高校物理論文范文

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第1篇

我國(guó)處于改革開(kāi)放的攻堅(jiān)階段，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，需要大量綜合素質(zhì)人才，而我國(guó)的高等學(xué)校招生規(guī)模也出現(xiàn)的井噴式的發(fā)展。但是，高素質(zhì)、綜合性強(qiáng)的優(yōu)秀畢業(yè)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)對(duì)人才的需要，高等院校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室，在建設(shè)和管理方面也很難滿足人才培養(yǎng)的要求。我國(guó)高校的規(guī)模擴(kuò)大，將大量的資金投入到學(xué)校的基本建設(shè)中，如教學(xué)樓、圖書(shū)館、體育館、寢室樓等，而實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)資金投入則很有限，特別是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，沒(méi)有學(xué)校的資金，也沒(méi)有政府性的專項(xiàng)基金，因而在各個(gè)高校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中也處于十分尷尬的地位。對(duì)于，一般的省屬高校物理實(shí)驗(yàn)室，大量陳舊、落后的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備還在使用。高等學(xué)校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，離不開(kāi)所在高校的支持和資助，但是省屬高校由于資金和科研工作的滯后，未對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理投入足夠的的重視，從而使學(xué)科發(fā)展成為物理實(shí)驗(yàn)的瓶頸和絆腳石。許多省屬高校認(rèn)為教學(xué)是高校立足的根本，沒(méi)有必要加強(qiáng)一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，應(yīng)該把更多的精力和財(cái)力放到學(xué)科建設(shè)和教學(xué)工作中。長(zhǎng)此以往，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理沒(méi)有得到發(fā)展，甚至長(zhǎng)期停滯、癱瘓，實(shí)驗(yàn)室儀器得不到及時(shí)維修、更新，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，教師的授課也受到嚴(yán)重的影響。

2學(xué)校對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理缺乏認(rèn)識(shí)

盡管高校的教育經(jīng)費(fèi)逐年增加，同時(shí)也加強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理，但是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的全校布局、資源分配、學(xué)科定位、項(xiàng)目申請(qǐng)以及教學(xué)改革的布置仍然存在重視理論教學(xué)而輕視實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)的情況。學(xué)生被動(dòng)的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)付式的完成實(shí)驗(yàn)，而教師也沒(méi)有很高的教學(xué)積極性，被動(dòng)的授課，降低了實(shí)驗(yàn)學(xué)科最基本的認(rèn)知能力培養(yǎng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象和解決物理問(wèn)題的能力沒(méi)有得到突出，自主創(chuàng)新能力更難得到鍛煉和加強(qiáng)。

3大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度不足

大學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)，不簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單是一門(mén)課程，更是多學(xué)科交叉與綜合的實(shí)驗(yàn)學(xué)科。目前，大多數(shù)高校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程安排不合理，基本是依附《大學(xué)物理》所傳授的知識(shí)，沒(méi)有進(jìn)行更深入的發(fā)掘。實(shí)驗(yàn)的操作性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性，大學(xué)生被教材和老師設(shè)計(jì)好的題目緊緊地束縛著，只能按照設(shè)計(jì)好的模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰旧暇偷扔诓僮髂芰Γ@極大限制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展。再者，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)既然是基礎(chǔ)性課程，就應(yīng)該向全校學(xué)生開(kāi)放，無(wú)論是理科生、文科生還是藝術(shù)生，他們都應(yīng)該得到相應(yīng)的學(xué)習(xí)和鍛煉，全面滿足培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)的需求。同時(shí)，一個(gè)學(xué)校內(nèi)的不同專業(yè)、不同實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)加強(qiáng)溝通和交流(例如：電氣實(shí)驗(yàn)室、材料實(shí)驗(yàn)室、力學(xué)實(shí)驗(yàn)室等)，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)與管理需要資金的大量投入和儀器的大量購(gòu)置，一個(gè)開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室能融合不同學(xué)科之間的優(yōu)點(diǎn)，整合各個(gè)學(xué)科的長(zhǎng)處，達(dá)到真正的資源共享，也使學(xué)生們從不同實(shí)驗(yàn)室得到精髓的知識(shí)，對(duì)學(xué)校的科研和人才的最佳配置也能得到充分的滿足。

