物理教育學
物理教育學
物理教育學是出於人類自身的物質生活和維持生存的需要，起源於在生產活動中傳授使用和製造生產工具的經驗，它是社會的政治、經濟和科技文化的反映，同時又對它們起推動作用並受其制約。所以物理教育產生、發展的過程，實質上是社會的經濟、政治和科技文化與物理教育之間相互作用的過程。
新世紀的物理教育研究覆蓋了從小學低年級到大學高年級的全部物理學習階段，對學生理解和應用物理學基本概念的研究向更全面和更高層次發展，越來越多的研究成果反映了更高水平的物理學習過程，如學生在高等力學、熱力學、相對論、量子力學等課程中對具體內容的認識過程。同時，研究者開始深入研究影響學生理解物理概念的內、外部因素。
已有的研究表明，學生的前概念向科學概念轉化的過程是一個十分複雜的過程，涉及到學習者自身、學習內容、學習過程及學習環境等多方面因素，這些因素對概念轉化的影響過程和機制並沒有真正認識清楚。研究者採用調查、創設情境和訪談等多種方法，試圖深入研究影響概念轉化過程的因素。
例如，2001年有一項研究深入考察了中學生和大學生關於靜電感應的一些概念及其轉化過程。研究者首先調查了學生原有的關於電解質的極化概念，然後又讓學生觀察了一些極化現象，接著對他們進行了訪談。據此分析學生是如何對原有的概念和觀念進行肯定或否定，從而實現概念轉化的。在分析過程中涉及到了概念之間的聯繫和學生的思維方式。研究者認為，概念可以看成由核心概念和與其相關的保護帶構成。保護帶包括：輔助概念、初始條件或相關假設。該項的研究者指出：概念的保護帶理論部分建立的越不完善，學習者在實現概念轉化的過程中，保護帶部分被修改的就越多，而不是核心概念被否定的越多。因此，要成功地使學習者的概念得到轉化，需要關注學習者與核心概念相聯繫的保護帶的質量，還要關注核心概念，即要關注學習者前概念的整體結構和質量。
2002年有研究者以八年級到十二年級的學生為對象，對學生在電流、電勢差、電阻的關係中如何理解電阻和電壓的概念作了調查研究，深入考查學生在學習物理的過程中，概念之間的相互關係對理解概念的影響，研究過程採用了測試分析方法，例如，已知電壓和電流強度，要求被試判斷電阻的大小，根據被試的推理過程來分析三個概念之間的關係對於學生理解電阻概念的影響。研究表明，傳統的電學概念和歐姆定律教學對學習者理解概念會產生正負兩方面的影響。
研究者為了揭示學生物理概念學習過程的本質，採用定性分析和定量描述相結合的方法，在前期研究的基礎上開始嘗試建立學生學習物理的認知模型或理論框架。例如，在《物理教育研究》雜誌2006年發表的一篇論文中，研究者根據認知科學和物理教育已有的研究結果，提出學生在物理概念學習過程中，不同的相異概念模型構成一種混合態，對於不同的測試情境，學生會使用不同模型來處理問題。研究者採用模型分析方法定量分析了大學生在牛頓力學概念測試（FCI）中的測試結果，提出了用模型評價一組學生對物理學概念理解的混亂程度的適用條件和分析方法。首先通過對學生進行系統研究和深入訪談，確定一組具有相似背景的學生持有的常見模型；根據這些模型設計多項選擇測試中的迷惑項，並通過研究證明測驗的有效性。根據測試結果，可以在線性模型空間中用一個矢量表示一個學生的反應，對於一組學生可以建立一個密度矩陣，用來表示學生採用不同模型的概率。
與認知領域的結合還體現在研究者開始關注學生在學習物理中的智力發展過程；研究物理概念、數學方法和技能以及邏輯推理能力之間的相互關係；關注學生對物理知識本質的認識和獲得這種認識的過程，以及學生的認識與概念學習之間的關係。這些方面的研究都剛剛起步，體現出物理教育研究領域廣闊的發展前景。
研究者更加關注對新課程、新教學策略和現代教學手段產生的實際效果的評價，進一步考查已有的測試工具的有效性，在研究基礎上開發新的測試工具。
研究者為了揭示學生對物理概念的認識，在大量調查和研究的基礎上，設計出了診斷學生錯誤概念的測試工具。其中力的概念測試（FCI）和運動學圖形理解測試（TUCK）已經得到了廣泛的傳播和應用，在此過程中也發現了一些值得深入研究的問題。2003年，美國堪薩斯州立大學的兩位學者Rebello和Zollman對FCI的迷惑項的作用進行了深入研究，主要考察以下四個方面的問題：
（1）學生在多項選擇題和同樣內容及水平的開放性試題上的成績是否有顯著差異；
（2）相應多項選擇題提供的選項能否覆蓋學生對開放性試題的答案，是否會產生新的選項；
