高中物理課程內(nèi)容---來自美國物理教師協(xié)會的觀點(diǎn)

 

一、教什么

從可供選擇的寬廣領(lǐng)域中為中學(xué)物理課程選擇合適的內(nèi)容,對教師和學(xué)校來說都不是一件容易的事。深度和廣度,學(xué)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(xué)生來說,中學(xué)物理課程可能是他們接受物理學(xué)正規(guī)訓(xùn)練的唯一機(jī)會。對另外一些學(xué)生來說,中學(xué)物理課程給他們打下一個(gè)基礎(chǔ),以備今后進(jìn)一步深造。于是,課程所提供的準(zhǔn)備是否充分,便引起學(xué)生和家長以及高等院校的密切關(guān)注。一些州關(guān)注課程的內(nèi)容并提供大綱,以便有助于對學(xué)校進(jìn)行指導(dǎo)。

但是,說到底,這種選擇必須由任課教師來做,因?yàn)樗麄兞私庾约旱膶W(xué)生和社區(qū),了解學(xué)校情況,尤其是了解不同的課題對學(xué)習(xí)的重要性。

二、概述

在“初級物理”這個(gè)題目下有很多知識。在一學(xué)年內(nèi)無法把它們學(xué)好。初任教的老師應(yīng)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(xué)的概況更為可取,那么教師應(yīng)當(dāng)怎樣選擇課程內(nèi)容呢?也就是哪些課題應(yīng)該教給學(xué)生呢?

首先我們將考慮作為一門科學(xué)和作為一種活動的物理學(xué)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(shí)要注意以下問題。

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

三、可供選擇的廣泛領(lǐng)域

物理學(xué)的范圍十分廣闊,其中大量課題應(yīng)該包括在中學(xué)課程之中。

1.物理學(xué)作為自然科學(xué)的重要基礎(chǔ),從時(shí)間上來說,可以從當(dāng)前一直追溯到“大爆炸”的時(shí)刻。

2.物理學(xué)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(xué)的普遍原理使它和諧、有力而且具有物理美。

3.物理學(xué)是當(dāng)代人們所熱烈追求的一項(xiàng)事業(yè),前沿正在擴(kuò)展,物理學(xué)正在發(fā)展之中。

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

5.物理學(xué)不是工程學(xué),物理學(xué)在工程中的應(yīng)用以及在醫(yī)學(xué)和其它許多領(lǐng)域中的應(yīng)用,將被那些理解物理學(xué)基本原理的人們所關(guān)注。

6.物理學(xué)的應(yīng)用之一是解釋自然現(xiàn)象,這真是很吸引人的一個(gè)方面。例如,日落時(shí)為什么是紅色?天空為什么是藍(lán)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(xué)在技術(shù)上的應(yīng)用導(dǎo)致人們關(guān)注某些社會政策,如核電站、核廢料處理、空間計(jì)劃、能源、環(huán)境保護(hù)以及國防等。

這些課題應(yīng)該有足夠的數(shù)量,以便能體現(xiàn)物理學(xué)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(gè)課程中,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)那些基本原理,以及把物理學(xué)各個(gè)分支聯(lián)系在一起的那些觀念。應(yīng)該使中學(xué)生感受到物理是一門發(fā)展中的科學(xué),是最引人入勝的當(dāng)代科學(xué)前沿之一。其次,通過學(xué)習(xí)物理,學(xué)生應(yīng)該知道物理學(xué)家如何提出有關(guān)自然的問題并給出解答,從而勾畫出宇宙的情景,學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)如何提出類似的問題。最后,關(guān)于物理學(xué)基本原理在技術(shù)和日常生活中的應(yīng)用,如果引用得當(dāng),會增加多數(shù)學(xué)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(chǔ)科學(xué)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(yīng)有多方面才華的學(xué)生成為“少年專家”,同時(shí)把一些本來會對廣泛的課題有興趣的學(xué)生排斥在外。物理學(xué)在日常生活中。在技術(shù)中、在相關(guān)科學(xué)中的應(yīng)用,會使物理課生動活潑。然而,過多地引用技術(shù)實(shí)例,在教學(xué)中可能忽略這一點(diǎn):應(yīng)用是結(jié)在科學(xué)之樹上的果實(shí),而不是樹本身。

四、課題少而精,則學(xué)習(xí)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(yīng)當(dāng)指出:諸如牛頓運(yùn)動定律這樣一些課題,通常應(yīng)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(shí)加以討論。

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

五、應(yīng)當(dāng)教授某些技能

中學(xué)物理課的一個(gè)極其重要的方面是使學(xué)生獲得一定的能力。下面舉例說明應(yīng)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(shí)導(dǎo)體上的電壓)。

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3.會處理信息,以便研究找出關(guān)系(例如,作出電壓與電流的關(guān)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(xué)習(xí)“問題解決”。

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6.會根據(jù)簡化的假設(shè)粗略地進(jìn)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(shí)際電路與電路圖的關(guān)系)。

學(xué)生獲得這些技能,需要多次反復(fù)和實(shí)踐,只有反復(fù)注意其應(yīng)用,才能獲得技能。應(yīng)該在學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動、近代物理等知識時(shí),學(xué)習(xí)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(xiàng)根本任務(wù)。

六、課本的內(nèi)容

學(xué)生學(xué)習(xí)物理在課本上花費(fèi)的時(shí)間要比做實(shí)驗(yàn)多,也比同物理教師接觸的時(shí)間多。因而必須認(rèn)真選擇課本,以適應(yīng)師生的需要。

