- 相關(guān)推薦
高中物理教學(xué)中的能力培養與實(shí)施對策
教學(xué)方法的改革和教學(xué)的內容安排等等都必須經(jīng)過(guò)實(shí)際教學(xué)過(guò)程的科學(xué)化測試和檢驗，并以學(xué)生的學(xué)習收益為最終判斷標準，以下是小編搜集的一篇探究高中物理教學(xué)能力培養的論文范文，供大家閱讀查看。
1、引言
大學(xué)物理教育是物理界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。改革開(kāi)放以來(lái),我國的大學(xué)物理教育在教學(xué)規模、教材建設、師資隊伍建設、授課技術(shù)等方面取得了較大的進(jìn)展。當展望物理教育的未來(lái)時(shí),我們自然會(huì )放眼全球、特別是美國這個(gè)教育高度發(fā)達國家的物理教育。2011至2012年,中國(不含港澳臺地區)赴美留學(xué)生達19.4萬(wàn)人,本科留學(xué)人數比前一年增加了31%。美國成為我國學(xué)生出國留學(xué)的首選國家。那么,美國的大學(xué)物理教育教學(xué)與我國相比有什么特色呢?本文將簡(jiǎn)要地介紹“物理教育研究”(Physics Education Research,簡(jiǎn)稱(chēng)PER)這一新物理學(xué)分支在美國的建立和發(fā)展,及其給美國高等學(xué)校的物理教學(xué)帶來(lái)的新生機。對比我國大學(xué)物理教育現狀以及面臨的困難,在此基礎上提出相應的建議,希望本文能為我國高等物理教育實(shí)現可持續發(fā)展提供參考。
2、“物理教育研究”——物理學(xué)新學(xué)科分支的誕生
物理教育是高等學(xué)校教學(xué)的難點(diǎn)之一。物理課程不僅難度大,而且涉及的學(xué)生人數多。在美國,大學(xué)物理教育也曾面臨困境。據美國物理聯(lián)合會(huì )(AIP)1995年的統計,美國授予物理學(xué)士學(xué)位的人數在6年內下降了15%,達到37年來(lái)的最低值。又有其他數據顯示,在學(xué)過(guò)大學(xué)物理課程的30萬(wàn)美國大學(xué)生中,不到5%的學(xué)生繼續選學(xué)物理方面的課程;此外,美國高等學(xué)校中大學(xué)物理課程的設置還受到其他學(xué)科學(xué)者的質(zhì)疑。面對危機,1996年美國物理教師協(xié)會(huì )(American Associa-tion of Physics Teachers,簡(jiǎn)稱(chēng)AAPT)發(fā)出了全面復興美國物理教育的倡議。但是,路在何方呢?
早在20世紀70年代初,美國華盛頓大學(xué)物理系的Lillian ChristieMcDermott提出,物理教育要建立在研究的基礎之上,通過(guò)科學(xué)分析并解決學(xué)生在學(xué)習物理課程中遇到的共性困難,提高學(xué)習效果。在美國國家自然科學(xué)基金的資助下,她開(kāi)展了物理學(xué)習與教育方面的研究,成功地開(kāi)拓了物理教育研究的新方向。由于對美國物理教育的突出貢獻,她獲得了RobertA.Mil-likan Lecture獎(1990年),Oersted獎?wù)?2001年),2013年她又獲得了Melba Newell Phillips獎。除華盛頓大學(xué)外,美國的北卡羅萊納州立大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、科羅拉多大學(xué)、以及俄亥俄州立大學(xué)等也都開(kāi)始進(jìn)行物理教育方面的研究。PER的研究隊伍具備了雛形,學(xué)科建設隨之拉開(kāi)序幕。
1994年秋季,在北卡羅萊納州立大學(xué)召開(kāi)了首次PER大會(huì ),商討PER的研究對象和PER專(zhuān)業(yè)研究生的課程設置。更重要的是,PER的先驅者們在會(huì )議上起草了一份白皮書(shū),遞與美國自然科學(xué)基金委員會(huì )。白皮書(shū)的題目為《給美國自然科學(xué)基金物理部的建議——支持將“物理教育研究”作為物理學(xué)的子學(xué)科》。白皮書(shū)論述了PER在美國的興起以及PER在物理學(xué)中的重要地位,指出了PER走研究型發(fā)展之路的必要性和面臨的困難。白皮書(shū)中建議美國自然科學(xué)基金物理部像支持其他物理研究一樣支持PER,提出每年需要約200萬(wàn)美元的資助基金。