（3）多項選擇題中的迷惑項是否影響學生對錯誤回答的選擇；
（4）將開放性試題的測試結果作為迷惑項修改FCI原題后，是否改變學生對該題中各選項的選擇比例。
為了研究這些問題，Rebello和Zollman從FCI中選擇了4個有代表性的題目，將每個題目改為開放性問題，即只給出與多項選擇題相同的問題情境，讓學生自由回答。分別進行測試后比較兩種題型的學生成績。然後，利用開放性試題的測試結果設計具有新迷惑項的多項選擇題，並進行測試。結果顯示，兩種形式中正確回答的百分比有很好的一致性；同時表明，FCI的迷惑項不會對學生成績產生不利影響。通過分析開放性試題的測試結果，研究者發現有一定比例的學生答案超出了FCI對應試題的選項範圍，當把這些答案設計成迷惑項對原題進行修改之後，測試結果表明，許多學生選擇了這些新的選項。這表明FCI某些試題的選項並沒有覆蓋學生的主要認知模式，
為了了解高中生和大學生對直流純電阻電路的理解，2003年Paula和Robert在研究基礎上設計了標準化的診斷測驗“確定和解釋純電阻電路概念測試”，簡稱為DIRECT1.0（De-terminingandInterpretingResistiveElectricCircuitsConceptsTest）。這套測驗與FCI形式相同，共包含29個測試題，全部是只有一個正確選項的選擇題。研究者用這套題目對美國454名高中學生和681名大學生進行了測試，在分析有效性的基礎上又進行了修訂，修訂版本為DIRECT1.1。研究者用修訂版本對251名高中生（美國）和441名大學生（美國、加拿大、德國）再次進行了測試，對測試結果進行了詳細的統計分析，揭示出許多學生存在的錯誤認識。研究結果表明，這兩套測驗都具有可靠性和有效性，既可以用於評估課程和教學方法，又可以深入了解學生對直流電路中電現象的理解情況。
由於大量研究結果揭示出傳統物理課堂教學對於學生理解物理學核心概念的低效性，同時，對學生學習的研究也表明，自主鑽研和合作學習可以提高學生的複雜推理技能。在這些認識的基礎上，物理教育研究者嘗試了多種方法來改革傳統的物理教學，並對這些方法產生的實際效果進行深入分析和總結。例如，為了使學生更好地理解歐姆定律中電阻、電壓和電流的關係，Laurent,Liegeois等研究者用計算機設計了新的教學策略來補充傳統教學的不足。這種策略包括以下四個步驟：首先，學生展示簡單電路圖，要求他們利用電流和電阻推導電壓，用圖表形式而非數值形式向學生提供幾種可能的結果；其次，用同樣的方法讓學生根據電壓和電阻推導電流強度。第三，用同樣的方法讓學生根據電流強度和電壓推導電阻；第四，給學生提供機會，利用他們得出的結果思考電流、電壓和電阻三者之間的關係。最後，研究者對這種教學策略的效果進行了深入分析。
在2001年《美國物理》雜誌發表的一篇論文中，Catherine和Erio對在大學物理教學中開展了10年的“同伴教學”進行了總結和深入研究。“同伴教學”是一種基於問題的合作學習方式，要求班級中每一個學生應用核心概念解決問題，並向其同伴講解。在這種精心設計的問題教學過程中，教師將課程設計成一系列小單元，每個單元集中解決一個核心問題，緊接著對相關概念進行測試，檢查學生對概念的理解。學生用1到2分鐘時間獨立完成，向教師彙報答案后再與周圍同學交流，在交流過程中說明理由。2到4分鐘后，教師再次收集學生答案並進行講解，然後進入下一個單元。研究表明，這種教學促進了學生對物理概念的掌握，提高了解決問題的能力。
中國近代的物理教育，雖是從19世紀末才開始的，至今不過100多年的歷史，但中國是世界文明古國，有悠久的歷史和燦爛的文化，其中包括豐富的物理知識及運用物理知識的技術、技能，這是中國物理教育史的特點。同時，100多年來，我國物理教育在曲折的道路上也得到不斷發展。學習和研究中國物理教育史，可以了解我國古代的物理知識及其有關的教學理論，也可以學習我國物理教育家嚴謹的治學、治教的態度和為發展與繁榮我國物理教育事業而自強不息、奮鬥不已的獻身精神。中國物理教育史作為中國教育史的一個分支，有與中國教育發展史一致的共性，又有它特有的個性，內容相當豐富複雜。因此，研究中國物理教育史，一定要在充分佔有史料的基礎上，以馬克思列寧主義、毛澤東思想為指導，對中國物理教育發展中的沿革、事件、人物進行科學的整理、分析和總結。它既要展現物理教育發展的歷史過程，又要努力探索有關物理教育發展的理論和規律。例如：物理教育是怎樣在生產的推動下，在社會的經濟、政治、科技文化的影響下發展，又是怎樣反作用於生產並影響著社會生活的各個方面的；不同社會制度，不同歷史時期的物理教育是怎樣繁榮昌盛，又是怎樣停滯衰落的；物理教育的指導思想、教學理論、教學內容、教學方法及教育測量與評估是怎樣提出、演化、繼承和革新的；物理教育中的不同教育觀點、不同教學理論、不同教學方法是怎樣比較、論爭以相互促進和鑒別取棄的；物理教育家的思想、品格和教育觀點與研究方法是怎樣影響著他們的物理教育的成敗得失的等等。本書中，只就中國物理教育史中的某些問題，作了一定深度的探討。
