力并提高其信息处理能力；四是更有利于教学组织形式的 多样化，既有利于因材施教、发展学生的个性，又有利于个别化教学、协同教 学、远程教育等多种形式提高教学效率【6 j 。 随着信息化时代的到来，世界各国大学相继在教学内容中传授信息技术， 注重培养学生应用信息技术的能力，并鼓励教师积极应用现代化教育技术开展 教学，促进信息技术与课程教学的有机整合，促成课程体系的转型。同时，全 球互联网的使用使知识的传授在全世界范围内不再受时间和地点的限制，极大 推动了远程教育的广泛开展，逐步形成了一个开放式的终身教育体系。 1 2 2 国内外关于。大、中学物理教学的衔接”的研究现状 “大、中学物理教学的衔接”这个课题一直受到国外广大物理教师和物理 教育研究工作者的关注。p h y s i c st o d a y 早在1 9 8 7 年5 月上发表了 d f h o l e o m b r r e s i n c k 和s r i g d e n 的研究论文基础物理学的新模式该文 中指出，基础物理学教程改革方案要明确地反映近代的内容和物理学科的特点， 5 还应该考虑是否影响中学物理教程的问题；以便能有效地使中学和大学物理相 结合1 9 8 9 年7 月2 2 日至2 7 日在美国夏威夷大学举行了中、日、美物理讨论 会。会议的主题是大学前物理教育问题( p r o b l e m s r e l e t e d t op r e c o l l e g e p h y s i c s e d u c a t i o n ) ，其中“中学物理和大学物理的衔接问题”作为会议讨论的专题之 ，受到中、日、美等国家物理教育工作的重视。w e s tv i r g i n i a 大学的j n d y r f r a n ：指出：“要理解美国高等院校的基础物理课程，有必要理解我们的学生高 中毕业所具有的基础”前西德g b r o n 在课堂物理教育研究及其实施改革成 就中把。中学物理向大学物理过渡”作为物理教育研究的一个重要方面。 总之，国外对大、中学物理教学衔接问题的研究给予了普遍的重视和较深 入的探讨，并形成了一些共识：( 1 ) 大学物理课程需要改革和近代化，应该有 一个必要的基础，1 7 j 物理教学大纲( 学生的物理学) 的整个内容是有限的，因 此有必要妥善、合理地判定那些渗人这个盒子的“清规戒律”；( 2 ) 在物理教学 方面，有许多不同的方法教师应根据特定的情况决定采用哪些方法，分析这 些方法的优缺点，要参考一些有关物理教学的书籍或会议记录和报告。教师必 须密切注意他班上最可能出问题的每一个学生；( 3 ) 重视现代教学手段在物理 教学中的应用，重视物理实验。 “大、中学物理教学衔接”问题是高校物理教师在大学一年级进行大学物 理教学时经常面对的问题。只要大学物理教学涉及到中学物理内容，则必然会 面对“衔接”问题，但由于“衔接”问题是人们不愿意做的边界面工作，我国 很少有人从学科教学论的高度系统研究漆安慎等在从大一力学教学看学生 素质培养一文中指出：“以教一年级力学看素质培养，要考虑学科特点和学生 从中学到大学过渡阶段的学习特征，经典力学古代但在当代科学技术发展中非 常有用，这决定它必须存在但需在教学上进行改革。中学生的学习较多依赖老 师，到大学后则需要自我学习自我塑造。，1 7 j 从加强素质教育角度提出了一年 级力学教学改革的一些思路：教材建设要符合素质培养的需要；为学生自我学 习创造条件；学习物理要引导学生关心现象，关心实际。以上仅仅是从学生素 质的培养中谈到“衔接”问题一个方面。邓明成等在研究工科大学物理概念结 构体系的现代化问题中指出：我国物理教育的特点具有三个循环，传统的工科 大学物理内容结构体系与高中物理类同，内容重复过多。