高中物理課程內(nèi)容---來自美國物理教師協(xié)會的觀點

 

一、教什么

從可供選擇的寬廣領域中為中學物理課程選擇合適的內(nèi)容,對教師和學校來說都不是一件容易的事。深度和廣度,學生的興趣和經(jīng)歷,師資力量等這些都需要加以考慮,對許多學生來說,中學物理課程可能是他們接受物理學正規(guī)訓練的唯一機會。對另外一些學生來說,中學物理課程給他們打下一個基礎,以備今后進一步深造。于是,課程所提供的準備是否充分,便引起學生和家長以及高等院校的密切關注。一些州關注課程的內(nèi)容并提供大綱,以便有助于對學校進行指導。

但是,說到底,這種選擇必須由任課教師來做,因為他們了解自己的學生和社區(qū),了解學校情況,尤其是了解不同的課題對學習的重要性。

二、概述

在“初級物理”這個題目下有很多知識。在一學年內(nèi)無法把它們學好。初任教的老師應該特別注意不要試圖教太多的課題。教好少數(shù)課題比了解物理學的概況更為可取,那么教師應當怎樣選擇課程內(nèi)容呢?也就是哪些課題應該教給學生呢?

首先我們將考慮作為一門科學和作為一種活動的物理學的范圍。展現(xiàn)在師生面前可供考慮的課題范圍是極其廣泛的,但選擇時要注意以下問題。

雖然過分狹窄和專業(yè)性不是中學物理應該具有的特征,但是,在選擇適合于中學不同學生所需要的課題時,理解要比單純知道更重要。應該讓學生學會一些必要的課題。還需要考慮教學目標和希望學生獲得哪些能力。

三、可供選擇的廣泛領域

物理學的范圍十分廣闊,其中大量課題應該包括在中學課程之中。

1.物理學作為自然科學的重要基礎,從時間上來說,可以從當前一直追溯到“大爆炸”的時刻。

2.物理學的研究范圍很廣,但它是由貫穿其中的一些基本觀念聯(lián)系起來的。

物理學的普遍原理使它和諧、有力而且具有物理美。

3.物理學是當代人們所熱烈追求的一項事業(yè),前沿正在擴展,物理學正在發(fā)展之中。

4.物理學的研究方法在很大程度上能有效地發(fā)展其它自然科學。提出關于自然界的問題,并用不同的方法得到解答。應該讓人們知道,“物理學家的方法”在科學研究中具有代表性。

5.物理學不是工程學,物理學在工程中的應用以及在醫(yī)學和其它許多領域中的應用,將被那些理解物理學基本原理的人們所關注。

6.物理學的應用之一是解釋自然現(xiàn)象,這真是很吸引人的一個方面。例如,日落時為什么是紅色?天空為什么是藍色?鳥如何知道飛行路線?為什么海浪總是拍岸?

7.還有一些物理學在技術上的應用導致人們關注某些社會政策,如核電站、核廢料處理、空間計劃、能源、環(huán)境保護以及國防等。

這些課題應該有足夠的數(shù)量,以便能體現(xiàn)物理學的廣泛程度。但也不能太多,致使對每一課題的講授都不充分。在整個課程中,應該強調(diào)那些基本原理,以及把物理學各個分支聯(lián)系在一起的那些觀念。應該使中學生感受到物理是一門發(fā)展中的科學,是最引人入勝的當代科學前沿之一。其次,通過學習物理,學生應該知道物理學家如何提出有關自然的問題并給出解答,從而勾畫出宇宙的情景,學生應該學習如何提出類似的問題。最后,關于物理學基本原理在技術和日常生活中的應用,如果引用得當,會增加多數(shù)學生和教師對物理課的興趣。

所有這些,說起來容易,做起來并不容易。企圖講述過多的課題將會流于膚淺,這是在基礎科學的初級課程中容易犯的毛玻另一方面,過分集中少數(shù)課題會使本來應有多方面才華的學生成為“少年專家”,同時把一些本來會對廣泛的課題有興趣的學生排斥在外。物理學在日常生活中。在技術中、在相關科學中的應用,會使物理課生動活潑。然而,過多地引用技術實例,在教學中可能忽略這一點:應用是結(jié)在科學之樹上的果實,而不是樹本身。

