美國物理教育研究簡介

1、2022-3-251“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”美國物理教育研究簡介李新鄉(xiāng)曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院Tel：05375050686 E-mail：2022-3-252主要內(nèi)容【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間一、物理教育研究歷史縱覽一、物理教育研究歷史縱覽二、研究方法二、研究方法 三、研究設(shè)計(jì)三、研究設(shè)計(jì)四、研究領(lǐng)域四、研究領(lǐng)域“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-253主要內(nèi)容五、研究生的準(zhǔn)備工作五、研究生的準(zhǔn)備工作六、俄勒岡州立大學(xué)（六、俄勒岡州立大學(xué)（OSU）研究簡介）研究簡介七、學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊困難研究七、學(xué)生學(xué)

2、習(xí)的特殊困難研究 八、基于課程發(fā)展的研究八、基于課程發(fā)展的研究 九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器Clicker）方法）方法 十、問題串策略十、問題串策略“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-254【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)生了諸多重大變化，各國間的競爭無時(shí)、無處不在?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對人類社會的影響越來越大，已經(jīng)成為改變世界、影響歷史的主要力量，也是決定競爭各方實(shí)力以及競爭勝負(fù)的主要因素。在各國的科學(xué)技術(shù)競爭中，科技人才是競爭的核心。為此各國都非常重視科技人才的培養(yǎng)?？萍既瞬诺乃礁叩椭饕伤麄兊目茖W(xué)能力高低與所掌握的科學(xué)知識多

3、少決定。培養(yǎng)科技人才的任務(wù)是由科學(xué)教育承擔(dān)的，科學(xué)教育的目標(biāo)是使學(xué)生掌握科學(xué)知識和提高學(xué)生的科學(xué)能力。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-255【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 美國物理教師協(xié)會(AAPT)國際教育委員會副主任，俄亥俄州立大學(xué)物理教學(xué)研究組主任，美國物理教育研究領(lǐng)域的權(quán)威專家包雷教授的研究小組，對美國和中國大一新生進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，盡管中國學(xué)生科學(xué)知識(science facts)比較豐富，但中國學(xué)生的科學(xué)推理能力(scientific reasoning)并沒有相對高于美國學(xué)生。這顯示僅是教導(dǎo)科學(xué)知識還不足以提高學(xué)生的推理能力?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)

4、取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-256【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 這項(xiàng)刊登在2009年1月出版的科學(xué)雜志 (Science) 的研究報(bào)告，是以美國4所大學(xué)和中國3所大學(xué)將近6000名科學(xué)和工程系學(xué)生為對象進(jìn)行測驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)中國學(xué)生物理知識遠(yuǎn)比美國學(xué)生豐富，物理觀念和測驗(yàn)平均拿到90分，而美國學(xué)生只有50分；但是，在科學(xué)推理測驗(yàn)中，中美學(xué)生平均都只拿到75分左右。這顯示兩國的教育體系都未能教導(dǎo)學(xué)生如何做批判性的思考，以及學(xué)會相關(guān)性和演繹性的推理。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-257【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 包雷說明，傳統(tǒng)想法認(rèn)為教導(dǎo)科學(xué)

5、知識能夠改善學(xué)生的推理能力，研究結(jié)果卻顯示嚴(yán)格密集的科學(xué)知識教育，未必能夠發(fā)展出促進(jìn)事業(yè)成功所需的推理技巧。他認(rèn)為：“由于知識和推理能力對學(xué)生缺一不可，我們必須探討能夠兩者兼顧的教學(xué)方法”。 包雷主持的物理教育研究團(tuán)體，正為科學(xué)、科技、工程和數(shù)學(xué)(STEM)教學(xué)發(fā)展新策略。由于中國和美國教育體制非常不同，他與中美同行決定把兩國學(xué)生加以比較。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-258【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 在美國，只有1/3的學(xué)生高中畢業(yè)前曾修習(xí)一年物理課，其余只在一般科學(xué)課程中學(xué)過一點(diǎn)物理學(xué)。但是，中國每一所學(xué)校的每一個(gè)學(xué)生大多上相同的課程，包括從8年級到