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在選擇課本時(shí),應(yīng)該考慮哪些標(biāo)準(zhǔn)呢?課本中應(yīng)該包含哪些內(nèi)容呢?在AAPT領(lǐng)導(dǎo)下的物理教師小組認(rèn)為,評價(jià)中學(xué)物理課本有下述7項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn): 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(xué)學(xué)生); 3.可讀性(課本易于學(xué)習(xí)); 4.外觀(看起來吸引人); 5.科學(xué)(把物理學(xué)展示為發(fā)展中的知識); 6.社會問題(認(rèn)識到物理學(xué)對社會的影響); 7.作業(yè)(給學(xué)生的附加作業(yè),材料合適)。

基于這些標(biāo)準(zhǔn),教師小組評價(jià)了14種使用比較普遍的中學(xué)物理課本。

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同一小組分析了這些課本的內(nèi)容,認(rèn)為主要課題的分布如下: 1.測量:導(dǎo)論,數(shù)學(xué)技能,誤差,實(shí)際測量,SI單位制。

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

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3.分子物理:量熱學(xué),分子動力論,氣體定律,熱力學(xué)。

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4.波動:在彈簧和發(fā)波水槽中的機(jī)械波,聲學(xué)。

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5.光學(xué):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(xué):靜電學(xué),簡單電路,靜磁學(xué),電場和磁場,磁力,電磁感應(yīng)。

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7.量子物理:光電效應(yīng),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(xué)史和(或)天文學(xué)史,流體力學(xué),電子技術(shù),固體物理,天體物理,交流電路等。隨著物理學(xué)的發(fā)展,課本也必須改變。在美國促進(jìn)科學(xué)協(xié)會(AAS)領(lǐng)導(dǎo)下的教師小組審查課本的標(biāo)準(zhǔn)包括:內(nèi)容的通用性;內(nèi)容的正確性;內(nèi)容的范圍;科學(xué)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(yīng)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(rèn)為它很重要。它對選擇物理課程內(nèi)容多少具有指導(dǎo)作用。然而,當(dāng)作分析和選擇課程內(nèi)容的文件,它不具有絕對標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)該慎重對待。

國家科學(xué)教師協(xié)會的初級物理考試,以其自身的權(quán)威而博得人們的關(guān)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(xué) 30%熱學(xué)和分子動力學(xué) 10%電磁學(xué) 25%波動、光學(xué)和聲學(xué) 20%現(xiàn)代物理學(xué) 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(guān)系以及與課程目標(biāo)的關(guān)系。有經(jīng)驗(yàn)的物理教師通常要正式地或非正式地編制自己“個(gè)人的”大綱。由州教育部門或地區(qū)性的學(xué)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(dǎo)。在一些州,課程委員會當(dāng)前正致力于編制或修訂具有不同目標(biāo)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(biāo),它反映物理學(xué)家和教育學(xué)家雙方的思想,可以在學(xué)年之初這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻對物理新教師給予指導(dǎo),不利的方面是:大綱趨向于“凍結(jié)”教學(xué)模式,并限制選擇教學(xué)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(yàn)新的教學(xué)方法,任何大綱都應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)挠嗟,以便有?jīng)驗(yàn)的教師能發(fā)展他們自己的物理課程。

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大綱是關(guān)于課題和課時(shí)的初步安排。隨著課程的進(jìn)行以及學(xué)生的能力和興趣逐漸顯露,教師應(yīng)當(dāng)保持主動,以調(diào)整順序和進(jìn)度,調(diào)整能力要求和教學(xué)程度,在一年之內(nèi),要覆蓋每個(gè)主要物理領(lǐng)域中的一些部分,這雖然是人們所希望的,但許多有經(jīng)驗(yàn)的教師發(fā)現(xiàn)這是做不到的。他們相信,發(fā)展學(xué)生的信心和能力更為重要。某些重要問題應(yīng)該提出來并給予回答: 1.貫穿每個(gè)學(xué)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(yīng)用是第一學(xué)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(diǎn)。一旦能夠決定一學(xué)期所學(xué)的內(nèi)容,就可以相應(yīng)地做出每周和每天的進(jìn)度表。

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

九、新課程

物理學(xué)是一門生氣勃勃的學(xué)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(yīng)用物理學(xué)不斷誦現(xiàn)。物理課程的內(nèi)容不能固定不變。

其實(shí),當(dāng)代的中學(xué)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(dāng)數(shù)量的教師正基于自己的觀點(diǎn)設(shè)計(jì)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(yīng)教學(xué)目標(biāo),并提供更好的課程以適應(yīng)學(xué)生不同的需要。

下面簡短介紹幾個(gè)學(xué)區(qū)的課程實(shí)例。

下默里安(賓夕法尼亞州)中學(xué)物理大綱。這個(gè)大綱提供了一個(gè)以學(xué)生活動為中心的計(jì)劃。這種活動可以使學(xué)生重視并提高自己學(xué)習(xí)物理和數(shù)學(xué)的能力,漸漸成為一名合格的科學(xué)實(shí)踐者,物理教師的基本信條是:學(xué)出興趣,而不是“學(xué)完大綱”。

這個(gè)大綱以成套的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),有意識地從具體到抽象,從直接經(jīng)驗(yàn)到概括,然后把概括加以擴(kuò)展。大綱始終尋求使學(xué)生接觸關(guān)于知識的特點(diǎn)和來源的問題。

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