中國物理教育史是物理教育改革向新的廣度和深度發展過程中，剛剛興起的一門教育科學。隨著這一研究工作的不斷深入和成熟，一定會在物理教育改革中發揮越來越積極的作用。
人類在長期生產實踐和科學實驗中，不斷地積累和發展著物理知識與技能，又不斷地把它們傳授給下一代。這種傳授的內容與經驗，經過科學的總結，並為新的實踐和新的認識所修正和發展，使之在更符合社會需要、更科學的基礎上進行傳授，如此循環往複，逐步深入，這就是物理教育不斷發展的過程。因此，物理教育史也是人類不斷地認識和改革物理教育的歷史。研究物理教育史的根本任務，是揭示物理教育的客觀規律，為物理教育實踐提供理論指導。恩格斯說過：“世界不是一成不變的事物的集合體，而是過程的集合體。”物理教育的基本規律正是存在於物理教育發展運動的過程中。通過全面、系統地研究物理教育的發展過程，認真、科學地分析歷次物理教育改革的背景、內容和影響，有助於探索社會的政治、經濟、科技文化對物理教育的影響和物理教育對國家建設與社會發展的作用。事實上，物理教育的價值與功能，也只有在它與社會其他因素的相互作用中，才能比較全面、客觀、準確地反映出來。這對正確認識物理教育在我國社會主義四個現代化建設中所肩負的歷史任務，對國家制訂物理教育的方針政策，從而擺正物理學科在學校教育中的地位，有重要的理論意義。
研究物理教育史，發現物理教育整個發展過程的基本線索和特點，客觀地得出規律性的認識，這是物理教育進一步發展的重要前提，每一個物理教育工作者，了解和掌握物理教育的全過程，比較準確地把握新的物理教育生長點、突破口，預測物理教育、教學改革的方向和趨勢，將有益於擴展視野和提高物理教育質量，有利於繼承和借鑒前人的教學經驗，這既包括從前人物理教學遺產中吸取其精華，也包括從前人的失誤原因中吸取教訓。歷史上，許多教育家就是從對教育史的研究開始自己的創造活動的。了解歷史上各個不同時期、不同自然科學水平上所產生的物理教育的指導思想、教學理論、教學內容和方法的積極作用與歷史局限性，是今天進行物理教育、教學改革的基礎。因此，在造就和培養合格物理教師的教育中，把熟悉物理學科的教育發展史作為對學生或學員的一項基本要求，是完全必要的。
在物理教育改革中，學習國外先進的教育觀點、教學理論和教學方法固然十分重要，但它們在發展過程中所經歷的道路和所處的情景，往往與我國是不同的。學習和研究中國物理教育史，可以了解我國歷史上在向日本學習、向英美學習和向蘇聯等國學習中的經驗教訓。
一、培養目標
本專業培養德、智、體全面發展，掌握物理學的基本理論和方法，具有良好的數學基礎和實驗能力，能夠勝任中學物理教學以及在相關領域內從事教學、科研的高等專門人才。
二、培養規格
1、具有堅定正確的政治方向，熱愛社會主義祖國，熱愛人民的教育事業，樹立正確的世界觀與人生觀，具有良好的道德品質，具有良好的教師職業道德和心理素質及健康體魄。
2、掌握物理學的基本概念和基本理論知識。
3、獲得基礎研究的初步訓練，具有良好的科學素養和一定的科研和應用開發能力。
4、具有較強的計算機應用能力和較高的外語水平。
5、熟悉中等階段物理教學的現狀和發展方向，具有從事中學物理及實驗室管理的實際能力。
三、專業主幹課程簡介
熱學：本課程是物理專業的重要基礎課程，是普通物理學內容的一個不可缺少的重要組成部分，共54學時。主要內容有：熱學的基本概念、熱力學第一、第二定律、分子熱運動的統計規律、氣體內的輸送過程、實際氣體、固體和液體、相變。
數字電路及實驗：本課程是物理專業的一門技術性較強的技術基礎課程，主要內容有：邏輯代數、門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、A/D及D/A轉換電路等，共計64學時。
基本信息
- 對象
- 小學到大學學生
- 目的
- 了解物理科學