中外物理教育比较之美国

1、 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较1中学物理课程与教学比较研究美国中学物理教育研究 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较2一、美国中学物理教育研究 中学课程设置 物理（理科）教学研究 教材研究 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较3学制 中小学普通教育学制一般共12年 义务教育年限在912年 学制633(primary school, junior

2、 high school, senior high school)84(elementary school, high school)444(middle school) 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较4物理课程 中学前期（相当于我国的初中阶段）“自然科学常识”或“科学”（Science）（包括理、化、生、地知识）其中的物理部分大致为每周23课时学1年，为必修课。 中学后期（相当于我国的高中阶段）物理课程的开设主要有二种形式1.综合理科课程（以“物质科学”课程开设为多，物理、化学、地球科学三方面的内容大致为

3、4 3 3，此为最低学分要求。）2.物理课程 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较5模式选修1选修2选修3 即全为选修课，美国高中物理课程为典型代表； 美国高中物理课程只要求在科学领域有一定学分即可。课程类型 综合型、常规型、提高型； 常规型、荣誉生型、非理科型（概念课程）、高等位。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较6物理课程常规型的一年物理课程选修物理课的学生中约7075%的学生选修此类物理课程力学电磁学光学与波动热学与分子动

4、力论近代物理其他36%20%20%13%9%2% 荣誉生课程（honors） 为部分优秀生开设的一种课程，内容与常规型课程基本相同，有所加深。选修物理课程的学生中大约有12%的学生选修。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较7物理课程 高等位（Advanced Placement）课程(即AP课程) 为最优秀生开设的一种课程，要求是已学习过1年常规型课程，要通过统一的AP课程考试，就可以取得大学承认的学分。约5%学生选修。 概念物理 又称“非理科物理”。类似于“文科物理”，适合于向非理工科方向发展、数学基础较差的

5、学生。选修此类物理课的学生10%。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较8美国物理协会（AIP）、美国物理教师协会（AAPT）、教育测验机构（Educational Testing Service，ETS）、全国理科教师协会（NSTA） 所占百分比内容AAPT/NSTA1985常规型物理课概念物理AIP调查1990AP物理（包括非AP第二年物理）AIP调查1990平均ETS调查1983AIP调查1987AIP调查1990力学30363537403936电磁学25201617172921光学与波动202018171

6、71117热学与分子运动论1013121110711近代物理15977599测量与数学技巧88824其他244433 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较9AAPT/NSTA物理初级考试项目分布（1985.1.1）数据分析1%（数据的图示；科学记数法和有效数字；图示信息的解释；测量单位；用比例式思考问题；数量级估计）一维运动5%（运动学；匀加速运动）二维运动5%（匀速圆周运动；抛体运动；矢量及运算）单体动力学5%（静力学平衡；动力学平衡；牛顿三定律；摩擦；向心加速度与力；惯性质量）能的守恒5%（功；动能与引力势能

7、；功率）动量守恒5%（弹性、非弹性碰撞；“爆炸”；冲力）力矩与转动平衡1%牛顿引力定律2%（圆周轨道与卫星；开普勒行星运动定律；引力场）振动1%（简谐振动；弹簧上质量的振动；单摆运动；胡克定律）力学30% 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较10热学与分子运动论10%温度与热4%（比热；热作为一种能；量热学；传导、对流和辐射三种热交换）分子运动论4%（理想气体定律；相变与能；绝对温度和分子动能）热力学2%（第一定律作为能量守恒的叙述；第二定律） 2010 Anhui Normal University. Depa

8、rtment of Physics中学物理教育比较11电学与磁学25%静电学7%（电荷与库仑定律；静电感应；电场；点电荷电势；板电容器）直流电路6%（电流；电阻连接方式；电压和直流电源；欧姆定律与基尔霍夫定律；电功率与电能；安培表与伏特表；内阻）交流电路1%（有效值；电感；电容）磁学与磁场5%（永磁体；运动电荷产生的磁场；运动电荷的磁力；载流长直导线上的力）电磁感应6%（楞次定律；法拉弟电磁感应定律） 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较12波动、光学与声学20%波动6%（波的性质；行波；驻波；叠加原理；波的传播

