颧爵促进深人的概念理解—美国高中物理课程改革及启示.pdf

域 外 国际课 程 与 教材比较 颧爵 促进深人的概念理解 美国高中物理课程改革及启示 文华东师范大学课程与教学研究所 祝俊风裴新宁 华东师范大学教育信息技术系 张兰芳 一 项目与物理课 程简述 项目 是年美国 大学入学委员会 开发的首个高级学习项目 它 旨 在向有能力的美 国高中学生提供 大学水平的课程 这一项目目前 由个科目的门课程组成 其 中包括个数理科目的门课程 大学入学委员会 根据大学的入 门课 程的 内容为课程提供大纲 课程完成后会有考试 考试 的结 果按分制分等 大学以此作为承 认学分或录取学生的基准 总体 来说 项目是选修性的 在满足 学生对物理某些特殊领域兴趣的 同时 也给了他们提升进入大学 就读的机会 物理课程是项目的一个 重要组成部分 目前的物理课 程有两类物理课程以下简 称 课程 和物理课程以 下简称 课程 课程的内容 宽泛 不涉及计算 通常由主修生 物或健康门类的学生选修 学习时 间一般为两学期课程是一门以 计算为基础的力学 电学 磁学类 入门课程 关注物理科学和物理工 程学的学生 一般会选修 学习时间 一般为三学期以卜 本 最核心的目标 为了促成这一 目标的实现 物理课程改革正 朝 以下方向努力 二 促进概念的深入理 解物理课程改革的号角 物理课程作为一种高级学 习课程 其主要目标并非 是将学 生限定于特定的物理主题 而 是 更关注促进学生的一般倾向和能 力的发展 以及科学思维习惯的养 成 比如 物理课程尤其关注学 生进一步学习物理的兴 奋感 兴 趣 动机熟练地把数学作为一种 交流 检验 提炼想法的方式的能 力科学的想象力和创造力科学 的思维倾向和习惯等 基于科学 概念在物理学中的组织功能及其 在发展学习者科学思维能力方面 的特殊作用 强调深入的概念理 解也 就 成 为物理课程 的最基 学生资格为深入理解做 准备 美 国高中数学和科学高级学 习项目的 国家研究顾问委员会 下设的物理学科顾问小组其职责 是为美国高中物理高级学习项目 的有效性和潜在的改进工作提供 建议建议参加物理课程的学 生一般应具备两个条件其一是应 学习过 国 家科学课程 标准 中明确的高中毕业所要 求的物理课程 否则学生的学习日 程就会很紧 而没有时间去发展理 解的深度其二是学生应该熟练地 掌握学习微积分前所必修的数学 课程 特别是应该熟练掌握代数运 算和基础三角知识 因为学生的数 学水平在选择并理解物理 主题 时 会起作用 电子信箱 牛顿机械力学课程内容的 基础 顾问小组认为任何物理高级 学习都应包含牛顿机械力学 即应 在物理课程和课程中创建共 同的牛顿机械力学单元 这有两个 方面的原因其一 精通牛顿机械 力学是学生完成高级物理项目进 入大学的基本要求其二 牛顿机 械力学为促进概念的深 入理解提 供了一个理想的框架 为了发展深 入的概念理解 顾问小组建议牛 顿机械力学课程提纲应包括转动 力学内 容 这不仅是因为这一物理内容本 身的重要性 也因为它对学生提出 了智力挑战 有助于让他们为未来 更高层次的教育挑战作好准备 这 样 以前内容宽泛的课程变得更 具综合性 也更有深度 使用正式的微积分 这些学生渴望 应用他们的数学 威力 二是期 终考试不要求学生使用正式的微 积分 但可 以测试学生学习物理所 必须的微分和积分概念的知识 例 如 要求学生知道 当已知位移 时间图的斜率时 就能求出瞬时速 率当能从力的曲线下的面积获得 某一位置的函数时 