1999年,萌芽中的PER等到了春天,這年美國物理學(xué)會(huì )(APS)發(fā)表了“關(guān)于物理教育研究的聲明”,承認PER是成長(cháng)中的研究領(lǐng)域,支持在美國高校物理系中設置PER研究方向。聲明中指出:物理系將會(huì )受益于擁有PER這樣一個(gè)嚴密的研究領(lǐng)域,PER會(huì )使教學(xué)質(zhì)量得到提高。此后,PER得到了美國自然科學(xué)基金的大力資助。據不完全統計,2006至2010年,美國自然科學(xué)基金至少資助了262個(gè)PER項目,經(jīng)費約為7250萬(wàn)美元,占PER總經(jīng)費的75%。
PER的發(fā)展除了經(jīng)費的保障外,還必須有相應的學(xué)術(shù)刊物做支撐。經(jīng)過(guò)努力,《美國物理雜志》(American Journal of Physics)首先大量發(fā)表PER的研究成果;之后AAPT旗下的雜志《物理教師》(ThePhysicsTeacher)也開(kāi)始登載PER文章。為了使PER在物理學(xué)科中擁有被公認的高水平研究成果,美國物理學(xué)會(huì )與AAPT聯(lián)手,于2005年開(kāi)始出版電子期刊《物理評論專(zhuān)輯——物理教育研究》(Physi-cal ReviewSpecial Topics——Phys-ics Education Research)。PhysicalReview是享有很高學(xué)術(shù)聲譽(yù)的雜志,此雜志設置物理教育專(zhuān)題,使從事PER的教師可以得到正確的評價(jià),并專(zhuān)注于這個(gè)研究方向。
有經(jīng)費的資助,有高水平的學(xué)術(shù)刊物,又有科學(xué)且實(shí)用的研究方向,使PER在十幾年的時(shí)間內在美國發(fā)展了起來(lái),圖1直觀(guān)地顯示了PER小組在美國的分布。美國大學(xué)中,做PER的教師有高級別的研究項目,可以指導研究生(包括博士生),并發(fā)表高水平研究論文,他們既是研究者,又是優(yōu)秀的教師。
PER的誕生給美國的物理教育與教學(xué)帶來(lái)了生機,使美國成為全球高等物理教育的領(lǐng)跑?chē)摇?/p>
3、“物理教育研究”的研究對象與方法
PER研究的對象是學(xué)習物理的過(guò)程以及教學(xué)活動(dòng)如何影響該過(guò)程,采用科學(xué)的方法探測、甄別學(xué)生在學(xué)習物理課程中普遍存在的共性困難,揭示學(xué)生掌握物理知識的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,評價(jià)學(xué)習效果,并在此基礎上建立關(guān)于物理學(xué)習的認知理論,用于開(kāi)發(fā)新課程、新教學(xué)方法和新的教育研究工具。PER是圍繞學(xué)生和學(xué)習過(guò)程進(jìn)行的,在我國是一個(gè)相對陌生的研究領(lǐng)域。由物理學(xué)家開(kāi)拓出來(lái)的PER繼承了物理學(xué)的研究傳統與方法,強調觀(guān)察、數據采集與分析,并重視應用。