在内容的编写上，都 是以基本规律和基本计算方法为主线，对于基本概念的核心地位、物理学的基 本思想、基本研究方法和基本精神不够重视，述说也没有特别的不同。这种状 况，难以激发学生学习的热情和兴趣，也得不到教学主管部门的重视。d l 蔡领 在研究普通物理力学部分的教学内容时指出：力学的重要概念如位移、速度、 加速度、力、功、势能、冲量、动量等的讲述与中学重复较多。由于“力学” 是学生进入大学后学习大学物理的第一部分内容，我国在研究。大、中学物理 教学衔接”问题时常常以力学教学为研究对象，并且侧重于教学内容的研究较 6 多，而在教学方法、学习方法等方面的研究并不多见，仅在大学物理专题研究 中蜻蜓点水般地一笔带过，普物实验课的教学对象是刚入学的学生，绝大多数 学生来自农村中学，实验基础较差，从对基本仪器的认识到握拿姿势，从读数 方法、数据的测量到数据的处理诸方面的知识都欠缺。所以在进行普物实验课 的教学时必须考虑学生的基础。从教学内容、教学方法和学习方法等方面系统 研究“大、中学物理教学的衔接”并在物理教学中通过教学方法的改进来达到 培养大学生的创新能力方面没有得到足够的重视。 近年来，随着中外物理教育研究交往日益频繁，随着我国素质教育的积极 推广，随着物理基础教学和专业教学的交流日益增多，大、中学物理教学衔接 问题题将受到我国物理教育工作者的高度重视，随奢物理学科教学论的发展， 大、中学物理教学衔接问题的研究将在大学物理教育研究中占有一席之地。可 以预见在不久的将来，随着此课题研究的逐步深入，物理教育理论将更加系统 化、科学化，物理教学理论将更加丰富，更加生机盎然。 1 2 3 大学物理与中学物理教学的衔接的理论基础 1 2 3 1 建构主义理论 建构主义是认知心理学派的一个分支，最早由瑞士的皮亚杰提出，它强调以 学生为中心，认为学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者；教师只对学 生的意义建构起帮助和促进作用，并不要求教师直接向学生传授和灌输知识， 强调“情境”、“协作”、“回话”、和“意义建构”是学习环境中的四大要素r 7 1 。 1 建构主义的学习 建构主义的核心特征为：积极的学习，建构性的学习，累积性的学习，目 标指引的学习，诊断性学习以及反思性学习。 学习不是由教师简单地把知识传递给学生，而是由学生自己建构知识的过 程。学生不是简单被动地接受信息，而是主动地建构知识的意义，这种建构是 无法由他人来代替的。 、 学习不是被动接受信息刺激，而是主动地建构知识的意义，是根据自己的 经验背景，对外部信息进行出动地选择、加工和处理，从而获得自己地意义。 外部信息本身没有什么意义，意义是学习者通过新旧知识间的反复的、双向的 相互作用而构建知识 学习意义的获得，是每个学习者以自己原有的知识经验为基础，对新信息 重新认识，建构自己的理解。在这一过程中，学习者原有的知识经验因为新知 识经验的进入而发生调整和改变。 同化和顺应是学习者认知结构发生变化的两种途径和方式。同化是认知的 量变，而顺应是认知结构的质变。同化一顺应一同化一顺应，循环往复，平衡 7 一不平衡一平衡一不平衡，相互交替，人的认知水平的发展，就是这样的一个 过程。学习不是简单的信息积累，更重要的是包含新旧知识经验的冲突，以及 由此而引发的认知结构的重组学习过程不是简单的信息输入、存储和提取， 是新旧知识经验之间的双向的相互作用过程，也就是学习者与学习环境之间互 动的过程。因此，建构主义的教学模式必须是“学生为中心，教师为主导”。 建构主义强调合作学习。学生要见证并参与同伴相互之间的思维活动。