就能求出不同 力所做的功 数学促进概念深入理解的 工具 数学在物理学中有两个作用 一是把物理事实关系转化成通常 用等式表达的数学模型 若学生具 有这种转换技能则表明其对物理 原理概念有了深入的理解 二 是基于数学模型的运算以求得最 后结果 这种数学能力的运用对物 理概念的理解没有什么作用 顾问 小组认为 学习牛顿机械力学的首 要目标是发展概念理解 而不是形 成执行复杂数学运算的能力 例 如 对学习物理课程的学生来 说 没有必要学会怎样根据给定轴 计算圆柱体的瞬间惯性 但对他们 来说 理解旋转动能和角动量很重 要 尽管学好微积分知识需要更高 的数学能力 但微积分的概念对理 解物理事件很重要 所以 顾问小 组提出了两个建说一是鼓励教师 在教授数学基础比较好的学生时 平衡课程内容的探度和 广度 物理课程内容宽泛 容量 巨大 几乎不可能在规定的一年内 学完 课程内容往往被粗略或肤浅 地处理 造成的结果是学生对概念 不能深入地理解 常常会感到课程 只是材料和公式的毫无层次的堆 砌 顾问小组认为 对把物理作为 一种探究领域的学生来说 发展他 们在某一研究领域 的理解深度比 让其肤浅地了解某些特定的领域 更重要 因而他们建议对于一年期 的课程 学生应该学习至多一门除 机械力学外的主要物理领域的内 容 而在两年期的课程中 学生只 要能达到深度理解的基本目标 就 可 以增加主题的数目 物理课程就卜容宽度来说 是规模适度的物理课程内容涵盖 牛顿力学 电学和磁学 在知识 广度和深度上也是适度平衡的 但 它对数学水平的要求并不适合所 有学生 来自真实世界的经验以及 观察现 象来验证科学概念的方法应是 物理课程的重要组成 参加高级物 理课程的学生己经拥有大量来自 物理学知识和实验技能方面的经 验 因而物理课程应该给学生 提供额外的经验 如 明确叙述他们 自己的推测和解释的经验 把真实 世界现象与科学共同体提出的概 念 原理和理论相联系的经验等 传统的 食谱式 实验教学并 不能让学生获得这些额外的经验 许多证据表明 这些实验对学生的 概念理解影响甚微一一 刊学生通过逐 步指导的方式工作时很少思考 因 而获得的是 自智麻木的经验 顾 问小组建议 物理课程中的实验 应该用科学家们做实验的方式提 供经验收集数据以建立理论模 型 为探索把这些模型应用到新的 情境而进行实验 通过分析 表征 和对结果的批判性评论等方式来 获得经验 这些方式使得概念理 解 实验设计能更加科学 来自真实世界实验室的 经验科学概念理解的源泉 科学本质上是人们 知道并理 解身边物理世界的过程 科学思维 与其他思考方式的区别在于它靠 物理世界的证据来判断假 设 规 则 理论的真实性 顾 问小组认为 评价强调概念的深入理解 物理课程评价的主要方式 是书面考试 通过考试强调概念理 解 成为鼓励更好地进行教学实践 的一种重要方式 顾问小组认为 设计书面考试时应注意以下方面 强调概念理解 而不是数学 技巧 试题应当强调将物理关系转 换成算式的技能 而淡化算术演算 要求学生对推理过程作出 解释 这样能对学生的理解力作出 评估 强调将知识应用于新的情 境 因为新的情境需要更深 更灵 活的概念理解 使用开放式 问题 而不用 自由回答式 问题 因为自由 域外 国际课 程与教材比较 回答式问题有多个相互依赖的部 分 这容易使学生借助讨论找到现 成的答案而置身于真实生活情境 中的开放式问题常常需要独创性 的推理 能帮助学生强化物理学与 身边世界之间的联系 命制反映普通学生错误概 念的多选题 