高中物理課程內(nèi)容---來自美國物理教師協(xié)會的觀點

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(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基礎(chǔ)，以備今后進一步深造。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)校進行指導(dǎo)。

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(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。

在“初級物理”這個題目下有很多知識。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，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。

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)，從時間上來說，可以從當(dāng)前一直追溯到“大爆炸”的時刻。

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事業(yè)，前沿正在擴展，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方面。例如，日落時為什么是紅色？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、空間計劃、能源、環(huán)境保護以及國防等。

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。在整個課程中，應(yīng)該強調(diào)那些基本原理，以及把物理學(xué)各個分支聯(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)實例，在教學(xué)中可能忽略這一點：應(yīng)用是結(jié)在科學(xué)之樹上的果實，而不是樹本身。

首先，要說幾句關(guān)于物理課程的“覆蓋面”問題。一些課本，由于其內(nèi)容包羅萬象，有時會誤導(dǎo)新教師，為了滿足不同教師和不同學(xué)生的不同興趣，課本所包含的課題比作者打算在任何一個年級所討論的要多。物理教師與其膚淺地覆蓋許多課題，不如處理好較少的課題。這一點在幾十年前舉行的稱之為“美國物理教師協(xié)會”（AAPT）的會議上已經(jīng)提到過。

由很多知識組成的物理學(xué)，目前它的范圍更加廣泛，在初級課程中不可能充分普遍地加以覆蓋。教師不應(yīng)該犧牲深度和理解程度，百科全書式地包容過多的課題。

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。

中學(xué)物理課的一個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。

1．識別所觀察到的現(xiàn)象中的變量。

2．整理觀察到的信息（例如，觀察和記錄電流改變時導(dǎo)體上的電壓）。

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）。

4．會解釋用圖線表示的信息。

5．學(xué)習(xí)“問題解決”。

6．會根據(jù)簡化的假設(shè)粗略地進行估算。

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(guān)系）。

學(xué)生獲得這些技能，需要多次反復(fù)和實踐，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，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根本任務(wù)。

學(xué)生學(xué)習(xí)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(rèn)真選擇課本，以適應(yīng)師生的需要。

在選擇課本時，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，評價中學(xué)物理課本有下述7項主要標(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)，教師小組評價了14種使用比較普遍的中學(xué)物理課本。

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，實際測量，SI單位制。

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

3．分子物理：量熱學(xué)，分子動力論，氣體定律，熱力學(xué)。

4．波動：在彈簧和發(fā)波水槽中的機械波，聲學(xué)。

5．光學(xué)：光的波動說，光線，鏡和透鏡，衍射和干涉，偏振。

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)。

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。

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％.

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(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)年之初這個關(guān)鍵時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，而且不能去試驗新的教學(xué)方法，任何大綱都應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)挠嗟兀�以便有�?jīng)驗的教師能發(fā)展他們自己的

大綱是關(guān)于課題和課時的初步安排。隨著課程的進行以及學(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。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度表。

2．可以刪去大綱中的哪些課題，教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)真地閱讀課題目錄，并認(rèn)真選定刪減對象。此后，隨著學(xué)期的進展，在課程進行中要不斷地與計劃（大綱）相對比，而不要等到課程的最后幾周再這樣做。

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？

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，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設(shè)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(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。

下面簡短介紹幾個學(xué)區(qū)的課程實例。

下默里安（賓夕法尼亞州）中學(xué)物理大綱。這個大綱提供了一個以學(xué)生活動為中心的計劃。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”。

這個大綱以成套的實驗為基礎(chǔ)，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(xué)生接觸關(guān)于知識的特點和來源的問題。

發(fā)給學(xué)生的課本是《設(shè)計物理學(xué)》牐≒roject physics），但是課程的結(jié)構(gòu)受PSSC物理課程最初計劃的深刻影響。

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