4物理實(shí)驗(yàn)室改革的解決對(duì)策

第2篇

在大學(xué)物理課堂中教師一般采取講授式教學(xué)，經(jīng)常都是教師一個(gè)人在講臺(tái)上唱獨(dú)角戲，而學(xué)生聽(tīng)著枯燥乏味，沒(méi)有主動(dòng)思考，教學(xué)效果不佳。因此，我們?yōu)楹尾徽{(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生走上講臺(tái)呢！我院多年來(lái)在物理課堂上一直開(kāi)設(shè)討論課，討論課是在教師的精心準(zhǔn)備下，由教師提出特定問(wèn)題，學(xué)生以小組形式搜集資料，做好PPT，然后在預(yù)定的時(shí)間各小組派代表走上講臺(tái)發(fā)表見(jiàn)解，在課堂上進(jìn)行激烈的討論，最后在教師的引導(dǎo)下得出正確結(jié)論。整個(gè)教學(xué)過(guò)程的主體是學(xué)生，教師是學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。這種方法體現(xiàn)了教學(xué)活動(dòng)的中心不是“教”，而是“學(xué)”，實(shí)踐表明能有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、思考問(wèn)題并解決問(wèn)題能力、表達(dá)能力等，深受學(xué)生的喜愛(ài)。值得注意的是，教師提出的問(wèn)題必須針對(duì)民辦高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)也注意提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，所以問(wèn)題要有一定的實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)和趣味性；另外要針對(duì)學(xué)生的物理基礎(chǔ)，問(wèn)題難度要合適，不能過(guò)于簡(jiǎn)單失去討論價(jià)值，或者太復(fù)雜打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

二、把生活引入課堂，增加感性認(rèn)識(shí)

民辦高校學(xué)生一般理科知識(shí)較為薄弱，如果在物理教學(xué)過(guò)程中采取純知識(shí)灌輸模式，過(guò)于重視嚴(yán)密的理論推導(dǎo)，一方面會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生難學(xué)、甚至厭學(xué)的抵制情緒；另一方面由于嚴(yán)密的邏輯推導(dǎo)占據(jù)大量的課堂時(shí)間，使得教師不得不舍棄一些教學(xué)內(nèi)容而沒(méi)辦法將一幅完整的物理圖像呈現(xiàn)給學(xué)生。物理學(xué)的根源的是現(xiàn)象，而現(xiàn)象來(lái)源于生活。“生活即教育”也是陶行知先生教育思想的核心。在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生認(rèn)知習(xí)慣和方式，避免一些枯燥的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，多舉一些日常生活中常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生多一些感性的認(rèn)識(shí)，對(duì)物理產(chǎn)生認(rèn)同感。另外教師還應(yīng)該充分利用多媒體教學(xué)手段，在課堂上播放一些小視頻進(jìn)行現(xiàn)象展示，提高學(xué)習(xí)的趣味性。總而言之，在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)該淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，重視物理在生活中的實(shí)際應(yīng)用，這樣不僅能使物理教學(xué)內(nèi)容變得豐富多彩，還能增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生觀察生活的能力，同時(shí)有助于學(xué)生形成一幅比較完整的物理圖像和知識(shí)框架。