四、課題少而精,則學習效果好

1.動量守恒;2.質(zhì)量和能量守恒;3.電荷守恒;4.波動;5.場;6.物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu);7.原子結(jié)構(gòu)。

這7方面的原理和概念勾畫出最低限度的內(nèi)容。

應當指出:諸如牛頓運動定律這樣一些課題,通常應該在講述初等水平的能量守恒和動量守恒原理的發(fā)展過程時加以討論。

1956年以來,物理學已經(jīng)向前發(fā)展,因此關于現(xiàn)代物理(基礎物理在粒子物理、固體物理、相對論和宇宙學中的簡單應用)的介紹現(xiàn)在也適合于中學物理課程。

五、應當教授某些技能

中學物理課的一個極其重要的方面是使學生獲得一定的能力。下面舉例說明應該培養(yǎng)的某些技能。

試題詳情

1.識別所觀察到的現(xiàn)象中的變量。

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2.整理觀察到的信息(例如,觀察和記錄電流改變時導體上的電壓)。

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3.會處理信息,以便研究找出關系(例如,作出電壓與電流的關系圖線)。

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4.會解釋用圖線表示的信息。

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5.學習“問題解決”。

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6.會根據(jù)簡化的假設粗略地進行估算。

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7.會把空間信息轉(zhuǎn)化成其它形式(例如,理解實際電路與電路圖的關系)。

學生獲得這些技能,需要多次反復和實踐,只有反復注意其應用,才能獲得技能。應該在學生學習力學、光學、熱學、電磁學、波動、近代物理等知識時,學習和利用這些技能。穩(wěn)步地發(fā)展這些技能是物理課程的一項根本任務。

六、課本的內(nèi)容

學生學習物理在課本上花費的時間要比做實驗多,也比同物理教師接觸的時間多。因而必須認真選擇課本,以適應師生的需要。

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在選擇課本時,應該考慮哪些標準呢?課本中應該包含哪些內(nèi)容呢?在AAPT領導下的物理教師小組認為,評價中學物理課本有下述7項主要標準: 1.內(nèi)容(題材的正確性和合適程度); 2.程度(講述適合于中學學生); 3.可讀性(課本易于學習); 4.外觀(看起來吸引人); 5.科學(把物理學展示為發(fā)展中的知識); 6.社會問題(認識到物理學對社會的影響); 7.作業(yè)(給學生的附加作業(yè),材料合適)。

基于這些標準,教師小組評價了14種使用比較普遍的中學物理課本。

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同一小組分析了這些課本的內(nèi)容,認為主要課題的分布如下: 1.測量:導論,數(shù)學技能,誤差,實際測量,SI單位制。

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2.力學:平衡狀態(tài),動力學,牛頓運動定律,萬有引力,動量,能和功。

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3.分子物理:量熱學,分子動力論,氣體定律,熱力學。

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4.波動:在彈簧和發(fā)波水槽中的機械波,聲學。

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5.光學:光的波動說,光線,鏡和透鏡,衍射和干涉,偏振。

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6.電磁學:靜電學,簡單電路,靜磁學,電場和磁場,磁力,電磁感應。

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7.量子物理:光電效應,氫原子能級,原子光譜,核結(jié)構(gòu),放射性,核能。

此外,一些課本還涉及如下課題:電磁波,相對論,能源,物理學史和(或)天文學史,流體力學,電子技術,固體物理,天體物理,交流電路等。隨著物理學的發(fā)展,課本也必須改變。在美國促進科學協(xié)會(AAS)領導下的教師小組審查課本的標準包括:內(nèi)容的通用性;內(nèi)容的正確性;內(nèi)容的范圍;科學的結(jié)構(gòu)和方法;編排和連貫性;易于理解。