9、；波长、频率与传播速率的关系）几何光学7%（直线传播；反射与面镜；折射与透镜；全反射；色散；反平方定律；光的粒子模型与波模型）物理光学5%（干涉；衍射；偏振；电磁波谱；颜色）声学2%（声波的性质；多普勒效应；谐波；共振） 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较13近代物理15%原子物理7%（光子的性质；光电效应；波粒二象性；原子能级；普朗克常数）核物理7%（卢瑟福散射实验；原子核模型；放射性；核反应；同位素）狭义相对论1%（爱因斯坦假设；质量、长度和时间对速率的依赖关系；质能等效；光速作为速率极限） 2010 An

10、hui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较14常规型课程中使用的教材Physics: Principles and Problems (Murphy)Modern Physics (William)Physics: Its Methods and Meaning (Taffel) 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较15荣誉生课程常用教材Modern Physics (William)PSSCPhysics (Gianoli)Physics: Prin

11、ciples and Problems (Murphy) 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较16非理科课程（概念物理）侧重为文科学生开设Conceptual Physics (Hewift)Harvard Project PhysicsPhysics: Principles and Problems (Murphy) 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较17高等位课程（相当于我国的大学物理或普通物理）University Phys

12、ics (Sears)Fundamentals of Physics (Halliday & Resnick)Physics (Gianoli) 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较18 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较19 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较20 2010 Anhui Normal University. Departm

13、ent of Physics中学物理教育比较21 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较22教材研究PSSC物理物理HPP物理物理 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较23PSSC物理教材改革的时代背景1956年，麻省理工学院教授扎卡赖亚斯（Zacharias,JR）为首，联合其他物理学家和中学物理教师，成立了美国物理教学研究会（Physical Science Study Committee，PSSC），发起了教材改革运动，得到了国

14、家科学基金会其它基金会的资助。 1957年10月，苏联第一颗人造卫星发射成功。美国进行课程改革，把数学、自然科学、现代外国语课程改革称为“新三艺”，掀起了一次科学教育改革的浪潮。1958年，美国国会通过了国防教育法，从立法上支持这次改革，并增拨科学教育经费，改进实验教学设备。 1959年，美国全美科学院在伍兹霍尔召开会议，讨论中小学数学和自然科学课程的改革问题，定下了这次改革的指导思想，这就是“学科结构论”，这次会议主席布鲁纳（Bruner，JS）在他的题为教育过程的总结报告中提出的。“学科结构论”强调学科结构的重要性，认为各门学科都是由一些主要的概念、原理和规律组成的。许多新教材就是根据这个

15、指导思想编写的。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较24PSSC物理19571960年，PSSC物理经过3次试教，正式出版，对全球范围科学教育课程改革产生重大影响；此套教材力图矫正以往课程惯于死记硬背和偏重应用的倾向，重视培养探索精神，直指培养科学家和工程师；教材编写者认为，常规的课程已塞满大师材料而窒息，中学理科课程已退化为只教学生熟记“科学家知道”或“物理学家认为”；教材编写者认为要重视建立理论和抽象概念，注重教材现代化建设，如教材中包括了波粒二象性、惯性质量与引力质量的差别等概念。 2010 Anhui

16、Normal University. Department of Physics中学物理教育比较25PSSC物理的内容第一编 宇宙 一般地介绍关于时间、空间和物质的基本物理概念。本编共10章。第一章 什么是物理学?第二章 时间和测量第三章 空间及其测量第四章 函数和比例第五章 沿着一条路径的运动第六章 矢量第七章 质量、元素和原子第八章原子和分子第九章气体的性质第十章测量第二编 光学和波第一章 光的行为第二章 反射和成像第三章 折射第四章 透镜和光学仪器第五章 光的粒子模型第六章 波的导论第七章 波和光第八章 干涉第九章 光波第三编 力学第一章 牛顿运动定律第二章 地面上的运动第三章 万有引力

17、和太阳系第四章动量和动量守恒第五章功和动能第六章势能第七章 热、分子和能量守恒第四编 电学和原子结构第一章 有关电现象的一些定性论述第二章库仑定律和基本电荷第三章电荷在电场中的能量和运动第四章磁场第五章电磁感应和电磁波第六章探索原子第七章光子和物质波第八章量子系统和原子结构PSSC中文版 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较26HPP物理（Harvard Project Physics）PSSC物理虽然在提高教学质量方面起了较显著的作用，但它的目标是培养科学家和工程师的，适合少数数学基础好、科学思维能力强的学生，