三、分階段考核評(píng)價(jià)，重進(jìn)步而非結(jié)果

目前，各個(gè)高校對(duì)學(xué)生物理成績(jī)的考核，一般分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)，我院期末成績(jī)占比重為70%，以試卷形式呈現(xiàn)。這種考卷的考核方式過(guò)于單一，導(dǎo)致一部分同學(xué)抱著60分萬(wàn)歲的心理，平時(shí)根本不學(xué)習(xí)，到考試之前抱一抱佛腳，也照樣能夠通過(guò)考試，這有悖于創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此我們可以采用分階段考核的方式，增加考核次數(shù)，豐富考核內(nèi)容。總而言之，考核方式要注意階段性和多樣性。我院近兩年也在進(jìn)行考核制度的改革和探索，選取部分專業(yè)進(jìn)行階段性考核試點(diǎn)，實(shí)踐證明分階段考核的專業(yè)對(duì)學(xué)習(xí)的投入度更大，學(xué)習(xí)效果也比較好。當(dāng)前，高校的學(xué)生評(píng)價(jià)存在的主要問(wèn)題是過(guò)分強(qiáng)調(diào)甄別與選拔功能，忽視評(píng)價(jià)的激勵(lì)和促進(jìn)功能；且評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械、單一，過(guò)于強(qiáng)調(diào)共性和一般，忽視個(gè)性發(fā)展和差異性。因此，發(fā)展性評(píng)價(jià)和鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)更能增強(qiáng)學(xué)生的自信心，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生處于主動(dòng)、積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)。發(fā)展性評(píng)價(jià)是指在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，綜合發(fā)揮教育評(píng)價(jià)的多種功能，運(yùn)用多種評(píng)價(jià)手段，通過(guò)系統(tǒng)地搜集評(píng)價(jià)信息和進(jìn)行分析，診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和存在的問(wèn)題，激勵(lì)評(píng)價(jià)者與被評(píng)價(jià)者發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)照問(wèn)題改善自己、完善自己，然后求得發(fā)展。一方面教師應(yīng)該采取發(fā)展性評(píng)價(jià)，能適應(yīng)人才發(fā)展多樣化的要求。另一方面由于民辦高校學(xué)生基礎(chǔ)較其他本科院校相對(duì)薄弱，教師應(yīng)該包容、承認(rèn)學(xué)生的這種差異性，不過(guò)分關(guān)注學(xué)生某一次課堂上的表現(xiàn)或者某次考核的成績(jī)，而應(yīng)該縱向比較，關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步，對(duì)學(xué)生的進(jìn)步予以肯定和鼓勵(lì)，樹(shù)立學(xué)生的信心和自我學(xué)習(xí)意識(shí)。

四、科研與教學(xué)相結(jié)合，提高學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力

現(xiàn)在教學(xué)與科研已成為大學(xué)的兩大職能，教學(xué)和科研是相互促進(jìn)，相輔相成，共同發(fā)展的。教師在教學(xué)過(guò)程中，可以將自己的科研工作和教學(xué)相結(jié)合，把物理科研的內(nèi)容、方法和科研成果融入到課堂教學(xué)，讓學(xué)生更加了解物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，了解物理的前沿發(fā)展，包括經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)也可以讓學(xué)生從物理科研中體會(huì)到科學(xué)研究的方法和魅力，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)民辦高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。如，筆者在講到光的干涉這一章中的減反膜時(shí)，會(huì)結(jié)合“溶膠凝膠法制備二氧化硅減反膜”這一科研課題，指出將減反膜鍍?cè)谔?yáng)能熱水器光接收板上，可以減少光的反射，增大太陽(yáng)能的利用效率。接著結(jié)合教學(xué)內(nèi)容提出問(wèn)題，這個(gè)減反膜的厚度理論上要達(dá)到多少，而在實(shí)驗(yàn)上又應(yīng)該如何控制？實(shí)踐證明這些問(wèn)題跟實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合

整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展史是人類不斷深刻了解自然、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)物理和理論物理是物理學(xué)的兩大支柱，實(shí)驗(yàn)事實(shí)是檢驗(yàn)物理模型和確立物理規(guī)律的終審裁判。物理理論則是對(duì)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的歸納和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上去解釋新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。兩者相輔相成，缺一不可。因此在物理教學(xué)過(guò)程中，教師要將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生構(gòu)建完整的物理知識(shí)體系。