6、12年級連續(xù)上5年物理課。想上大學(xué)的學(xué)生都必須通過全國考試，包括解答高深的物理試題。 包雷認(rèn)為：”每一種制度都有其優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)。中國的學(xué)校強(qiáng)調(diào)對STEM知識的廣泛教學(xué)，美國的科學(xué)課程則比較有彈性，內(nèi)容比較簡單，可是很強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法。我們必須思考新的教學(xué)策略，或許可以融合兩者的長處”。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-259【案例1】包雷教授研究結(jié)果的啟示 美國學(xué)生在中小學(xué)學(xué)的科學(xué)知識內(nèi)容少，學(xué)的輕美國學(xué)生在中小學(xué)學(xué)的科學(xué)知識內(nèi)容少，學(xué)的輕松，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，到大學(xué)后學(xué)習(xí)目的明確，有松，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，到大學(xué)后學(xué)習(xí)目的明確，有正確的學(xué)習(xí)動機(jī)，很快就能補(bǔ)上中小學(xué)少學(xué)的內(nèi)容

7、。正確的學(xué)習(xí)動機(jī)，很快就能補(bǔ)上中小學(xué)少學(xué)的內(nèi)容。 中國的中小學(xué)學(xué)的科學(xué)知識內(nèi)容多，機(jī)械練習(xí)多，中國的中小學(xué)學(xué)的科學(xué)知識內(nèi)容多，機(jī)械練習(xí)多，使得學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣，到大學(xué)沒有了學(xué)習(xí)動力。使得學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣，到大學(xué)沒有了學(xué)習(xí)動力。 部分高分學(xué)生到大學(xué)學(xué)習(xí)跟不上，甚至輟學(xué)就是部分高分學(xué)生到大學(xué)學(xué)習(xí)跟不上，甚至輟學(xué)就是明證。明證?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2510【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 今日學(xué)堂校長張健柏發(fā)表了一篇名為今日學(xué)堂校長張健柏發(fā)表了一篇名為為什么小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間不足一小為什么小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間不足一小時(shí)時(shí)的文章，雖然觀點(diǎn)偏激，有些

8、也不正確，的文章，雖然觀點(diǎn)偏激，有些也不正確，但是，他給我們提了個(gè)醒，可以引以為鑒，但是，他給我們提了個(gè)醒，可以引以為鑒，這里是節(jié)錄。它從另一個(gè)側(cè)面說明了進(jìn)行這里是節(jié)錄。它從另一個(gè)側(cè)面說明了進(jìn)行“自主有效課堂的構(gòu)建和教師學(xué)科素養(yǎng)的提自主有效課堂的構(gòu)建和教師學(xué)科素養(yǎng)的提升升”意義重大。意義重大。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2511【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 家長們可能基本上沒有算過這筆賬：您辛辛苦苦地把孩子送到學(xué)校，到底有多少時(shí)間會真正用在“學(xué)習(xí)”上？如果學(xué)校里每天只有一小時(shí)的有效學(xué)習(xí)時(shí)間，孩子生命中最寶貴的時(shí)間被大量浪費(fèi)掉，您覺得冤不冤？“勤奮、樸實(shí)

9、、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2512【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 現(xiàn)在的小學(xué)課堂模式是：每天6節(jié)課，每節(jié)課40-45分鐘，因?yàn)椤敖逃龑＜摇闭f，小學(xué)生的注意力集中時(shí)間不能超過這么多。實(shí)際上你會簡單地發(fā)現(xiàn)您的孩子很早開始，玩她喜歡東西的時(shí)候就能持續(xù)很長時(shí)間，孩子們玩電子游戲的時(shí)間，更可以連續(xù)十幾小時(shí)“高度集中注意力”，所以家長們別太把“專家”的話當(dāng)話。生活實(shí)踐才是最好的專家。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2513【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 您一定知道：把“學(xué)習(xí)”像是積木一樣，整齊地拼成一塊一塊的“課程”，不符合孩子的天性。孩子的

