国外物理教育研究方向

国外物理教育研究方向

１美国物理教育研究领域的发展历程［１］

美国物理教育研究的开端可以追溯到１９３０年美国物理教师协会（ＡＡＰＴ）的成立，其主要目的是通过教学的途径确保物理知识的普及，并为物理教师的专业化发展提供最新和完备的资源及研究成果．１９５０年末～１９６０年，美国加州大学伯克利分校和华盛顿大学对学生学习困难的综合研究，可称得上是最早的物理教育研究工作．１９７０年末第一批ＰＥＲ博士毕业，１９８０年至少有十几所大学成立ＰＥＲ团队．１９９０年从事ＰＥＲ并具有ＰＥＲ博士学位及具有物理学博士学位的博士后研究人员进入物理系任教．１９９８～２００１年，６１位教师将ＰＥＲ作为他们的研究领域．１９９９年美国物理学会（ＡＰＳ）发出声明，确定物理教育研究是物理研究领域的一部分．自此，ＡＰＳ致力于通过物理教育研究及利用以ＰＥＲ为基础的教育实践推动物理教育改革．２０００年，全国性ＰＥＲ会议定期举行，随着一些国家及国际ＰＥＲ专题会议的开展，物理教育研究者已形成庞大的团体．２００５年，美国物理学评论杂志特刊———《物理教育研究》的问世，标志着物理教育研究开始形成自己的学术研究范式，正在向学术性的轨道迈进．２０１２年，美国国家研究委员会对物理等其他理工类学科以学科为基础的教育研究的现状、贡献以及未来研究发展方向以报告的形式公布．

２美国物理教育研究的研究模式

美国物理教育研究是以物理学科为基础对物理教师的“教”与学生的“学”的过程所做的研究．物理教育研究的研究者主要是具有坚实的学科基础和熟悉物理学科研究方法的物理教师、硕士、博士及博士后；主要的研究对象为大学阶段的理工科专业的学生，包括物理专业的学生所开设的大学物理课程及物理实验课程教学；研究目的是改进物理教学，使学生真正理解物理，能够将所学内容应用到实际中去；研究重点是揭示学生学习物理的认知过程，研究影响学生真正理解物理的因素；研究的一般模式是以物理学内容为基础，设计有效的测试和评价工具，调查学生在学习每一部分物理内容之前的原有知识和学习过程中的认知结构的变化，揭示学生的思维障碍，有针对性地设计有效的教学策略和开发新

的教学资源，用实证的方法研究新策略和新资源对学生理解物理所产生的实际效果，在研究过程中不断发现新问题，从而展开更深入的研究．［２］基于对以学科为基础的教育研究关注度的提高，改善自然科学学科的教学实践，２０１０～２０１１年间美国国家研究理事会，对以学科为基础的教育研究的成果及未来发展方向做出综合研究，横跨大学物理学、生物学、地理和化学，其中物理教育研究领域重点在于课程与教学的综合研究．