在 过程中，学习者接触到同伴清晰的和令人信服的思维过程，也接触到他人错误 的思考过程，学生确实需要训练在这样的群体中有效的发挥作用 2 建构主义的教学l 卅 建构主义教学对教师提出了更高的要求，教师必须具备足够的能力和教学 技巧才能实现建构主义教学不管在教学中运用什么特殊的技巧，学生总会主 动建构或组织知识，而不是简单地吸收从书本或教师处得到的知识这就要求 教师掌握具体的教学技巧( 如讲课、讨论、合作学习、探究学习) ，并有足够的 能力来组织上课，调动学生的积极性，具备很强的引导能力和足够的解决课堂 问题的能力。教师应该学会如何运用技巧去引导和激发，而不是支配学生的思 维。 建构主义教学的设计原则： 强调以学生为中心。这点对于教学设计有重要的指导意义，具体表现为三 个要素：要能体现出学生的首创精神，在学习过程中充分发挥学生的主动性： 要让学生有多种机会在不同的情境下去应用他们所学的知识，将知识“外化”： 要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决问题的方 案，实现自我反馈。 强调“情境”对建构的重要意义。学习总是与一定的文化背景即“情境” 相联系的，在实际情境下进行学习，通过“同化”和“顺应”才能达到对新知 识意义的建构。在传统的课堂讲授中，由于不能提供实际情境所具有的生动性、 丰富性，因而使学习者对知识的意义建构发生困难。 强调“协作学习”对意义建构的关键作用。学习者与周围环境的交互作用， 对于知识意义的建构起着关键性作用，知识建构主义的核心概念之一。学生们 在教师的组织和引导下一起讨论和交流，共同建立起学习群体并成为其中的一 员。在这样的群体中，共同批判地考察各种理论、观点、信仰和假说，共同进 行协商和辩论。通过这样地协作学习环境，学习群体的思维和智慧可以被整个 群体所共享，即整个学习群体共同完成对所学知识的意义建构，而不是其中的 某一位或某几位学生完成意义建构。 强调对学习环境的设计。学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自 主学习的场所，在此环境中学生可以利用各种工具和信息资源来达到自己的学 习目标。在此过程中学生不仅能得到教师的帮助与支持，而且学生之间也可以 相互协作和支持学习应当被促进与支持而不应受到严格的控制与支配，学习 环境则是一个支持和促进学习的场所。 强调利用各种信息资源来支持“学”而不是“教”为了支持学习者的主动 探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源，支持学生 的自主学习和协作式探索，对于信息资源应如何获取、如何有效地加以利用等 问题，是主动探索过程中迫切需要教师提供帮助的内容。 强调学习过程的最终日的是完成意义建构( 而非完成教学目标) 。强调学生 是认知主体、是意义的主动建构者，所以学生对知识的意义建构是整个学习过 程的最终目的教学设计通常不是从分析教学目标开始，而是从如何创设有利 于学生意义建构的情境开始，不论是学生的独立探索，协作学习还是教师辅导， 整个教学设计过程紧紧围绕“意义建构”这个中心而展开，学习过程中的一切 活动都要从属于知识的意义建构这一中心 9 第二章大学物理和中学物理教育的现状 2 1 中学物理教育现状唧 中国人成功的标准是：高考得高分，考入全国名校；找个好工作；婚姻美 满；子女学业有成。在此体现了中国社会的一个重要的价值观，即求学的成功 就是最大的成功这是因为教育层次在中国代表了很多内容，包括文化追求、 社会地位、家庭荣誉、智力标签、工作通行证等。教育尽管有多种社会功能， 但在中国，教育的首要功能就是筛选功能通过考试的筛选，把人们分配到不 同的等级，包括不同等级的学校、单位，乃至不同的社会位置。 与生存相连的选拔性考试使应考者顾不得考虑应试的成本，包括物质成本 和精神成本，为了能在公平竞争中胜出，惟一关注的是考试的公平性，主考者 则难以顾及考试的形式是否科学，考试的内容是否合理，惟一关注的是能否分 层次的选拔出适当的人选。