10、大腦不是機(jī)器，不會上課說“開工了”就開始“出產(chǎn)品，出知識”。 實(shí)際上，由于小孩子本來就容易被各種新鮮的事物吸引，所以不太可能把注意力集中在毫無興趣的課本教學(xué)內(nèi)容上。所以孩子上課的時(shí)候，大量時(shí)間是身子在“聽課”，大腦不知跑到哪里了，東想西想的。即使老師很好，學(xué)生也會常常走神，特別是老師水平再差一點(diǎn)的話更是這樣?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2514【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 家長們要想體驗(yàn)這點(diǎn)很容易：您可以找一份在您的理解水平以內(nèi)的學(xué)術(shù)講座的錄像來看看，計(jì)算一下自己分神的時(shí)間：您能夠集中注意力聽一半左右就很不錯(cuò)了，您會丟掉很多內(nèi)容。而您的孩子顯然會比這更差

11、。上課開始，他需要很多時(shí)間才能慢慢“回到課堂”，中間很多時(shí)間，他在走神分心。這幾乎就是必然的規(guī)律?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2515【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 您要怎樣學(xué)習(xí)才能完全不分神？如果讓您來做準(zhǔn)備這個(gè)講座，即使水平差些，但是您肯定不會分神。而且，這比您去聽聽專家講座，會更深入了解懂得您學(xué)習(xí)的內(nèi)容。 這就是西方教育理論中，認(rèn)為在學(xué)校教育中，特別是小學(xué)教育階段，孩子沒有形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣之前，不能依賴課堂講授的方法來學(xué)習(xí)。必須用“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”來代替成傳統(tǒng)的“灌輸式學(xué)習(xí)”，“填鴨式學(xué)習(xí)”。否則不可能取得良好的教學(xué)效果。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取”

12、“學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2516【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 美國的大多數(shù)小學(xué)課堂就是這樣設(shè)計(jì)的。在中國的教師看來，美國的教室散亂無序，學(xué)生們似乎次序不良，教室的座位也不整齊，經(jīng)常為成一個(gè)圈，師生坐在一起“玩”，很不“正規(guī)”。但是，美國的孩子在小學(xué)階段不會有壓抑，也不會有散亂的思維，他們在看是無序的教學(xué)中學(xué)會了思維的有序。v顯然中國的學(xué)校不是這種學(xué)習(xí)法。中國的學(xué)校在看似整齊有序的“教學(xué)環(huán)境中”，培養(yǎng)出了大批缺乏基本的思維能力，心智散亂的下一代。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2517【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 教育學(xué)理論還認(rèn)為：除了體驗(yàn)式

13、教學(xué)外，互動式教學(xué)效率更高。所以教學(xué)中要加強(qiáng)師生的互動內(nèi)容來提高孩子的學(xué)習(xí)效率。 比如：您準(zhǔn)備的學(xué)術(shù)講座，安排了提問環(huán)節(jié)，您必須面對另外一些有水平的專家的質(zhì)疑，顯然，您因此會準(zhǔn)備得更充分，會去了解對立的理論和各種不同的見解，來維護(hù)自己的理論體系。如果您講完后，有人發(fā)現(xiàn)并指出了您演講中的漏洞，提出了您無法解決的問題，您顯然會印象更加深刻。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2518【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 上面這幾種學(xué)習(xí)教學(xué)模式，都是“高效率”的模式，當(dāng)事人很少會“分神”。簡單化的灌輸式教育，對于小學(xué)生階段的孩子來說學(xué)習(xí)效果很差。能夠有20-30%的時(shí)間有效利

14、用就相當(dāng)不錯(cuò)了。這樣算下來，最多每節(jié)課只有不到15分鐘是“有效學(xué)習(xí)時(shí)間”。 教學(xué)效率高低好壞，還與老師教學(xué)對象的人數(shù)多少密切相關(guān)！“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2519【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 對于中國的學(xué)生，特別是“名?！睂W(xué)生來說，“有效學(xué)習(xí)時(shí)間”要比普通學(xué)校的學(xué)生更低。因?yàn)椋瑢W(xué)生的注意力有效時(shí)間，還與班級大小有關(guān)。西方教育心理學(xué)家研究表明：老師面對3個(gè)以下的學(xué)生，基本上就是一對一模式，學(xué)生很不容易分神，學(xué)習(xí)效率最高。（但是學(xué)校顯然不能這樣辦，估計(jì)只有西方貴族式的學(xué)校，以及中國皇帝的太子教育是這樣的）。對于普通的學(xué)校體系教學(xué)來說，班級學(xué)生在8個(gè)學(xué)生以