这种多选题可 以是有 不止一项正确答案的多选题 也可 以是要求既选择一个正确答案 又 选择一个正确理由的多选题 给大多数有准备的学生留 有充分的时间以完成每个问题 重 点在于考察学生知道什么 让他们 有足够的时间表达 自己的理解水 平 而不是看学生回忆或应用现成 的知识有多快 使用创新性的问题探测理 解深度如让学生把其他学生对自 由回答式问题 的解决方案进行排 序 这种练习不仅要求理解给定问 题 而且要求区分不同的答案 并 从中识别正确的答案 设计对实验数据进行分析 和解释的问题 或要求学生根据他 们的综合知识来概括简单实验的 设计 以测量学生的理解程度 改良赋分技巧 在刚性赋 分策略中 正确回答问题的每个子 部分都会得分 但评卷人并不能合 理地判断学生的思考能力 弹性赋 分方法应该是评卷人把学生的回 答作为一个整体进行评你高分只 赋予那些物理推理完整而清晰 结 论正确的学生 而缺乏推理过程或 推理错误的 即使结论正确 也只 能得到较低的分数 提供大学入 门水平的一种高级课 程 其主要评价方式是书面考试 我国新课程实施以来 各地反响不 一 通过对项目的考察 促成了 我们对新课程的一些反思 习提供 积分 我们是否要培养 小爱因斯 坦 科学素养的全面提升一直是 各国基础教育的重要目标 但英 国 美国等一些发达国家所追求的 科学素养的提升 绝非仅限于培 养对科学知识有基本了解 的合格 公 民 他们还有一个更为显然和重 要的目标 即培养将致力于科学事 业的专门人才 在我国 从总量上讲 对物理 学情有独钟的学生不在少数 或者 说 培养学生对物理科学兴趣的空 间其实很大 但我们目前在新课程 的实施过程中 并没有正确理解 为了每一个学生的发展 的内涵 在内容上缺乏对不 同能力层次学 生的平等关照 包括对那些有能 力 有志向从事物理科学事业的学 生没有给予足够的关注 在教学上 追求的往往也是整齐划一 少数学 生可以通过各类竞赛培训来满足 其对物理特殊领域知识的渴求 但 其中只有极少数的人如获得全国 一 二等奖的学生因参加这些培 训而能享受直接进入大学感兴趣 的相关专业的机会 如被推荐 这 无形地 限制或阻隔 了学生的多元 化发展 对我们国家科技人才的可 持续性培养极为不利 我们认为 项目对物理学课程的可持续性 分层设置对我国新课程的进一步 推进是一个重要启发 我国的物理 新课程是否 可 以提供或适当添加 这样的课程单元既满足 小爱因 斯坦 们 的深入学习的需要 又可 以让这样的学习为将来的大学学 我们选择课程内容的标准 是什么 物理课程选择内容的标准是 为了学生对物理学的广泛认识 还 是为了对一些核心概念的深入理 解是为了追逐 情感态度价值 观 目标的体现形式 还是将重心 下移 在对物理学的经验中形成更 一般的能力和 思维习惯若是 为 了前者 物理课程将是内容丰富而 浅显的 但容易缺乏内在的深入联 系 造成内容模块的堆砌或拼盘 若是为了后者 物理课程将是内容 紧凑而深入 但由于可能过分地强 调数学能力 会将部分数学功底不 好的学生拒之门外 广度与深度 似乎形成了课程开发的不同取向 我们认为 应当强调将 广度一深 度的平衡 作为新课程开发的一个 重要参数 从目前我国物理新课程 的现状以及从 概念的深入理解 的重要性以及科技人才可持续性 培养的要求来看 我们应 当给予 深度 以足够的权重 三 物理课程对我国 高中物理课程改革的启示 项目的初衷旨在为延续美 国在科学 数学 技术等方面的领 先优势 而给一部分有能力的学