1.將演示實(shí)驗(yàn)帶入理論課堂：由于物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，教學(xué)呈現(xiàn)方式的合理性與多樣性，對(duì)“大學(xué)物理”教學(xué)尤其顯得重要。

在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中引入演示實(shí)驗(yàn)，可以使抽象的物理概念具體化、形象化，加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解，也可以大大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。發(fā)達(dá)國(guó)家在物理教學(xué)上演示實(shí)驗(yàn)的普及與多媒體教學(xué)手段的輔助值得我們學(xué)習(xí)借鑒，其中德國(guó)大學(xué)的物理講授無(wú)演示不成課，每次課都會(huì)安排2～3個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，物理概念的引入都有實(shí)驗(yàn)的配合，整個(gè)大學(xué)物理課程演示實(shí)驗(yàn)的配置次數(shù)達(dá)到120～150之多。我院近年來(lái)在這方面也做出了嘗試，建立了演示實(shí)驗(yàn)室，一些小儀器如：弦駐波、陀螺回轉(zhuǎn)儀、音叉等都帶入了理論課堂，課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和效果有了明顯的提高。

2.組織實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，理論教學(xué)為實(shí)驗(yàn)服務(wù)：在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，形式呆板，步驟單一，在很大程度上抑制了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造思維的形成。

目前，一些高校提出了一些新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑纾禾剿餍蛯?shí)驗(yàn)、研究型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等。我院也每年組織學(xué)生參加物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，由物理教研室提出實(shí)驗(yàn)的主題和基本要求，每三個(gè)學(xué)生一組通過(guò)各種途徑查找資料，大膽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；然后師生共同論證方案的可行性；接著選取實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分析問(wèn)題并解決問(wèn)題；最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，包括實(shí)驗(yàn)原理、器材、步驟、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題分析、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)分析等。在此過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)并非憑空捏造，一定是以物理理論知識(shí)為基礎(chǔ)提出的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，理論教學(xué)時(shí)刻為實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。由此可以看出，教師在物理教學(xué)過(guò)程中時(shí)刻要注意理論和實(shí)驗(yàn)的緊密結(jié)合，切忌純理論或者純實(shí)驗(yàn)式的教學(xué)。

六、加強(qiáng)物理模型的教學(xué)

在物理學(xué)中，大到物理理論的建立，小到求解一個(gè)物理習(xí)題，都有一個(gè)建模的過(guò)程。物理模型方法是物理學(xué)家研究自然界的最基本、最重要的方法。在物理教學(xué)中，學(xué)生往往對(duì)定律、原理和公式記得較熟，但是卻不會(huì)將這些定律公式運(yùn)用到實(shí)際的物理問(wèn)題上。究其原因，在于學(xué)生不會(huì)簡(jiǎn)化物理問(wèn)題，不會(huì)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象概括和建模。物理學(xué)中的概念、原理、定律等都是借助于一定的物理模型抽象和推導(dǎo)出來(lái)的。因此，加強(qiáng)物理模型教學(xué)，對(duì)教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的提高息息相關(guān)。例如牛奶皇冠問(wèn)題，面對(duì)看似復(fù)雜的物理現(xiàn)象，我們可以引導(dǎo)學(xué)生抽取出最基本的自由落體碰撞模型進(jìn)行估算。同時(shí)供選擇的近似條件。這一開(kāi)放性的物理模型的解決方案并不唯一，可以把更多的思考留給學(xué)生課后完成，是學(xué)生在該過(guò)程中學(xué)會(huì)把復(fù)雜現(xiàn)象的模型簡(jiǎn)單化、簡(jiǎn)單模型的條件復(fù)雜化，從而學(xué)會(huì)思考，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法。

七、小結(jié)