15、下學(xué)習(xí)效果最好，正常的班級最好也不要超過12-16人?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2520【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 中國的名校，每個(gè)班都在50-60人左右。據(jù)說還有百人班的。要讓這種班級的學(xué)生全體集中注意力，顯然是“不可能的任務(wù)”。再好的老師，對此也無能為力。而且，分神的學(xué)生們還會互相影響，特別是小學(xué)階段，“課堂秩序”問題是小學(xué)低年級老師最重要也最關(guān)注的問題，而不是教學(xué)內(nèi)容。 如果家長有機(jī)會去您孩子的教室實(shí)地看看，就知道上課的時(shí)候，大多數(shù)學(xué)生的大多數(shù)時(shí)間是花在走神上。學(xué)校老師也知道這點(diǎn)，但是他們也沒有什么好辦法。只要學(xué)生不干擾課堂秩序，他們就假裝一切

16、OK。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2521【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 小學(xué)課堂教學(xué)中，每天上午四節(jié)，下午兩節(jié)課。共6節(jié)課，每節(jié)課45分鐘的最多有效學(xué)習(xí)時(shí)間15分鐘（按30%的有效時(shí)間計(jì)算），每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間可以有一個(gè)半小時(shí)。如果再算上每天四節(jié)主課外的時(shí)間，另外兩節(jié)課往往是混混日子的“副課”，這個(gè)有效學(xué)習(xí)時(shí)間就更短了。 值得慶幸的是：義務(wù)教育課程的內(nèi)容很簡單，特別是小學(xué)階段。走神少一些的孩子，就可以輕松掌握，成為“好學(xué)生”。還有課后老師布置的作業(yè)，進(jìn)行大量的機(jī)械訓(xùn)練，逼得孩子不得不“集中注意力”自學(xué)一點(diǎn)東西，所以才會“出成績”。所以，名校里學(xué)得好的學(xué)生

17、，其實(shí)不是老師教的好，基本上都是自己學(xué)出來的。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2522【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 我們學(xué)堂新轉(zhuǎn)來一個(gè)五年級的女孩，很乖，原來的學(xué)習(xí)很好。我有一次問她：你在原來的學(xué)校上課是不是總走神？她有些驚訝和不好意思，說上課的時(shí)候老師講得很沒意思，所以很多時(shí)間都沒聽課。我又說：沒聽課會做作業(yè)嗎？她說重要的地方聽一點(diǎn)就懂了，不懂的看看課本就行了。 我說：你不覺得這樣上學(xué)是浪費(fèi)時(shí)間嗎？她回答：是很無聊。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2523【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 我又問：在今日學(xué)堂上課你會分神嗎?

18、她說很少，因?yàn)槔蠋熆傄釂枺瑢W(xué)生之間要互相討論，看書，忙都忙不過來，沒時(shí)間分神。而且，老師講課的時(shí)候，如果她分神老師馬上就會發(fā)現(xiàn)，會抓她起來回答問題。所以也不敢不用心。 我說：這樣學(xué)習(xí)壓力大嗎？您喜歡嗎？ 她回答：很喜歡，這里可以學(xué)到很多東西。而且內(nèi)容很有趣，很多知識很實(shí)用，是在普通學(xué)校學(xué)不到的。而且這里玩的時(shí)間，戶外活動的時(shí)間很多。在普通學(xué)校，沒事也只能傻傻地坐在教室里發(fā)呆。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2524【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 實(shí)際上，中國小學(xué)階段的這種低效率學(xué)習(xí)的教育弊病，會給孩子造成一生的困擾。 首先，孩子們被“強(qiáng)迫”坐在并不舒服的教室

19、坐椅上呆一天，他們會很累。而且會讓他們的身體越來越缺乏活力 第二就是在課堂上學(xué)不到什么有價(jià)值的東西，沒有學(xué)習(xí)對于他們有挑戰(zhàn)性的內(nèi)容，會讓他們覺得很無聊。心理上會壓抑和茫然，造成個(gè)性和心理障礙。因?yàn)楹⒆悠鋵?shí)很愿意探索我們的世界，很愿意學(xué)習(xí)新的，有趣的內(nèi)容。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2525【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 第三就是孩子們的大腦總是處在無所事事的狀態(tài)，思維會變得遲鈍。長大后會變得無法適應(yīng)更快速和更大量的學(xué)習(xí)任務(wù)。實(shí)際上，上中學(xué)后，很多孩子無法適應(yīng)變得多起來的學(xué)習(xí)任務(wù)，被應(yīng)試體制淘汰。 您很容易發(fā)現(xiàn)：自己的孩子上小學(xué)后，變得越來越?jīng)]精神氣，總像