PER有實(shí)驗和理論兩個(gè)研究方向。實(shí)驗方面的主要工作是采用定性、定量或兩者結合的方法,來(lái)測試、記錄并了解物理學(xué)習過(guò)程。定性的實(shí)驗研究是針對少量典型學(xué)生進(jìn)行,通過(guò)對學(xué)生進(jìn)行訪(fǎng)談與跟蹤調查,記錄物理學(xué)習(包括學(xué)生的思維)過(guò)程。為了實(shí)時(shí)地了解學(xué)生的思維,可采用“邊想邊說(shuō)”實(shí)驗,即要求學(xué)生看到教師給定的測試后,不停地用語(yǔ)言表達頭腦中的思路,直至給出解答。通過(guò)錄像、錄音等方法記錄實(shí)驗全過(guò)程,并予以保存。定量的實(shí)驗研究主要面向大量學(xué)生,使用標準教學(xué)測量工具進(jìn)行各種測試,了解學(xué)生整體掌握知識的平均水平,以分析、評價(jià)學(xué)習效果�，F在,PER已獲得了大量相關(guān)實(shí)驗數據。400多年前,開(kāi)普勒基于第谷畢生積累的天文學(xué)數據,歸納出了著(zhù)名的開(kāi)普勒三定律。今天,PER也在積累著(zhù)各種關(guān)于物理學(xué)習的數據,為揭示和控制物理學(xué)習過(guò)程進(jìn)行準備。
開(kāi)拓PER的物理學(xué)家們明白,如果沒(méi)有理論研究,PER不過(guò)就是為提高學(xué)生學(xué)習效果的一系列反復實(shí)驗。PER理論研究方面以馬里蘭大學(xué)的Redish,Hammer和Elby等人的工作最為著(zhù)名,他們研究學(xué)生在解決物理問(wèn)題時(shí)的先天直覺(jué)是什么,學(xué)生頭腦中的概念是怎樣演化的等問(wèn)題。當然,PER理論還處于起步階段,它的發(fā)展依賴(lài)于更多的實(shí)驗數據和理論研究的進(jìn)一步深入。
4、“物理教育研究”給高等學(xué)校物理教學(xué)帶來(lái)的新生機
PER使物理教學(xué)理念、教學(xué)技術(shù)與環(huán)境、教學(xué)方法、教材等方面獲得了許多進(jìn)步,本文集中介紹物理教學(xué)理念、教學(xué)技術(shù)與環(huán)境這兩個(gè)方面的進(jìn)展,因為這兩個(gè)方面國內較少涉及,且與美國差異較大。
PER使物理教學(xué)走上了科學(xué)發(fā)展之路。教學(xué)方法的改革和教學(xué)的內容安排等等都必須經(jīng)過(guò)實(shí)際教學(xué)過(guò)程的科學(xué)化測試和檢驗,并以學(xué)生的學(xué)習收益為最終判斷標準。也就是說(shuō),衡量教學(xué)的成功與否,不僅在于教師講授了什么,更重要的是在于學(xué)生到底學(xué)到了什么?只有被大量教學(xué)實(shí)驗數據驗證的、使學(xué)生獲得更高學(xué)習收益的方法才是令人信服的。翻開(kāi)美國的《物理評論專(zhuān)輯——物理教育研究》、《美國物理雜志》等期刊,可以找到對物理教學(xué)的各種測量。例如:通過(guò)分析6000名左右學(xué)生的學(xué)習收益,發(fā)現交互式教學(xué)方法的效果優(yōu)于傳統的講授式方法;哈佛大學(xué)Mazur小組用十年的數據表明,Mazur發(fā)明的同伴教學(xué)法(Peer Instruction,簡(jiǎn)稱(chēng)PI)能夠使學(xué)生更好地掌握物理概念和解決問(wèn)題。一些測量結果還挑戰了傳統的教學(xué)觀(guān)念。在大多數人看來(lái),掌握知識對于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力是非常重要的。然而對學(xué)生科學(xué)推理能力和知識狀況的實(shí)際測量表明,以傳授知識為目的的傳統教學(xué),對于培養科學(xué)推理能力沒(méi)有幫助。對于學(xué)生學(xué)習收益的測量數據表明,采用傳統講授式方法,學(xué)生的學(xué)習收益很低;有趣的是,測量結果還顯示,學(xué)生的學(xué)習收益和學(xué)習困難基本上與任課教師沒(méi)有關(guān)系。
早在1933年,美國著(zhù)名教授F.K.Richtmyer寫(xiě)道:“教學(xué),我說(shuō),是藝術(shù),而不是科學(xué),……教學(xué)絕不能被稱(chēng)為科學(xué)”。這仍然是目前很多人對于物理教學(xué)的認識。PER使這個(gè)觀(guān)點(diǎn)在20世紀末和21世紀初被更新了。CarlWieman是美國科學(xué)院科學(xué)教育委員會(huì )主席,2001年諾貝爾物理學(xué)獎得主,他在《知識的詛咒——為什么對于教學(xué)的直覺(jué)經(jīng)常失效》一文中寫(xiě)道:“聰明的物理界已經(jīng)找到了在初始直覺(jué)失效的領(lǐng)域取得進(jìn)展的方法,例如,原子結構的發(fā)現。這個(gè)方法在于細致地、客觀(guān)地進(jìn)行實(shí)驗測量并利用得到的數據完善我們的認知和直覺(jué)。