第3篇

早在20世紀(jì)70年代初，美國(guó)華盛頓大學(xué)物理系的LillianChristieMcDermott提出，物理教育要建立在研究的基礎(chǔ)之上，通過(guò)科學(xué)分析并解決學(xué)生在學(xué)習(xí)物理課程中遇到的共性困難，提高學(xué)習(xí)效果。在美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，她開(kāi)展了物理學(xué)習(xí)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(duì)美國(guó)物理教育的突出貢獻(xiàn)，她獲得了RobertA.Mil-likanLecture獎(jiǎng)(1990年)，Oersted獎(jiǎng)?wù)?2001年)，2013年她又獲得了MelbaNewellPhillips獎(jiǎng)[3]。除華盛頓大學(xué)外，美國(guó)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(duì)伍具備了雛形，學(xué)科建設(shè)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(duì)象和PER專業(yè)研究生的課程設(shè)置。更重要的是，PER的先驅(qū)者們?cè)跁?huì)議上起草了一份白皮書(shū)[4]，遞與美國(guó)自然科學(xué)基金委員會(huì)。白皮書(shū)的題目為《給美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(rèn)PER是成長(zhǎng)中的研究領(lǐng)域，支持在美國(guó)高校物理系中設(shè)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(yán)密的研究領(lǐng)域，PER會(huì)使教學(xué)質(zhì)量得到提高[5]。此后，PER得到了美國(guó)自然科學(xué)基金的大力資助。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006至2010年，美國(guó)自然科學(xué)基金至少資助了262個(gè)PER項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)約為7250萬(wàn)美元，占PER總經(jīng)費(fèi)的75%[6]。PER的發(fā)展除了經(jīng)費(fèi)的保障外，還必須有相應(yīng)的學(xué)術(shù)刊物做支撐。經(jīng)過(guò)努力，《美國(guó)物理雜志》(AmericanJournalofPhysics)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(rèn)的高水平研究成果，美國(guó)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(píng)論專輯——物理教育研究》(Physi-calReviewSpecialTopics——Phys-icsEducationResearch)[7]。PhysicalReview是享有很高學(xué)術(shù)聲譽(yù)的雜志，此雜志設(shè)置物理教育專題，使從事PER的教師可以得到正確的評(píng)價(jià)，并專注于這個(gè)研究方向。有經(jīng)費(fèi)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(nèi)在美國(guó)發(fā)展了起來(lái)，圖1直觀地顯示了PER小組在美國(guó)的分布。美國(guó)大學(xué)中，做PER的教師有高級(jí)別的研究項(xiàng)目，可以指導(dǎo)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(guó)的物理教育與教學(xué)帶來(lái)了生機(jī)，使美國(guó)成為全球高等物理教育的領(lǐng)跑國(guó)家。

2“物理教育研究”的研究對(duì)象與方法

PER研究的對(duì)象是學(xué)習(xí)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(cè)、甄別學(xué)生在學(xué)習(xí)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(shí)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，并在此基礎(chǔ)上建立關(guān)于物理學(xué)習(xí)的認(rèn)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(xí)過(guò)程進(jìn)行的，在我國(guó)是一個(gè)相對(duì)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(tǒng)與方法，強(qiáng)調(diào)觀察、數(shù)據(jù)采集與分析，并重視應(yīng)用。PER有實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)研究方向。實(shí)驗(yàn)方面的主要工作是采用定性、定量或兩者結(jié)合的方法，來(lái)測(cè)試、記錄并了解物理學(xué)習(xí)過(guò)程。定性的實(shí)驗(yàn)研究是針對(duì)少量典型學(xué)生進(jìn)行，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談與跟蹤調(diào)查，記錄物理學(xué)習(xí)(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(yàn)，即要求學(xué)生看到教師給定的測(cè)試后，不停地用語(yǔ)言表達(dá)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(yàn)全過(guò)程，并予以保存。定量的實(shí)驗(yàn)研究主要面向大量學(xué)生，使用標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)測(cè)量工具進(jìn)行各種測(cè)試，了解學(xué)生整體掌握知識(shí)的平均水平，以分析、評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果。現(xiàn)在，PER已獲得了大量相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。400多年前，開(kāi)普勒基于第谷畢生積累的天文學(xué)數(shù)據(jù)，歸納出了著名的開(kāi)普勒三定律。今天，PER也在積累著各種關(guān)于物理學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，為揭示和控制物理學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)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(xí)效果的一系列反復(fù)實(shí)驗(yàn)。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(dāng)然，PER理論還處于起步階段，它的發(fā)展依賴于更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論研究的進(jìn)一步深入。

