國外物理教育及教師培養(yǎng)

1、國外物理教育及教師培養(yǎng)近幾十年來,美國的物理學(xué)家和教育工作者非常重視美國基礎(chǔ)物理教育,他們通過美國物理研究所(AmericanInsti-tuteofPhysics)對美國的基礎(chǔ)物理教育進(jìn)行多次(1987、1990、1993、1997、2001、2005、2009)調(diào)查,從中發(fā)現(xiàn)問題,提出解決方案.在1999年,由美國物理學(xué)會(AmericanPhysicalSociety)和美國物理教師協(xié)會(AmericanAssociationofPhysicsTeachers)主導(dǎo)成立的“物理教師教育聯(lián)盟”(PhysicsTeacherEducationCoa-lition)得到美國物理研究所的資助,該

2、機(jī)構(gòu)旨在提高物理教育水平、培養(yǎng)優(yōu)秀物理教師和促進(jìn)物理教師專業(yè)發(fā)展,提升和傳播物理教師教育成功的案例、方法和觀念.本文通過對美國物理教育調(diào)查報告這一窗口,借鑒物理教師教育聯(lián)盟培養(yǎng)物理教師的經(jīng)驗和做法,以期對我國基礎(chǔ)物理教育改革提供借鑒. 1選修物理科目學(xué)生的演變 美國中學(xué)生選修物理的人數(shù)和比例在持續(xù)地增加,1987年,美國高中學(xué)生選修物理的人數(shù)60多萬,所占的比例為20%,到了2009年達(dá)到近140萬,比例為37%.選修物理課程學(xué)生人數(shù)和比例的持續(xù)增加令美國人大為驚訝,傳統(tǒng)意義上認(rèn)為物理是一門比較艱深的選修課程,選修物理的學(xué)生主要是為上大學(xué)做準(zhǔn)備或者對科學(xué)或與科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域有興趣,選修物理需要比較

3、好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),因此會阻礙學(xué)生特別是女生和少數(shù)民族學(xué)生選修物理.造成這一結(jié)果的主要原因是進(jìn)入四年制大學(xué)學(xué)習(xí)人數(shù)的比例增加(2005年達(dá)50%),學(xué)習(xí)規(guī)劃指導(dǎo)顧問(guidancecounselor)建議如果在高中選修過物理能夠增加他們進(jìn)入大學(xué)的機(jī)會,導(dǎo)致部分意愿進(jìn)入大學(xué)社會領(lǐng)域?qū)W習(xí)的學(xué)生選修物理,另一方面由于各州對高中畢業(yè)生提出更高的科學(xué)素養(yǎng)方面的要求.次要原因是物理在生活中變的越來越有用和高中入學(xué)人數(shù)的增加.美國高中主要開設(shè)以下四種類型物理課程:概念性物理、一年期物理、榮譽物理、高階物理.圖1是美國高中學(xué)生選修各類物理課程的百分比,從中可以看出,近年來除了選修一年期物理課程的比例在減小,選修其

4、它類型的物理課程的比例都在增加.雖然不同種族的高中生選修物理的比例呈現(xiàn)增加的趨勢,但是其比例是不同的,亞裔學(xué)生選修的比例最高(2008年達(dá)到52%),其次是白人(2008年達(dá)到41%),黑人和西班牙裔學(xué)生選修的比例較低(2005年分別達(dá)到25%、24%),另外女生選修物理課程的比例也呈現(xiàn)增加的趨勢,從1987年的39%到2005年的47%,并且處于穩(wěn)定的比例狀態(tài).美國物理研究所教育研究中心主任杰克赫恩(JackHe-hn)認(rèn)為,自上世紀(jì)80年代以來美國的物理教育出現(xiàn)以下六個方面可喜的變化:更多的學(xué)生在中學(xué)和大學(xué)學(xué)習(xí)物理;關(guān)注的焦點從教什么轉(zhuǎn)向?qū)W生真正學(xué)到什么;教師對學(xué)生是怎樣學(xué)習(xí)物理的逐漸產(chǎn)生

5、了興趣,并將對此的研究運用于課堂教學(xué);美國國家科學(xué)教育改革注重于學(xué)生應(yīng)該知道哪些物理知識和教師應(yīng)該怎樣教的研究;更多地關(guān)注物理教師的職前教育;網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展促進(jìn)了各層面教師之間的溝通.正是這樣的變化促進(jìn)了美國物理教育的發(fā)展,吸引更多的學(xué)生學(xué)習(xí)物理. 2美國基礎(chǔ)物理教材 美國基礎(chǔ)教育物理教材多種多樣,常用的教材有物理學(xué):原理與問題(Zitzewitz/Merrill-Glencoe)、概念性物理學(xué)(Hewitt/AddisonWesley)、霍爾特物理學(xué)(Serway&Faughn/Holt)、現(xiàn)代物理學(xué)(Trinklein/Holt)、物理學(xué)(Gi-ancoli/PrenticeHall)、大學(xué)物