18、并不适合多数学生学习；PSSC物理课程过分纯理科的特点，忽视联系生活和社会实际，大多数学生接受有困难，加上许多都是不熟悉新课程，都是培训工作又没及时跟上；而一些传统的中学物理教材也在改革，也增加了物理的内容，所以绝大部分学校仍愿意采用有影响的传统中学物理教材。随即设想为多数学生编写了一套革新教材。把最基本的物理科学史、科学哲学和概念、规律熔为一体，用深入浅出的叙述把重要的物理概念、理论体系的演变过程，把人类对物质世界的智力探求和认知活动作为一个整体展示给学生。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较27在美国国家科

19、学基金会的支持下，霍尔顿教授着手编写了一套革新教材，即HPP物理（Harvard Project Physics）。这本教材有中译本，书名是中学物理教程，文化教育出版社出版，1980-1987年分册出版。GHolton物理科学的概念和理论导论人教社1983.2 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较28HPP物理的内容第一册，“运动的概念”，共4章：运动的用途；自由落体伽里略对运动的描述；动力学的诞生牛顿对运动的解释；了解运动。第二册，“天空中的运动”，共4章：地球在什么地方？希腊人的回答；地球运动吗？哥白尼和第谷

20、的工作；一个新的宇宙的出现开普勒和伽里略的工作；地与天的统牛顿的工作。第三册，“力学的成就”，共4章：质量和动量守恒；能；气体分子运动论；波。第四册，“光学和电磁学”，共4章：光；电场和磁场；法拉弟和电气时代；电磁辐射。第五册，“原子的模型”，共4章：原子理论的化学基础；电子和量子；卢瑟福玻尔原子模型；近代物理的某些概念；第六册“原子核”，共4章：放射性；同位素；探索原子核；核能、核力。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较29HPP物理的特点对大部分中学生进行基础科学和科学思想的教育是该教程的基本宗旨。 HPP

21、把物理科学中的发现、推理及概念形成作为主线，把最重要和最基本的物理概念规律串联起来，形象而生动地描述与之密切相关的物理知识。教程把物理学作为人类文化发展整体的一部分来阐述，十分注意从物理学史的角度阐明科学进步和技术的关系，以及它们对社会发展的关系。教程保持了中学物理教材的基本特点，对物理学重要的概念和规律都作了较全面和深入的阐述。虽然教程中数学工具的运用要求不高，学起来较快，但仍将数学工具作为讨论、阐述物理知识的一种基本手段。全书第一至第五册包括44个学生实验，每个实验都对实验结果进行分析处理和问题讨论，每个实验的容量和要求都比我国高中学生物理实验要求高。 2010 Anhui Normal

22、University. Department of Physics中学物理教育比较30分析与评价PSSC教程和HPP教程是美国物理课程教学改革中的两个典型，也是理科课程现代化中最有意义和影响的两个代表作。 PSSC教程代表了50年末到60年代中支配美国课程改革的学科主义的课程改造思潮。教程在现代物理科学知识与经典物理内容的更替、接轨上，在学生主动学习科学方法上进行了极有意义的探索，并进而影响到世界各国的课程改革，成为一种全球性的潮流。 学科主义课程过于强调特定学科本身的知识体系，在阐述方式上仍囿于学科本身的知识形态，割裂了各学科之间的关联和综合性，这就难以适应现代科学技术发展的一个基本特征，即

23、各学科的综合交叉和相互渗透的趋势。 其次，学科主义课程过分强调本学科知识的近代化和理论知识体系。 第三，为了体现学科最基本的概念、原理和它们相互之间的相互关系或因果关系，学科主义课程把重点放在该学科的抽象知识上，使教程带有明显的要求学习者按科学家思维和工作方式进行学习的色彩。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较31分析与评价从20世纪60年代后期到20世纪70年代初，西方社会面临了各种社会问题，美国产生了一系列对这类革新课程的批判。人文主义的学科思潮开始抬头。人文主义课程论将课程的中心从学科转向学习者个人，把教

24、育视为发展个性的愉悦过程。强调学生个人的成长、发展、自我发现和个性发展。20世纪70年代强调儿童（学生）中心、情感影响和综合的人文主义课程思潮风行。HPP物理教程诞生的时期，正是美国理科课程改革运动从学科主义思潮向人文主义思潮转折的重要阶段，因而该课程在不同的方面、不同的程度上同时体现了这两种课程论的影响。 教程十分重视对基本物理概念、原理的阐述，以这些概念原理的形成过程为线索，给出了一个清晰、完整的物理知识体系。 教程还十分注意对科学思想方法的讨论，向学生详细叙述物理学家对物质世界存在、运动方式的思考、探究和描述过程。 HPP又十分注意物理知识与其他学科的相互渗透、注意物理知识与各种社会问题