20、是很無聊很無奈的樣子，即使孩子的學(xué)習(xí)成績很好，她也總是不太高興的樣子?？墒怯终f不出為什么。 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2526【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 這就是小學(xué)老師常說的：進(jìn)學(xué)校的時(shí)候，孩子每個(gè)都不一樣，出去的時(shí)候，每個(gè)都差不多。中國的“學(xué)校”和“老師”，就是這樣“制造教育產(chǎn)品”的。 一般來說，孩子隨年齡的長大，會慢慢主動控制自己的思維。到了大學(xué)階段，就比較適應(yīng)這種“聽課模式”了。只要他們愿意就會主動通過聽講來吸收知識?？墒切W(xué)生階段基本上辦不到?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2527【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)

21、時(shí)間 而且，就算是大學(xué)生，實(shí)際上聽課的效率還是不高，各位家長都當(dāng)過大學(xué)生，應(yīng)該知道“聽課”是怎么一回事，一堂課能有50%的內(nèi)容是專心聽下來的就很不錯(cuò)了。 小學(xué)生的思維和自控能力不知比大學(xué)生差多少，居然用跟大學(xué)生一樣的辦法“上課聽講”，哪里討得了什么好處？“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2528【案例2】小學(xué)生每天有效學(xué)習(xí)時(shí)間 真正的學(xué)習(xí)還有一個(gè)特點(diǎn)：就是越學(xué)，孩子越活潑，越精神，眼睛里面越有光彩。那種越學(xué)越焉巴的“學(xué)習(xí)”不是真正的教育。從普通學(xué)校轉(zhuǎn)來今日學(xué)堂的孩子家長們很奇怪，也非常高興的就是：孩子們往往送到學(xué)校后沒幾個(gè)月，精神面貌就完全變了個(gè)樣。變得有精神多了

22、，而且很開心?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2529一、物理教育研究歷史縱覽 （一）（一）100多年的教育與認(rèn)知科學(xué)多年的教育與認(rèn)知科學(xué)20世紀(jì)70年代、80年代的硬件發(fā)展 新教科書 新技術(shù)在課堂的應(yīng)用(計(jì)算機(jī)) 新計(jì)算機(jī)化 的實(shí)驗(yàn)室 新教學(xué)方式和方法 (建構(gòu)主義): 調(diào)查基礎(chǔ)，交互式訪談。 注視指導(dǎo)，調(diào)查物理，輔導(dǎo)，學(xué)術(shù)討論物理，實(shí)時(shí)物理“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2530一、物理教育研究歷史縱覽 （一）（一）100多年的教育與認(rèn)知科學(xué)多年的教育與認(rèn)知科學(xué) 論點(diǎn)：硬件獨(dú)立發(fā)展 缺少對特定課程與方法有效性評價(jià)基礎(chǔ)上的研究 讓

23、人們接受的難度 維持發(fā)展的難度“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2531一、物理教育研究歷史縱覽（二）美國的物理教育研究（二）美國的物理教育研究v美國從20世紀(jì)90年代初期，人們開始進(jìn)行物理教育研究（PER）.vOSU，UMD，UW，U. Col，NCS，KSU，UIUC，U. Maine，Umass, Harvard等大學(xué)把物理教育研究作為一項(xiàng)領(lǐng)域，開展大規(guī)模的研究；MIT，RPI，UAZ，IWS，UC-Davis 等大學(xué)成立許多研究組織?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2532一、物理教育研究歷史縱覽（二）美國的物理教育研究（二