6、理(Serway&Faughn/HarcourtBrace)、物理學(xué):原理與應(yīng)用(Giancoli/PrenticeHall)、物理學(xué)(Cutnell&Johnson/Wiley)、物理學(xué)基本原理(Hallidayetal./Wiley)、大學(xué)物理(Searsetal./Addison-Wesley)、科學(xué)家與工程師的物理學(xué)(Serway,jewett/CengageLearning)等.由于美國高中物理開設(shè)四類物理課程,所以各種教材的使用情況各不相同,教師針對特定的物理課程選擇相應(yīng)的教材,表一是美國各類課程常用的教材、使用比例和教師使用滿意度.從中可以看出,在概念性物理課程中使用最為廣泛的是

7、概念性物理學(xué),使用的比例在增高,教師使用的滿意度也比較高,雖然部分教師使用物理學(xué):原理與問題,但是其不滿意度非常高,達(dá)到50%;在一年期物理課程中物理學(xué):原理與問題使用雖然達(dá)到近三分之一,但是教師的滿意度最低,也正是由于不滿意度較高,導(dǎo)致該教科書使用的比例在減少,概念性物理學(xué)的教師滿意度最高,使用的比例在增加,物理學(xué):原理與應(yīng)用的教師滿意度較高,但是使用率非常低;在榮譽物理課程中使用廣泛的三本物理教科書是霍爾特物理學(xué)、物理學(xué):原理與問題和物理學(xué):原理與應(yīng)用,并且都處于比例增加的趨勢,但是教師對物理學(xué):原理與問題滿意度最低,不滿意度最高,結(jié)合一年期物理課程對該教科書的評價,表明在教師心目中物理學(xué)

8、:原理與問題并不適合一年期物理和榮譽物理課程的目標(biāo);高階物理(B)課程主要利用代數(shù)學(xué)和三角學(xué)介紹物理,教師對廣泛使用的兩本教科書滿意度較高,大學(xué)物理教科書使用的比例獲得顯著性增加;高階物理(C)課程主要為將來進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)或工程類學(xué)生所準(zhǔn)備,涉及到解決力學(xué)和電、磁學(xué)方面的復(fù)雜問題,物理學(xué)教科書的使用率顯著性下降. 3美國高中物理教師的狀況 物理教師的質(zhì)量是決定高中物理教育教育水準(zhǔn)和培養(yǎng)未來從事科學(xué)和技術(shù)人才的重要因素,然而超過2.3萬的物理教師認(rèn)為他們并沒有為從事高中物理教育做好充分的準(zhǔn)備.2009年的調(diào)查結(jié)果顯示物理教師中具有學(xué)士學(xué)位的占30%,具有碩士學(xué)位的占63%,具有博士學(xué)位的占7%

9、.高中物理教師中有主、輔修物理學(xué)位的占26%和9%,主、輔修物理教育學(xué)位的占9%和2%,表明高中物理教師中無物理類學(xué)位的占54%,預(yù)示著能夠有效承擔(dān)物理教學(xué)的物理教師仍然短缺,加之選修物理學(xué)生人數(shù)的不斷增加,這一短缺狀況近期難以發(fā)生改變.美國高中物理教師自我評價認(rèn)為,物理基礎(chǔ)知識非常好的占66%,有四分之一的教師認(rèn)為在物理課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中能夠有效使用計算機(jī),對物理學(xué)最新發(fā)展了如指掌的比例只有13%,實驗教學(xué)設(shè)計與演示能力好的比例為36%,有47%的教師能夠很好地將物理學(xué)應(yīng)用于日常生活.美國高中物理教師認(rèn)為當(dāng)前高中物理教學(xué)存在如下的問題,資金、教學(xué)儀器的匱乏,沒有足夠的時間準(zhǔn)備物理實驗,實驗

10、場所缺乏和實驗儀器過時,學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,沒有足夠的時間備課等.近年來,美國在基礎(chǔ)物理課程改革過程中提倡在物理教學(xué)過程中采用基于探究的教學(xué)方法,開發(fā)基于計算器的實驗、交互式物理、基于探究的物理、建模教學(xué)、基于計算機(jī)的實驗、活動物理、跨學(xué)科教學(xué)、實時物理、物理研討會、促進(jìn)物理概念理解的課程、理解物理學(xué)的建構(gòu)等物理教學(xué)方法與手段. 4美國基礎(chǔ)物理教育教師的培養(yǎng) 美國合格的基礎(chǔ)物理教師嚴(yán)重匱乏,每年約需要雇傭1200個新的物理教師,其中約有800人缺乏講授物理概念的訓(xùn)練和相關(guān)物理知識,美國教育雇傭協(xié)會認(rèn)為,除特殊教育教師外,高中物理教師的職位是最難供給的.旨在改善和促進(jìn)未來物理教育和物理教師教育的