25、的联系，强调从人类科学文明进步的整体角度阐述物理学概念和规律的形成和发展，引导学生确立科学的价值观和方法论。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较32分析与评价20世纪60年代美国的教育改革，到七十年代很快就消沉下去。 20世纪70年代初，兴起了职业教育与普通教育分离的所谓“生计教育”，70年代中期，又开展了以加强基础知识的传授和基本技能的训练为特点的“回归基础”运动； 再加上教师培养工作没有跟上，许多教师不熟悉新教材，因而多数学校仍愿意用传统教材； “丰田冲击”；1981年，里根政府任命了由18人组成的小组，专

26、门研究如何提高美国中学教育的水平。这个小组经过两年的调查研究，写出了一份报告，题为“国家处于危难之中，教育改革势在必行”。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较33分析与评价课程改革本身就是领先于时代的实验性、探索性和示范性的教育改造过程。 作为现代理科课程改革先锋的美国中学物理课程革新已产生了广泛的国际影响，激发和推动了各国的理科教学改革。 现代物理课程改革必须处理好普及和提高的关系。 物理课程改革不仅仅只是发展一些新的教程。 2010 Anhui Normal University. Department o

27、f Physics中学物理教育比较34AIP在19891990年的调查中还发现，绝大部分物理教师都愿意继续工作下去。但是，他们也认为有些问题影响物理教学的质量和水平， 问题认为这一问题严重的教师所占百分比添置设备、器材的经费不足36学生教学准备不够30实验室设备不足27没有足够时间去计划课程27学生不重视物理19外来任务太多19上课和实验的计划安排上的困难16学生阅读能力差15行政方面的支持和认识不够11 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较351996年，国家研究理事会正式颁布了国家科学教育标准（Nationa

28、l Science Education Standards）。这一标准提出了培养有科学素养的人的理念和科学教育的标准，如科学教学、科学教师、科学教育评价、科学教学内容、科学课程及科学教育体制等标准。 美国国家科学教育标准是其历史上第一部科学教育标准，它将科学教育的内容分为八部分： 科学中统一的概念和方法； 以探究为特点的科学； 物质科学； 生命科学； 地球和空间科学； 科学和技术； 从个人和社会视角所见的科学； 科学的历史与本质。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较36二、以探究为特点的科学幼儿园4年级1.培养

29、科学探究所需要的能力能针对特定环境中的物体、生命体和事件进行提问；能制定简单的调查研究计划并付诸实施；能采用简单的设备和工具收集数据和延伸感官；能利用数据作出合理解释，并就调查结果和解释进行交流。2.对科学探究的理解科学研究涉及提出问题和回答问题，能把自己的答案与科学家的答案进行比较。并知道科学家能根据不同的问题采用不同的调查研究方法；放大镜、温度计、尺子等简单仪器工具也能提供丰富的信息；科学家的解释要利用观察结果和对世界已有的认识；科学家公布于众的研究结果他人可以重复；科学家对其他科学家的工作要进行质疑并提出问题。 2010 Anhui Normal University. Departme

30、nt of Physics中学物理教育比较37二、以探究为特点的科学58年级1.进行科学探究所需要的能力能确定可以通过科学探究回答的问题；能设计和进行科学研究；能利用适当的工具和技术收集、分析和解释数据，并培养运用证据进行描述、解释、预测和构建模型的能力；能通过批评性和逻辑性思维建立证据与解释之间的关系。2.理解科学探究不同性质的问题揭示我们要进行不同的科学探究。当前的科学知识和理解可以指导科学探究。数学对于科学探究的各个方面都很重要。收集数据可使研究结果定量化。科学解释强调证据，合理的怀疑是科学进步的动力。科学研究又引发新的调查研究。 2010 Anhui Normal University

31、. Department of Physics中学物理教育比较38二、以探究为特点的科学912年级1.进行科学探究所需要的能力确定科学研究的问题；设计并进行科学研究；运用技术和数学改进调查研究和交流；运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科学模型；承认并分析其他解释方案和模型；科学论点的交流和辩护。2.理解科学探究科学家通过探究物理系统、生物系统和人工系统是如何发挥功能的；科学家进行调查研究有多种理由；科学家依靠技术加强数据的收集和处理；数学对于科学探究来说十分重要；科学解释必须坚持一定的判别标准；科学探究的结果来源于不同类型的调查研究和科学家之间的公开交流。 2010 Anhui Normal University. Department of Physics中学物理教育比较39八、科学的历史与本质91