24、）美國的物理教育研究比較著名全國性的研究組織：v美國物理教師聯(lián)盟美國物理教師聯(lián)盟(AAPT)：建立于1930年的美國物理教師聯(lián)盟(AAPT)，有來自30個(gè)國家的11,000名成員，每年兩次大會 (夏季和冬季)，創(chuàng)立者中有300多人致力于物理教育研究，每年有十多人在物理教育研究方面取得博士學(xué)位。v美國物理協(xié)會美國物理協(xié)會 (APS)教育委員會：教育委員會：與AAPT緊密協(xié)作每年三月或四月召開大會。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2533一、物理教育研究歷史縱覽（三）（三）APS 對對PER（物理教育研究）的定（物理教育研究）的定位位（1999年年5月月21日委員會

25、通過）日委員會通過） 近幾年，物理教育研究以物理領(lǐng)域一項(xiàng)研究課近幾年，物理教育研究以物理領(lǐng)域一項(xiàng)研究課題的形式出現(xiàn)在人們的視野中。這類研究被幾個(gè)主題的形式出現(xiàn)在人們的視野中。這類研究被幾個(gè)主要科研院所放在物理領(lǐng)域中去推行，并得到主要政要科研院所放在物理領(lǐng)域中去推行，并得到主要政府機(jī)構(gòu)的經(jīng)費(fèi)支持，它具有客觀性和實(shí)驗(yàn)性，它正府機(jī)構(gòu)的經(jīng)費(fèi)支持，它具有客觀性和實(shí)驗(yàn)性，它正在發(fā)展，并且已經(jīng)創(chuàng)立起許多出版物和傳播機(jī)構(gòu)，在發(fā)展，并且已經(jīng)創(chuàng)立起許多出版物和傳播機(jī)構(gòu)，在這個(gè)領(lǐng)域訓(xùn)練過的博士生被組織起來建立新的課在這個(gè)領(lǐng)域訓(xùn)練過的博士生被組織起來建立新的課題。物理教育研究能并且應(yīng)該與物理的其他領(lǐng)域執(zhí)題。物理教育研

26、究能并且應(yīng)該與物理的其他領(lǐng)域執(zhí)行相同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)行相同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(論文出版、專項(xiàng)撥款等等論文出版、專項(xiàng)撥款等等)。這。這項(xiàng)研究的成果將會改進(jìn)教學(xué)與教學(xué)評價(jià)的方法論。項(xiàng)研究的成果將會改進(jìn)教學(xué)與教學(xué)評價(jià)的方法論?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2534一、物理教育研究歷史縱覽 APS 贊同并支持把物理教育研究加入到物理領(lǐng)域來。這項(xiàng)研究的很多成果對物理教學(xué)是很重要的，并且解決了特殊物理課程的特定需要和要求，以及在這些課程中技術(shù)的正確運(yùn)用。要想把物理教育研究與提升國家的物理領(lǐng)域教學(xué)水平成功結(jié)合需要物理教育研究者與一線教師的緊密合作。APS（美國物理協(xié)會）認(rèn)為把物理教育研究

27、列入物理領(lǐng)域會大大提高它的成功與作用?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2535一、物理教育研究歷史縱覽 美國創(chuàng)辦了一種新的雜志Physical. Review. Special Topics。 PER（物理教育研究）現(xiàn)在正成為STEM（科學(xué), 技術(shù), 工程學(xué), 與數(shù)學(xué)）中許多教育學(xué)科學(xué)習(xí)的典范?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2536【案例3】俄亥俄州立大學(xué)物理教育研究組成員 (哥倫布校區(qū))Lei Bao Andrew Heckler Kenneth G. Wilson (General guidance and vision)

28、E. Leonard Jossem (Emeritus; guidance, vision, and resources) Bill Reay (Emeritus; material development and implementation)6位博士研究生，2名博士后，1名當(dāng)前在美國的中國訪問學(xué)者。10名近代研究生(自2001年)與3名博士后物理系：CCNY, Seoul National, CSU Chico, Grand Valley St. U. (MI) 博士后：MIT, UMD教育支持與管理：OSU, KSU“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2537