對于物理教學(xué),這意味著(zhù)要著(zhù)眼于顯示人們是如何學(xué)習的數據,著(zhù)眼于顯示學(xué)生是怎樣學(xué)到或學(xué)不到物理知識的數據”。物理教學(xué)也要從已有的各種數據出發(fā),而不能僅憑直覺(jué)。
PER將科學(xué)理念注入于物理教學(xué)之中。PER催生了各種標準教學(xué)測試工具的研發(fā)。就像可以利用電壓表顯示電壓值一樣,教學(xué)測量需要測試工具。這些測試工具實(shí)際上是針對某一部分物理知識的診斷性測試題目,其功能類(lèi)似于物理實(shí)驗中的各種測量設備。美國已經(jīng)研發(fā)出來(lái)的測試工具有:FCI(測試牛頓力學(xué)概念)、BEMMA(測試電磁學(xué)概念)、LCTSR(測試科學(xué)推理能力)等等。當然,教學(xué)測試工具的有效性也要經(jīng)過(guò)測試才能被認可。FCI剛剛研發(fā)出來(lái)后,教師們感覺(jué)題目設計過(guò)于簡(jiǎn)單,有侮于學(xué)生的智商,以致于不樂(lè )意使用它。但是,實(shí)測結果與教師們的預期并不一致。哈佛大學(xué)的測試就是一個(gè)典型的例子。哈佛大學(xué)物理系EricMa-zur教授偶然看到了PER的相關(guān)研究,對自己的學(xué)生進(jìn)行了FCI測試,結果是學(xué)生們的得分很低,甚至低于期中考試成績(jì)。Mazur教授認為,期中考試比FCI更難、更復雜。驚訝之余,Mazur教授著(zhù)手改變教學(xué)方法,發(fā)明了著(zhù)名的同伴教學(xué)法。此后,標準測試工具的開(kāi)發(fā)受到重視。除了測量物理知識的工具外,還有一些工具用于測試學(xué)生的態(tài)度和期望與學(xué)習效果之間的關(guān)系,如科羅拉多大學(xué)關(guān)于學(xué)習科學(xué)課程的態(tài)度測試(CLASS),馬里蘭大學(xué)的物理期望測試(MPEX)等。盡管對于教學(xué)測量工具的使用方法等方面還有一些批評意見(jiàn),但是總體上認可了測量工具在物理教學(xué)研究中的重要作用。
伴隨著(zhù)測量工具的開(kāi)發(fā),教學(xué)測量方法也逐漸定型,如判定教學(xué)收益的前測—后測法,統計理論在物理教學(xué)研究中的應用等等。Hake提出了一種測量學(xué)生學(xué)習收益的方法。
他利用測試工具,在學(xué)習開(kāi)始前進(jìn)行測量,稱(chēng)為前測,以了解學(xué)習開(kāi)始前的情況;學(xué)習結束后,再次進(jìn)行測試,稱(chēng)為后測。他定義學(xué)習收益g為g=sˉf-sˉiT-sˉi,其中sˉi為班級學(xué)生前測平均分,sˉf為后測平均分,T為測試題目的總分。g?0.7為高學(xué)習收益,0.3?g<0.7為中等收益,g<0.3為低收益。將其與統計方法結合,便可以對學(xué)習的效果進(jìn)行規范測量。這個(gè)方法已經(jīng)被物理教育界的許多人用來(lái)做教學(xué)研究。
PER的研究結果表明,交互式教學(xué)在許多方面都優(yōu)于傳統講授式教學(xué)。為了開(kāi)展交互式教學(xué),在美國開(kāi)發(fā)出了一種新教學(xué)技術(shù)——課堂交互反饋系統,也叫做clicker。