11、“物理教師教育聯(lián)盟”成立以來培養(yǎng)出超過以往一倍以上合格的高中物理教師,促進(jìn)大學(xué)物理系與中學(xué)物理教學(xué)之間的對接,為未來物理教師改進(jìn)物理課程內(nèi)容和教學(xué)方法奠定基礎(chǔ).為了吸引大學(xué)生有志于從事物理教師職業(yè),首先要激發(fā)他們的興趣,通過持續(xù)的交流,組織學(xué)生參加與物理相關(guān)的研討活動,讓學(xué)生意識到他們具備物理教師的潛力;其次展示物理教學(xué)的樂趣,在大學(xué)物理課程中采用交互式教學(xué)方法讓他們意識到教學(xué)并不僅僅是教師講,通過討論、交流等教學(xué)活動體驗到參與教學(xué)的興奮感;第三是體驗早期的教育經(jīng)驗,讓有志于從事教師職業(yè)的學(xué)生成為學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理課程學(xué)生的學(xué)習(xí)助手(LearningAssistants),嘗試幫助其他學(xué)生更好地學(xué)習(xí)

12、物理,體驗到做教師的成功感、喜悅感;第四是加強(qiáng)大學(xué)與中學(xué)優(yōu)秀物理教師之間的互動,吸引中學(xué)優(yōu)秀物理教師參與未來物理教師的培養(yǎng)工作.科羅拉多州立大學(xué)物理系創(chuàng)建的學(xué)習(xí)助手計劃提供了很好的大學(xué)物理系培養(yǎng)物理教師的典型案例,該計劃的目的在于通過改造本科教育提高學(xué)生的教育質(zhì)量和教師教育質(zhì)量,招募更多潛在的物理教師,讓具有科學(xué)才能的學(xué)生有志于從事科學(xué)教育和基于學(xué)科的教育研究,將科學(xué)系科文化轉(zhuǎn)換為我們教師和學(xué)生的教學(xué)研究活動.學(xué)習(xí)助手計劃能夠有助于課堂環(huán)境的構(gòu)建,讓學(xué)生通過平等的交流,相互合作進(jìn)行問題解決,闡明和捍衛(wèi)自己的觀點.學(xué)習(xí)助手計劃招募的優(yōu)秀高年級學(xué)生需要從事學(xué)科內(nèi)容知識、學(xué)科教學(xué)法知識和學(xué)科教學(xué)實踐

13、的學(xué)習(xí)和實踐,他們每周和教師一起反思教學(xué),規(guī)劃未來一周的教學(xué)活動,檢查和評估學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況;他們學(xué)習(xí)為期15周的教育類課程,從中反思自己的教學(xué)實踐,分享教學(xué)經(jīng)驗,研修相關(guān)的教學(xué)研究論文;他們參加由教師主持的相關(guān)教學(xué)研討會,在課堂教學(xué)過程中扮演學(xué)習(xí)助手的角色,引導(dǎo)學(xué)生參與對相關(guān)物理問題的討論,從而在實踐中豐富學(xué)科教學(xué)法知識.科學(xué)教育教授瓦萊麗奧賽羅(Vale-rieOtero)認(rèn)為,學(xué)習(xí)助手的經(jīng)驗可以幫助學(xué)生認(rèn)識到教學(xué)是真正的智力挑戰(zhàn),對學(xué)習(xí)助手中的一部人而言,這正是他們期待的.學(xué)習(xí)助手計劃的實施取得了成功,增加了未來物理教師的數(shù)量和提升他們的教學(xué)水平,提高學(xué)生對物理學(xué)基本內(nèi)容的理解. 5啟示

14、美國物理研究所對全美中學(xué)物理教育的調(diào)查能夠了解和掌握當(dāng)前基礎(chǔ)物理教育的現(xiàn)狀和所面臨的問題,提供相應(yīng)的解決方案,物理教師的培養(yǎng)工作卓有成效,對當(dāng)前我國基礎(chǔ)物理教育具有以下的啟示: 5.1全面摸底基礎(chǔ)物理教育的現(xiàn)狀勢在必行我國第八次課程改革已經(jīng)實施了10年,給基礎(chǔ)物理教育帶來了翻天覆地的變化,教育主管部門需要對當(dāng)前基礎(chǔ)物理教育的現(xiàn)狀進(jìn)行摸底,例如選修物理課程的學(xué)生比例,五套現(xiàn)行高中物理教科書的選用情況,教師對這些教科書的評價,高中三個系列選修模塊的實施狀況等.教育主管部門需要掌握基礎(chǔ)物理課程改革的實際狀況是否與課程改革的理想所契合,改革以來存在哪些主要的問題,提供解決這些問題的指導(dǎo)性方案. 5.2未來物理教師職業(yè)能力的培養(yǎng)亟待改革我國的物理教師培養(yǎng)模式與美國不同,但是科羅拉多州立大學(xué)的學(xué)習(xí)助手計劃為我們提供了未來物理教師職業(yè)能力培養(yǎng)的新方式.例如對未來物理教師職業(yè)能力的培養(yǎng)采用“teamteaching”的模式,加強(qiáng)物理教師培養(yǎng)高校學(xué)科教學(xué)法教師和大學(xué)物理公共課教師之間的合作,讓未來物理教師的職業(yè)能力在實踐中得到有效提升.物理教師培養(yǎng)的高校需要