29、二、研究方法 定性的采訪，開放性問題，控制下的訓(xùn)練與測試定量的標(biāo)準(zhǔn)化大規(guī)模評估 (理論模型與手段)基礎(chǔ)學(xué)習(xí) 控制條件下的訓(xùn)練和測試。技術(shù) 觀察跟蹤, 腦電圖法 磁共振圖法“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2538三、研究設(shè)計(jì) 確定研究目標(biāo)，選擇研究問題 確定研究變量和經(jīng)驗(yàn)性現(xiàn)象 形成假設(shè) 用小實(shí)驗(yàn)、大范圍評估、控制變量法來研究假設(shè) 評估研究 得出是什么和為什么 得出處理方式的有效性 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2539四、研究領(lǐng)域v理論研究理論研究：發(fā)展學(xué)習(xí)與評估的規(guī)范理論；發(fā)展數(shù)學(xué)方法；發(fā)展測量方法論。v應(yīng)用研究應(yīng)用研究：發(fā)展

30、診斷手段；發(fā)展課程；執(zhí)行新的課程與教學(xué)手段。v實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究：研究學(xué)生對某些特定課題的學(xué)習(xí)困難；研究和評價(jià)課程；研究和評價(jià)診斷手段）。v這3大項(xiàng)相互聯(lián)系和影響?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2540五、物理教育研究專業(yè)的研究生物理背景：與其他物理領(lǐng)域相同.神經(jīng)科學(xué)，認(rèn)知科學(xué)，生理學(xué)，教育研究理論，分析方法，測量工具 物理教育.文獻(xiàn)，理論，方法/工具，特殊案例研究 統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算機(jī)方法與建模。技術(shù)：計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)，多媒體 “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2541六、俄勒岡州立大學(xué)（OSU）研究簡介學(xué)習(xí)與評估的理論模型模型分析：一

31、種認(rèn)知狀態(tài)的概率性表現(xiàn)。動態(tài)模型：學(xué)習(xí)動態(tài)過程的基于時(shí)間的模型。學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)模型：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)。教育測量的定量模型“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2542六、俄勒岡州立大學(xué)（OSU）研究簡介實(shí)驗(yàn)性與指導(dǎo)性方法與技術(shù)基礎(chǔ)研究與評估中的觀察跟蹤法.教育虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù).交互性更強(qiáng)的動態(tài)課堂帶頭人.與評估和教學(xué)相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù). “勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2543六、俄勒岡州立大學(xué)（OSU）研究簡介教育評估 定量評估模型與分析工具：IRT，模型分析，動態(tài)模型，測驗(yàn)方程式與量表，概率模型與回歸方法。概念評估手段，問題解決技巧

32、，一般推理能力，如科學(xué)推理。認(rèn)知后因素的測量與調(diào)查手段，如關(guān)于科學(xué)學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)焦慮的觀點(diǎn)?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2544七、學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊困難研究七、學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊困難研究 確定并模擬學(xué)生學(xué)習(xí)困難從指導(dǎo)性評估中找出問題所在實(shí)施定性研究: 調(diào)查采訪(錄像，25)得出樣本案例。 采訪草案，樣本選擇，抄錄?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2545七、學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊困難研究七、學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊困難研究 常模：揣摩問題解決方案，揣摩開放性探究，形成學(xué)生學(xué)習(xí)困難機(jī)理的模型 (假設(shè))定量研究 答案簡潔的開放性問題 (100) 附帶說明的單

33、項(xiàng)選擇題（MC問題） (100) 大范圍 的MC 問題“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2546八、基于課程發(fā)展的研究八、基于課程發(fā)展的研究 確定問題(建立一個(gè)交互式教室環(huán)境)。制定一種策略(連續(xù)的假設(shè)質(zhì)疑)選擇方法與材料(技巧與EM)實(shí)施，測驗(yàn)，修訂材料用控制性研究評價(jià)材料 控制組與試驗(yàn)組的隨機(jī)化樣本 (可擴(kuò)充到許多不同總體)“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2547八、基于課程發(fā)展的研究八、基于課程發(fā)展的研究 預(yù)測試與其他評估 預(yù)測試后進(jìn)行一般性測試 對新策略有效性的評價(jià) 學(xué)習(xí)收獲，不同性，態(tài)度，其它相關(guān)變量如出席人數(shù)研究新方法的