3“物理教育研究”給高等學(xué)校物理教學(xué)帶來(lái)的新生機(jī)

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?yàn)檫@兩個(gè)方面國(guó)內(nèi)較少涉及，且與美國(guó)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(nèi)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(cè)試和檢驗(yàn)，并以學(xué)生的學(xué)習(xí)收益為最終判斷標(biāo)準(zhǔn)。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(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的、使學(xué)生獲得更高學(xué)習(xí)收益的方法才是令人信服的。翻開(kāi)美國(guó)的《物理評(píng)論專輯——物理教育研究》、《美國(guó)物理雜志》等期刊，可以找到對(duì)物理教學(xué)的各種測(cè)量。例如：通過(guò)分析6000名左右學(xué)生的學(xué)習(xí)收益，發(fā)現(xiàn)交互式教學(xué)方法的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的講授式方法[9]；哈佛大學(xué)Mazur小組用十年的數(shù)據(jù)表明，Mazur發(fā)明的同伴教學(xué)法(PeerInstruction，簡(jiǎn)稱PI)能夠使學(xué)生更好地掌握物理概念和解決問(wèn)題[10]。一些測(cè)量結(jié)果還挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念。在大多數(shù)人看來(lái)，掌握知識(shí)對(duì)于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力是非常重要的。然而對(duì)學(xué)生科學(xué)推理能力和知識(shí)狀況的實(shí)際測(cè)量表明，以傳授知識(shí)為目的的傳統(tǒng)教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)科學(xué)推理能力沒(méi)有幫助[11，12]。對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)收益的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，采用傳統(tǒng)講授式方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)收益很低[13]；有趣的是，測(cè)量結(jié)果還顯示，學(xué)生的學(xué)習(xí)收益和學(xué)習(xí)困難基本上與任課教師沒(méi)有關(guān)系[13，14]。早在1933年，美國(guó)著名教授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)絕不能被稱為科學(xué)[15]”。這仍然是目前很多人對(duì)于物理教學(xué)的認(rèn)識(shí)。PER使這個(gè)觀點(diǎn)在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初被更新了。CarlWieman是美國(guó)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(jiǎng)得主，他在《知識(shí)的詛咒——為什么對(duì)于教學(xué)的直覺(jué)經(jīng)常失效》一文中寫(xiě)道[16]：“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(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)方法在于細(xì)致地、客觀地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量并利用得到的數(shù)據(jù)完善我們的認(rèn)知和直覺(jué)。對(duì)于物理教學(xué)，這意味著要著眼于顯示人們是如何學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，著眼于顯示學(xué)生是怎樣學(xué)到或?qū)W不到物理知識(shí)的數(shù)據(jù)”。物理教學(xué)也要從已有的各種數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)教學(xué)測(cè)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(cè)量需要測(cè)試工具。這些測(cè)試工具實(shí)際上是針對(duì)某一部分物理知識(shí)的診斷性測(cè)試題目，其功能類似于物理實(shí)驗(yàn)中的各種測(cè)量設(shè)備。美國(guó)已經(jīng)研發(fā)出來(lái)的測(cè)試工具有：FCI(測(cè)試牛頓力學(xué)概念)、BEMMA(測(cè)試電磁學(xué)概念)、LCTSR(測(cè)試科學(xué)推理能力)等等[17]。