３物理课程与教学

近年来，基于学生在学习过程中常遇到的困难，突出以学生为中心的主旨，改变传统课堂使其更具参与性与互动性，通过研究和评估，美国物理教育研究领域设计、开发了一些有效的教学方法及教学资源．实践评估显示，新方法和资源的使用明显优于传统课堂教学带来的效果．３．１针对物理概念课的教学方法研究者以传统的概念讲授课为基础，在课前、课中、课后分别设计一些教学方法，旨在利用学生与学生、学生与教师之间的相互影响，提升概念课的教授与学习效果，常见的教学方法有以下几种．（１）同伴教学法（ＰｅｅｒＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）．同伴教学法由哈佛大学著名教授ＥｒｉｃＭａｚｕｒ创立，在大学物理课程中，使用专门设计的用于揭示学生错误概念和引导学生深入探究的概念测试题，借助计算机投票系统（ｃｌｉｃｋｅｒ）或选项卡片，组织大班课堂教学，变传统单一的讲授为基于问题的自主学习和合作探究．哈佛大学对ＰＩ教学方法的研究表明，ＰＩ教学方法在促进学生深入理解物理概念和提高物理计算能力方面优于传统教学方法．（２）即时教学法（Ｊｕｓｔ－ｉｎ－Ｔｉｍｅｔｅａｃｈｉｎｇ，ＪｉＴＴ）．即时教学法要求学生在上课之前，以邮件的形式提交教师布置的有关概念性问题的答案．教师依据这些反馈信息，评估学生的理解程度，并结合学生情况备课．（３）互动式课堂演示法（ＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＬｅｃｔｕｒｅＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｓ，ＩＬＤｓ）．互动式课堂演示首先要求学生对物理演示实验中，他们预期观察到的现象做出预测，与同伴讨论彼此的预测，接着观察实验，并将观察到的与自己的预测相比较．ＩＬＤｓ中每个阶段都由工作单引导．通过ＦＣＴ，ＦＭＣＥ测试，发现ＩＬＤｓ在学生学习基本物理概念的过程中作用显著，课堂演示中学生预测阶段尤其重要．（４）反思学习法（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｎｌｅａｒｎｉｎｇ）．反思学习法要求

学生写日记或者递交周报告进行学习反馈．学生要记录在课堂上学到了什么，如何进行学习的，以及哪些内容还存在疑问．递交的报告也会算入学分．研究人员发现，学生的学业掌握程度与其反思的质量存在某种关系，概念习得程度高的学生比概念习得程度低的学生反思学习方面更清晰和细致．３．２习题讨论式教学方法为了改变传统枯燥的习题课，增强互动性与组间合作，研究者开发了一系列新的教学方法．辅导式教学法［３，５］（ＴｕｔｏｒｉａｌｓｉｎＩｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙＰｈｙｓｉｃｓ）最早是ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ的物理教育研究小组（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＰｈｙｓｉｃｓＥｄｕｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＧｒｏｕｐ，ＵＷＰＥＧ）提出，并经过多年的教学积累发展起来的一种实行分组教学的习题课教学方法．辅导式教学课的重点是加强学生对重要的物理概念的掌握，并培养他们的科学推理技巧．教学步骤包括课前测试、工作表、作业分配和课后测试等．辅导式教学主要包括的内容如下：（１）１０ｍｉｎ的课前测试，内容包括课堂上或课本中已讲授的知识，测试题是定性的概念题，题型为简答题、作图题等．（２）每周教师和助教要进行１～２ｈ的培训．其间，教师和助教首先完成将要给学生做的课前测试，并讨论学生可能遇到的困难，及辅导课中使用的教学模式和应突出的关键问题．（３）学生参加５０ｍｉｎ到１ｈ的辅导课．学生分组进行讨论，回答计划表上的问题，教师或助教不讲课，而是通过提问，引导他们对于基本概念进行定性的逻辑推理，从而得到结果．（４）学生完成指派的作业．（５）考试内容包括在讨论课中强调的重点概念和推理技巧．辅导式教学方法在多所大学使用过，并在反复循环的改进过程中不断发展完善．实践证明，这种方法有助于学生合作解决问题，其结果比小组中成绩最好的学生单独完成解答的成绩更好，并且促进小组中不同层次学生的共同进步．马里兰州立大学物理教育研究组的Ｒｅｄｉｓｈ教授等人在此基础上发展了以激发学生学习活跃性为基础的教学项目（Ａｃｔｉｖｉｔｙ－ＢａｓｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＡＢＰ），其中加强了定量计算和物理实验，并应用计算机处理数据、播放课件、显示仿真效果等．马里兰州立大学最新发展的教学项目成果Ｏｐｅｎ－ＳｏｕｒｃｅＴｕｔｏｒｉａｌｓ（ＯＳＴ），允许教师修改既定工作单，以满足教师需求，并着重强调学生学习物理的观念、认识论或信念．ＴＩＰ和ＡＢＴ在多项选择题及ＦＭＣＥ前、后