北美大約有800所大學(xué)、百余萬(wàn)學(xué)生曾使用clicker在課堂上學(xué)習。課堂交互反饋系統利用無(wú)線(xiàn)電發(fā)射、接收系統以及配套軟件,實(shí)現了課堂上多個(gè)學(xué)生與教師間的集體實(shí)時(shí)互動(dòng)。課堂上,教師首先設置問(wèn)題,之后學(xué)生通過(guò)手持發(fā)射器發(fā)射答案,教師利用接收器接收來(lái)自學(xué)生的多路反饋信號(如圖2)。經(jīng)過(guò)計算機處理接收信號后,全體學(xué)生的結果被實(shí)時(shí)地顯示在教室的大屏幕上,同時(shí)每個(gè)學(xué)生的反饋信息均被記錄下來(lái),逐節課積累后,形成各個(gè)學(xué)生的電子學(xué)習檔案。該教學(xué)技術(shù)不僅支持了大班互動(dòng)教學(xué),而且還促進(jìn)了教學(xué)方法和教材的改革,目前,課堂交互反饋系統中的題目已經(jīng)出現在了美國大學(xué)物理教材中,供教師和學(xué)生使用。
交互式教學(xué)的實(shí)施還導致了教室布局的變化,以講臺為焦點(diǎn)的傳統教室布局被更改,代之以圓桌為主體,集講授、課堂演示和學(xué)生小組學(xué)習等功能為一體的多媒體教室。北卡羅萊納州立大學(xué)物理課教室布局。目前,麻省理工學(xué)院的TEAL教室,俄亥俄州立大學(xué)的PALET教室等均采用了類(lèi)似的教室布局。此外,在美國還開(kāi)發(fā)出了物理工作室、網(wǎng)絡(luò )作業(yè)系統、三維立體演示等方面的教學(xué)技術(shù)。
5、結束語(yǔ)
近20年來(lái),PER帶動(dòng)了美國物理教育教學(xué)的發(fā)展,使美國大學(xué)物理教育走出困境。在美國自然科學(xué)基金等經(jīng)費的資助下,高等學(xué)校中一些從事純教學(xué)工作的教師轉型為研究者。相比之下,這20年來(lái),我國大學(xué)物理教育卻一直在進(jìn)行“改革”。改革主要集中于教師和教材方面,忽略了對學(xué)生學(xué)習物理過(guò)程本身規律的深入研究,似乎在延續著(zhù)那個(gè)“名師出高徒”的古老信念。美國的大學(xué)物理教育為學(xué)生建造了腳手架,供學(xué)生自己向上攀登。我國的物理教育似乎是要設法由教師將學(xué)生“抬舉”起來(lái)。此外,與美國高等學(xué)校從事物理教學(xué)的教師由于從事PER而回歸科研隊伍的趨勢相反,近年來(lái)我國許多高等學(xué)校物理學(xué)院(系)教師隊伍中被分離出來(lái)了所謂“純教學(xué)型”教師,盡管他們承擔教改項目、編寫(xiě)教材、進(jìn)行教學(xué)研究工作,也有一些教師開(kāi)始進(jìn)入PER研究的行列,但是,由于很難得到高級別的、經(jīng)費充足的物理教學(xué)研究項目,所從事的教學(xué)研究工作不能得到認可,只能靠承擔更多的授課學(xué)時(shí)來(lái)完成額定工作量。在研究經(jīng)費上,物理教育方面的自主選題研究幾乎得不到我國自然科學(xué)基金的資助。自然科學(xué)基金項目中國家基礎科學(xué)人才培養基金只受理獲教育部批準的少數基地負責人的申請。這種狀況導致了物理教學(xué)研究工作和研究隊伍的萎縮。“物理教育研究”在美國的崛起與發(fā)展提示我們:物理教育是藝術(shù),更是科學(xué)。將“物理教育研究”作為物理學(xué)的一個(gè)新分支學(xué)科,以這個(gè)新分支學(xué)科的建設來(lái)帶動(dòng)物理教學(xué)的發(fā)展,進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量,或許對我國也是一條振興物理教育的可持續發(fā)展之路。
【高中物理教學(xué)中的能力培養與實(shí)施對策】相關(guān)文章：
探究高中物理教學(xué)中對學(xué)生能力培養的論文08-25
高中物理教學(xué)中培養學(xué)生創(chuàng )新能力探討08-09
在高中物理教學(xué)中培養直覺(jué)思維能力論文07-13
小學(xué)數學(xué)教學(xué)中創(chuàng )新能力的培養05-18
在物理教學(xué)中培養學(xué)生創(chuàng )新能力05-02
淺談地理概念教學(xué)中的能力培養07-22
淺談閱讀教學(xué)中的能力培養09-05
幼兒舞蹈教學(xué)中創(chuàng )編能力的培養06-13
高中物理教學(xué)中存在的問(wèn)題及解決對策分析05-06
關(guān)于高師生科研能力培養對策07-20