當(dāng)然，教學(xué)測(cè)試工具的有效性也要經(jīng)過(guò)測(cè)試才能被認(rèn)可。FCI剛剛研發(fā)出來(lái)后，教師們感覺(jué)題目設(shè)計(jì)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(cè)結(jié)果與教師們的預(yù)期并不一致。哈佛大學(xué)的測(cè)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(duì)自己的學(xué)生進(jìn)行了FCI測(cè)試，結(jié)果是學(xué)生們的得分很低，甚至低于期中考試成績(jī)。Mazur教授認(rèn)為，期中考試比FCI更難、更復(fù)雜。驚訝之余，Mazur教授著手改變教學(xué)方法，發(fā)明了著名的同伴教學(xué)法[18]。此后，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工具的開(kāi)發(fā)受到重視。除了測(cè)量物理知識(shí)的工具外，還有一些工具用于測(cè)試學(xué)生的態(tài)度和期望與學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系，如科羅拉多大學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)科學(xué)課程的態(tài)度測(cè)試(CLASS)，馬里蘭大學(xué)的物理期望測(cè)試(MPEX)等。盡管對(duì)于教學(xué)測(cè)量工具的使用方法等方面還有一些批評(píng)意見(jiàn)，但是總體上認(rèn)可了測(cè)量工具在物理教學(xué)研究中的重要作用。伴隨著測(cè)量工具的開(kāi)發(fā)，教學(xué)測(cè)量方法也逐漸定型，如判定教學(xué)收益的前測(cè)—后測(cè)法，統(tǒng)計(jì)理論在物理教學(xué)研究中的應(yīng)用等等。Hake提出了一種測(cè)量學(xué)生學(xué)習(xí)收益的方法[9]。他利用測(cè)試工具，在學(xué)習(xí)開(kāi)始前進(jìn)行測(cè)量，稱為前測(cè)，以了解學(xué)習(xí)開(kāi)始前的情況；學(xué)習(xí)結(jié)束后，再次進(jìn)行測(cè)試，稱為后測(cè)。他定義學(xué)習(xí)收益g為g=sˉf-sˉiT-sˉi，其中sˉi為班級(jí)學(xué)生前測(cè)平均分，sˉf為后測(cè)平均分，T為測(cè)試題目的總分。g0.7為高學(xué)習(xí)收益，0.3g(shù)<0.7為中等收益，g<0.3為低收益。將其與統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合，便可以對(duì)學(xué)習(xí)的效果進(jìn)行規(guī)范測(cè)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(jié)果表明，交互式教學(xué)在許多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)講授式教學(xué)。為了開(kāi)展交互式教學(xué)，在美國(guó)開(kāi)發(fā)出了一種新教學(xué)技術(shù)——課堂交互反饋系統(tǒng)，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(xí)。課堂交互反饋系統(tǒng)利用無(wú)線電發(fā)射、接收系統(tǒng)以及配套軟件，實(shí)現(xiàn)了課堂上多個(gè)學(xué)生與教師間的集體實(shí)時(shí)互動(dòng)[19]。課堂上，教師首先設(shè)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(hào)(如圖2)。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理接收信號(hào)后，全體學(xué)生的結(jié)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(jié)課積累后，形成各個(gè)學(xué)生的電子學(xué)習(xí)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(tǒng)中的題目已經(jīng)出現(xiàn)在了美國(guó)大學(xué)物理教材中，供教師和學(xué)生使用[20]。交互式教學(xué)的實(shí)施還導(dǎo)致了教室布局的變化，以講臺(tái)為焦點(diǎn)的傳統(tǒng)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(xí)等功能為一體的多媒體教室。北卡羅萊納州立大學(xué)物理課教室布局如圖3所示[21]。目前，麻省理工學(xué)院的TEAL教室，俄亥俄州立大學(xué)的PALET教室等均采用了類似的教室布局。此外，在美國(guó)還開(kāi)發(fā)出了物理工作室、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)系統(tǒng)、三維立體演示等方面的教學(xué)技術(shù)。

4結(jié)束語(yǔ)