34、可轉(zhuǎn)移性. 在其他大學(xué)測試“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2548九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器Clicker）方法）方法 在一種有效的教育策略中鼓勵(lì)學(xué)生積極的發(fā)現(xiàn)并解決遇到的困難。 傳統(tǒng)的被動演講是“成本效率”，而不是學(xué)習(xí)效率. 設(shè)計(jì)了一種點(diǎn)擊器，研究了相應(yīng)的教學(xué)策略?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2549九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器Clicker）方法）方法 Clicker交互式教學(xué)系統(tǒng)是以單向無線通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，支持課堂師生互動的教學(xué)系統(tǒng)。它由無線發(fā)射器、接收器以及驅(qū)動軟件3部分組成。在課堂應(yīng)用時(shí)，學(xué)

35、生能通過無線發(fā)射器上的數(shù)字鍵，對教師提出的問題進(jìn)行研討并在規(guī)定的時(shí)間提交到教師的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)將收集到的反有的反饋信息之后，針對反饋信息的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以柱狀圖的形式呈現(xiàn)。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2550九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器Clicker）方法）方法 這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果即包含了班級同學(xué)的整體信息，也包含了個(gè)體信息。教師可以完全掌握每個(gè)同學(xué)對知識理解、掌握、應(yīng)用程度，根據(jù)柱狀圖表達(dá)的信息，教師可以隨時(shí)調(diào)整下一步的教學(xué)計(jì)劃，對物理概念與物理規(guī)律教學(xué)的各個(gè)層面進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與改進(jìn)。“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2551

36、九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器九、投票設(shè)備（點(diǎn)擊器Clicker）方法）方法 備課時(shí)，需要估計(jì)學(xué)生思維障礙，利用Clicker交互式教學(xué)系統(tǒng)做好疏導(dǎo)學(xué)生思路的準(zhǔn)備。 進(jìn)行物理概念與物理規(guī)律教學(xué)時(shí)，充分運(yùn)用利Clicker交互式教學(xué)系統(tǒng)探測學(xué)生思維，堵漏撥正學(xué)生思路，保證準(zhǔn)確。 進(jìn)入練習(xí)階段時(shí)，要借助Clicker交互式教學(xué)系統(tǒng)，激發(fā)活化學(xué)生思路，靈活遷移?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2552十、問題串策略十、問題串策略 每一個(gè)概念都有不同的表面特征(背景)，利用這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)每個(gè)概念的問題串，引入認(rèn)知沖突。 “易易難難難難”序列序列 題1 易，建立自信 題2難，提供認(rèn)

37、知沖突，激勵(lì)學(xué)生交流 題3難，提供評價(jià) “速答”序列 34個(gè)中等難度問題；在每個(gè)題上盡量用較少時(shí)間“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”2022-3-2553【案例4】大學(xué)物理使用的問題串示例 下圖中每個(gè)電阻有相同阻值下圖中每個(gè)電阻有相同阻值R R，電池電，電池電壓為壓為V V。得出流經(jīng)電池的總電流。得出流經(jīng)電池的總電流。一種辦法是分析從電池一端到一種辦法是分析從電池一端到另一端每一種可另一端每一種可能的路徑。能的路徑?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”AV/R BV/2RCV/3R D2V/RE3V/R 81% 的同學(xué)在的同學(xué)在30秒內(nèi)得出正確結(jié)果！秒內(nèi)得出正確結(jié)

38、果！ 2022-3-2554【案例4】大學(xué)物理使用的問題串示例現(xiàn)在，在與上面相同的電路中加一條導(dǎo)線。盡管只加了一條線，從電池一端到另一端有了更多的路徑。現(xiàn)在再得出流經(jīng)電池的總電流。一次高中科學(xué)奧林匹克競賽就用了一個(gè)相似的問題“勤奮、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦” 13%的同學(xué)在的同學(xué)在2分鐘內(nèi)正確回答。分鐘內(nèi)正確回答。“V/R”雖有人選擇，但答案擴(kuò)展開了雖有人選擇，但答案擴(kuò)展開了!AV/R BV/2RCV/3R D2V/RE3V/R 2022-3-2555【案例4】大學(xué)物理使用的問題串示例 考慮如下電路。每個(gè)電阻仍然有相同阻值R，電池電壓為V。得出流經(jīng)電池的總電流。有對角線的回路意味著它在其它導(dǎo)線之上，并且只連接它的兩端點(diǎn)?！扒趭^、樸實(shí)、團(tuán)結(jié)、進(jìn)取” “學(xué)而不厭，誨人不倦”