此时，考试的成功则成为每个人一生成功的基石。 面对这样的社会现实，我国的学生、家长、教师全都被绑在应应试教育的战车 上，既无奈有全力以赴地奋战在应试的战场上 在应试教育的这种大环境下，中学的物理教育当然带有应试教育的印记 学生学习的主要任务就是掌握高考所需的物理知识，反复的练习，最终的目的 就是中考、高考能取得好的成绩。虽然现在反复强调素质教育的重要性，可是， 现状是我国的初、高中的前两年能搞不同程度的素质教育，而毕业班都是百分 之百的应试教育。物理实验的要求就是会做实验题，至于操作考试很大程度上 是流于形式，更不用说创新能力的培养。 应试教育培养不出身心健康、具有创造力和世界竞争力的后一代，可是我 们为了公平地分配稀缺的教育资源，任凭我们的下一代一年又一年的处于应试 教育的重压下我们已经处于难以解脱的恶性循环之中，似乎哪个环节都应当 成为突破口，可是打碎哪一个环节所带来的负面影响都使我们难以下手。 2 2 大学物理教育的现状 教育缩水和物理课时的减少现代社会，科技飞速发展，日新月异，新的 岗位、职业不断涌现，对人才的适应性、灵活性要求也更高学校为了使毕 业生的社会适应性增强，提高学生和用人单位双方的满意率，目前通常的做法 是首先在课程设置上进行改革，增加大量针对性较强的，与科技发展、社会需 求较合拍的使用性课程，开设大量选修课，实行弹性学分制，由学生根据自己 的兴趣、发展方向自行选择。这种变革大大提高了教育的现实作用性。但是学 生在校学习期间的总学时数是一定的，这样就产生了所谓的教育缩水的问题。 要增加新的课程，必然对传统的课程设置形成冲击。在传统课程里有一部分是 1 0 根据以前的社会需要设置的，已经不能满足现在的形式，没有多大理论和实用 价值，进行重新调整是很自然的；可是大学物理这样的传统基础课也受到了不 可忽视的影响。物理学所能提供的是理论基础，是对学生的科学素质、创新能 力等方面的培养和熏陶，这些作用具有长期效应，一般不能在短期内表现出来， 很容易被忽视。因此大多数高校都在不断压缩物理等基础学科的学时 第三章大学物理与中学物理教学内容的衔接 大学物理的学习兴趣直接影响学习效果，而教学内容、教学方法和手段以 及学习方法与学习兴趣密切相关、相互作用 学习兴趣是指在学习活动中，每个学生基于自己对某些学习内容的需要、 愿望或情感而表现出一定的趋向性和选择性学习兴趣是学习动机中最现实、 最活跃的成分，是使学生乐予获得知识、技能和不断探索、发现客观规律的一 种宝贵的心理因素。它带有情绪色彩，在这种情绪下，大脑处于非常活跃的状 态，神经细胞处于兴奋的状态，可提高学习的效率，当然会产生良好的学习效 果，兴趣是学习的动力。我国伟大的教育家孔子曾说：“知之者不如好之者，好 之者不如乐之者。” 学习兴趣按其产生与形成分类，可分为直接学习兴趣和间接学习兴趣。在 大学物理学习中直接学习兴趣由物理学内容和学习活动、学习过程本身直接引 起的，直接学习兴趣比较容易停留在对物理现象的观察、理解的满足上，缺乏 探究物理本质的自觉性，具有不稳定性、不持久性，当他们一遇到理论性较强 的内容就容易感到枯燥，对物理的兴趣减退。间接学习兴趣有明显的自觉性， 它是关于学习活动的目的或结果的兴趣，具有稳定性和持久性。学习兴趣在大 学物理的教学中起着重要的作用，直接影响大学生学习大学物理的学习效果。 有人对此进行了调查，并对调查结果进行分析后发现； ( 1 ) 大学生学习“大学物理”兴趣由直接学习兴趣占主导。大学生对“大 学物理”感兴趣的主要原因来自于物理学内容本身和科学思维方法。 ( 2 ) 大学物理力学部分是进入大学的第一门物理专业课( 或其中的一部 分) ，力学部分的学习对整个大学物理的学习乃至整个大学阶段的学习起着十分 重要的影响。 