七、考試的內(nèi)容

某些廣泛應用的物理考試,從它的考試范圍透露出一種課程內(nèi)容的線索,因而許多物理教師認為它很重要。它對選擇物理課程內(nèi)容多少具有指導作用。然而,當作分析和選擇課程內(nèi)容的文件,它不具有絕對標準,應該慎重對待。

國家科學教師協(xié)會的初級物理考試,以其自身的權威而博得人們的關注。通過研究,發(fā)現(xiàn)考試的主要課題及其在試題總數(shù)中所占的百分比如下:力學 30%熱學和分子動力學 10%電磁學 25%波動、光學和聲學 20%現(xiàn)代物理學 15%.

八、大綱

大綱以提綱的形式列舉出所要討論的課題,并指出課題間的關系以及與課程目標的關系。有經(jīng)驗的物理教師通常要正式地或非正式地編制自己“個人的”大綱。由州教育部門或地區(qū)性的學校系統(tǒng)制訂的大綱,在選擇內(nèi)容方面也為教師提供了指導。在一些州,課程委員會當前正致力于編制或修訂具有不同目標的物理大綱。

物理大綱既有有利的方面,也有不利的方面。有利的方面是:它為物理教育規(guī)定了目標,它反映物理學家和教育學家雙方的思想,可以在學年之初這個關鍵時刻對物理新教師給予指導,不利的方面是:大綱趨向于“凍結(jié)”教學模式,并限制選擇教學內(nèi)容。教師常常感到,不得不刻板地執(zhí)行大綱中提出的建議,從而受到束縛,而且不能去試驗新的教學方法,任何大綱都應該留有適當?shù)挠嗟兀员阌薪?jīng)驗的教師能發(fā)展他們自己的物理課程。

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大綱是關于課題和課時的初步安排。隨著課程的進行以及學生的能力和興趣逐漸顯露,教師應當保持主動,以調(diào)整順序和進度,調(diào)整能力要求和教學程度,在一年之內(nèi),要覆蓋每個主要物理領域中的一些部分,這雖然是人們所希望的,但許多有經(jīng)驗的教師發(fā)現(xiàn)這是做不到的。他們相信,發(fā)展學生的信心和能力更為重要。某些重要問題應該提出來并給予回答: 1.貫穿每個學期的最重要的內(nèi)容和能力是什么?就如同多數(shù)課本所編寫的那樣,教師可以確定牛頓定律、牛頓定律的歷史發(fā)展和應用是第一學期的中心內(nèi)容。

或者還可以把守恒定律(能量守恒、線動量守恒、角動量守恒)作為重點。一旦能夠決定一學期所學的內(nèi)容,就可以相應地做出每周和每天的進度表。

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3.大綱期望學生能記住什么?是否使學生確信他們能學習物理,并對物理增加了(或具有了)興趣?

九、新課程

物理學是一門生氣勃勃的學科,新近觀察到的現(xiàn)象不斷豐富著它的內(nèi)容,處理熟悉的和新的現(xiàn)象的模型不斷在改變,而且,應用物理學不斷誦現(xiàn)。物理課程的內(nèi)容不能固定不變。

其實,當代的中學物理教師已經(jīng)感覺到有必要不斷重新審視和思考課程的內(nèi)容,這是令人鼓舞的趨勢。相當數(shù)量的教師正基于自己的觀點設計新課程,他們想的是如何把變化中的物理內(nèi)容組織起來,以適應教學目標,并提供更好的課程以適應學生不同的需要。

下面簡短介紹幾個學區(qū)的課程實例。

下默里安(賓夕法尼亞州)中學物理大綱。這個大綱提供了一個以學生活動為中心的計劃。這種活動可以使學生重視并提高自己學習物理和數(shù)學的能力,漸漸成為一名合格的科學實踐者,物理教師的基本信條是:學出興趣,而不是“學完大綱”。

這個大綱以成套的實驗為基礎,有意識地從具體到抽象,從直接經(jīng)驗到概括,然后把概括加以擴展。大綱始終尋求使學生接觸關于知識的特點和來源的問題。

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