3 1 大学物理与中学物理教学内容衔接的现状 由于物理学在自然科学中的重要地位和作用，学生从初中就开始接触物理， 初中物理教材偏重于从定性的角度对物理现象和过程作出阐述，特别强调以实 验和观察为基础，从感性认识的基础上抽象出概念和定律。到了高中阶段，物 理课程在对物理现象、过程的定性讨论的基础上，要求作较精确的定量分析和 研究，并常常要应用理论论证和数学推导，在观察和实验的基础上进行分析推 理而得到结论初、高中阶段的物理课程都各自形成一个大致完整的体系，这 两个阶段螺旋式上升，定位的层次从低到高1 1 0 l 。到了大学物理阶段，比之于高 中物理又上升了一个层次，是一个更完整、更系统的物理学理论体系。在要求 上更偏向于对物理理论的系统掌握和抽象思维的p i l 练，注重培养科学素质和能 力 与数学课程不同的是，总体来说，随着年级的递增，数学是一个逐渐加深， 循序渐进的过程，而物理学在初中、高中、大学阶段都各自形成较完整的体系， 而程度由浅入深，呈现出螺旋式上升的特点，这样在内容上必然会有部分一致， 如果处理不好，就容易变成简单的重复，致使学生产生厌学心理，这也是大学 物理难教的原因之一。 以牛顿力学为例，无论在初中、高中或大学物理阶段，它都属于非常重要 的一部分，但在不同阶段，教学内容和结构有明显区别，对学生的要求也相应 不同图3 1 和图3 2p 卅】概括地表示了牛顿力学的中学水平和大学水平的 教学结构，图中箭头表示了各种概念和规律之间的逻辑关系【1 1 1 。其中，相当于 高中物理的中等水平的力学结构表明：在初中物理的基础上，高中物理明确地 以牛顿三定律、万有引力定律等为其重要内容。从牛顿力学定律可以演绎出动 量定理和动量守恒定律、功能定理和机械能守恒定律：同时要注意这两个守恒 图3 - l 中学水平的力学结构 定律在宏观世万界和微观世界都适用，而牛顿力学不适用于微观世界。另外， 在教学上，可以应用牛顿三定律，从开普勒行星运动三定律演绎出万有引力定 律，反之亦可。 图3 2 所示的大学水平的力学结构，相当于大学普通物理的教学水平， 用对运动 动量定曩i l 功能原曩l i 角动壁定理 功量守慑i l 旺量奇量| l 角幼量寺恒 定 咎| i 窆谁| l 定 律 空向早薛| | ，于闭平移空阳蚪砷 的币壹性| | 的币受性| l 豹不受性 图3 - 2 大事水平的力学结构 比之于高中物理，观点更高了，内容也更多引入了牛顿力学的时空变换一伽 利略变换，不仅讲了质点的运动学和动力学，而且讲了刚体运动学和动力学， 增加了角动量定理和角动量守恒定律数学工具主要应用了微积分。同时，还 可以适当介绍对称性原理中的时空不变性与守恒定律之间的关系，让学生认识 到守恒定律之上还有对称性等更普遍适用的基本法则。 可以看出，在进行大学物理教学时一定要考虑中学物理的因素，抓住不同 层次教学水平的不同的重点和关键，从而较好地把握教学的深度和广度。对于 明显重复部分可进行大胆的删减。或改由学生自学掌握，而对于加深、扩展 的内容，尤其是需要用高等数学知识的、中学解决不了的问题，应加以强调和 重视。 总之，通过对学生的调查和本人的教学实践，将高中物理与传统理工科 大学物理进行比较后发现：高中物理是初等数学加力、热、电、光、原的概念结 构体系，大学物理是微积分加力、热、电、光、厚的概念结构体系，内容的深 化和提高主要在数学上和相对论、量子力学等某些具体内容上。而高中物理与 大学物理的内容体系大致相同，都是质点运动学、牛顿定律、动量和冲量、功 和能、机械振动和机械波、气体运动论和热力学基础、静电场、稳恒电流、磁 场、电磁感应、波动光学、光电效应与波粒二象性、原子和原子核等等在内 容上编写上，都是以基本定律和基本计算方法为主线，对于基本概念的核心地 位、物理学的基本思想、基本研究方法和基本精神不够重视，述说也没有特别 的不同。这种状况，难以激发学生学习大学物理的热情和兴趣，影响学习效果， 无法实现大学物理的教育功能。而部分高校由于意识到传统大学物理教材的缺 1 4 篓三一 限，部分专业已经采用面向2 l 世纪新编教材，能克服基本内容、体系结构重 复过多问题，但同时又出现知识梯度太大，学生难以接受的新问题，同样不 利于学生兴趣的激发和保持。 3 2 大学物理与中学物理教学内容顺利衔接的措施 在进行大学物理教材的具体改革时，必须以教育学原则为理论指导。现代 教育学认为：教学必须依据循序渐进原则或有序性原则。所谓循序渐进原则， 即教学要按照科学知识内在的逻辑顺序和学生学习的客观规律及身心发展的顺 序进行，使学生在知识、思想、能力诸方面木断发展，不断提高。而有序性 原则简述为：教学工作要结合学科的逻辑结构和受教育者的身心发展情况， 有次序、有步骤地进行。期使受教育者能够有效地掌原则是科学知识发展的 客观要求，也是教学制约于学生身心发展规律的内容上，它要求大纲和教材 内容必须保持最合理的体系和顺序要依据科学的逻辑顺序和学生不同年龄 阶段发展的顺序特点编写。教材的每一部分要有逻辑关系，后面的内容建立 在前面内容的基础上，其次，教师把以书本知识形态体现的教材内容具体化 为适合教学活动的教学内容时，必须把学科结构改造成适合某一学习阶段学 生能普遍接受和理解的形式，使其范围、深度、速度能同自己的教学对象的实 际水平相适应。o 根据有序性原则的要求，大学物理教师在进行大学物理教材 改革时必须密切联系大学生学习大学物理的实际，必须了解中学物理教学内 容和教学情况，必须关注中学物理教材改革的动向，教材的编写和教学内容的 处理应建立在高中平台上。 根据中学物理和大学物理的内在联系，大学物理教学内容改革应与中学“同 步”，以中学物理教学内容为基础，建立在高中物理的“平台”。大家都很清 楚，任何课程体系的改革都必须具有前瞻性，大学物理教材改革也不例外。因 为当前中学教学改革都在快速进行，如上海市新的中学物理教材一经出版和在 中学试用，我们现行的大学物理教材在内容和体系上必有诸多不适应，所以应 该加强大学物理教师与中学物理教师的交流，密切关注中学物理教材改革的动 向使大学物理教学内容与中学物理教学内顺利“衔接”。 作为学科知识体系，中学与大学的相关教材的基本结构从教育学理论上看 有两种：一种是直线上升式。即大、中学教学内容前后不重复( 极少重复) ，直线 阶梯上升：另一种是螺旋上升式，但重复较多。根据大学物理的学科特点和学生 的认知规律，大学物理应以直线阶梯制取代同心圆制来确定教学内容，这样可 以省出时间，增加新内容。但是我们必须认真研究中学物理的“阶”，使大学 物理教学内容难度、广度、深度定位在中学物理的平台上。大学物理内容结构 体系要“少而精”；要正确处理好“五基”( 基本概念、基本规律、基本研究方 法、基本物理思想和物理精神) 的关系，尤其要正确处理好与高中物理的关系， 使大学物理教学内容有适当的深广度，尽量避免体系的重复、内容的重叠和知 识梯度太大，使大学物理教学内容与中学物理顺利衔接。 我们认为，针对教学内容重复过多的情况，大学物理教材必须改革，要 遵循以下三个原则：一是教育思想和观念要观代化，把科学工程素质教育、学习 和创造能力的培养放在首位。它要求大学物理的内容不是知识的堆积，而是智 慧的结晶，使之具有较强的同化、迁移和再生功能，使学生终生受益。二是要 用现代的物理思想、概念和研究方法填平。经典物理”与“近代物理”的鸿沟， 建立统一、完整、和谐的物理图像三是用基础物理水平和风格讲授近代物理 的理论基础，用大学低一年级级学生能昕懂的语言，介绍物理学前沿和热