国外物理教育及教师培养

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近几十年来,美国的物理学家和教育工作者非常重视美国基础物理教育,他们通过美国物理研究所(AmericanInsti-tuteofPhysics)对美国的基础物理教育进行多次(1987、1990、1993、1997、2001、2005、2009)调查,从中发现问题,提出解决方案.在1999年,由美国物理学会(AmericanPhysicalSociety)和美国物理教师协会(AmericanAssociationofPhysicsTeachers)主导成立的“物理教师教育联盟”(PhysicsTeacherEducationCoa-lition)得到美国物理研究所的资助,该机构旨在提高物理教育水平、培养优秀物理教师和促进物理教师专业发展,提升和传播物理教师教育成功的案例、方法和观念.本文通过对美国物理教育调查报告这一窗口,借鉴物理教师教育联盟培养物理教师的经验和做法,以期对我国基础物理教育改革提供借鉴.

1选修物理科目学生的演变

美国中学生选修物理的人数和比例在持续地增加,1987年,美国高中学生选修物理的人数60多万,所占的比例为20%,到了2009年达到近140万,比例为37%.选修物理课程学生人数和比例的持续增加令美国人大为惊讶,传统意义上认为物理是一门比较艰深的选修课程,选修物理的学生主要是为上大学做准备或者对科学或与科学相关领域有兴趣,选修物理需要比较好的数学基础,因此会阻碍学生特别是女生和少数民族学生选修物理.造成这一结果的主要原因是进入四年制大学学习人数的比例增加(2005年达50%),学习规划指导顾问(guidancecounselor)建议如果在高中选修过物理能够增加他们进入大学的机会,导致部分意愿进入大学社会领域学习的学生选修物理,另一方面由于各州对高中毕业生提出更高的科学素养方面的要求.次要原因是物理在生活中变的越来越有用和高中入学人数的增加.美国高中主要开设以下四种类型物理课程:概念性物理、一年期物理、荣誉物理、高阶物理.图1是美国高中学生选修各类物理课程的百分比,从中可以看出,近年来除了选修一年期物理课程的比例在减小,选修其它类型的物理课程的比例都在增加.虽然不同种族的高中生选修物理的比例呈现增加的趋势,但是其比例是不同的,亚裔学生选修的比例最高(2008年达到52%),其次是白人(2008年达到41%),黑人和西班牙裔学生选修的比例较低(2005年分别达到25%、24%),另外女生选修物理课程的比例也呈现增加的趋势,从1987年的39%到2005年的47%,并且处于稳定的比例状态.美国物理研究所教育研究中心主任杰克•赫恩(JackHe-hn)认为,自上世纪80年代以来美国的物理教育出现以下六个方面可喜的变化:更多的学生在中学和大学学习物理;关注的焦点从教什么转向学生真正学到什么;教师对学生是怎样学习物理的逐渐产生了兴趣,并将对此的研究运用于课堂教学;美国国家科学教育改革注重于学生应该知道哪些物理知识和教师应该怎样教的研究;更多地关注物理教师的职前教育;网络的发展促进了各层面教师之间的沟通.正是这样的变化促进了美国物理教育的发展,吸引更多的学生学习物理.

2美国基础物理教材

美国基础教育物理教材多种多样,常用的教材有《物理学:原理与问题》(Zitzewitz/Merrill-Glencoe)、《概念性物理学》(Hewitt/AddisonWesley)、《霍尔特物理学》(Serway&Faughn/Holt)、《现代物理学》(Trinklein/Holt)、《物理学》(Gi-ancoli/PrenticeHall)、《大学物理》(Serway&Faughn/HarcourtBrace)、《物理学:原理与应用》(Giancoli/PrenticeHall)、《物理学》(Cutnell&Johnson/Wiley)、《物理学基本原理》(Hallidayetal./Wiley)、《大学物理》(Searsetal./Addison-Wesley)、《科学家与工程师的物理学》(Serway,jewett/CengageLearning)等.由于美国高中物理开设四类物理课程,所以各种教材的使用情况各不相同,教师针对特定的物理课程选择相应的教材,表一是美国各类课程常用的教材、使用比例和教师使用满意度.从中可以看出,在概念性物理课程中使用最为广泛的是《概念性物理学》,使用的比例在增高,教师使用的满意度也比较高,虽然部分教师使用《物理学:原理与问题》,但是其不满意度非常高,达到50%;在一年期物理课程中《物理学:原理与问题》使用虽然达到近三分之一,但是教师的满意度最低,也正是由于不满意度较高,导致该教科书使用的比例在减少,《概念性物理学》的教师满意度最高,使用的比例在增加,《物理学:原理与应用》的教师满意度较高,但是使用率非常低;在荣誉物理课程中使用广泛的三本物理教科书是《霍尔特物理学》、《物理学:原理与问题》和《物理学:原理与应用》,并且都处于比例增加的趋势,但是教师对《物理学:原理与问题》满意度最低,不满意度最高,结合一年期物理课程对该教科书的评价,表明在教师心目中《物理学:原理与问题》并不适合一年期物理和荣誉物理课程的目标;高阶物理(B)课程主要利用代数学和三角学介绍物理,教师对广泛使用的两本教科书满意度较高,《大学物理》教科书使用的比例获得显著性增加;高阶物理(C)课程主要为将来进入大学学习科学或工程类学生所准备,涉及到解决力学和电、磁学方面的复杂问题,《物理学》教科书的使用率显著性下降.

3美国高中物理教师的状况

物理教师的质量是决定高中物理教育教育水准和培养未来从事科学和技术人才的重要因素,然而超过2.3万的物理教师认为他们并没有为从事高中物理教育做好充分的准备.2009年的调查结果显示物理教师中具有学士学位的占30%,具有硕士学位的占63%,具有博士学位的占7%.高中物理教师中有主、辅修物理学位的占26%和9%,主、辅修物理教育学位的占9%和2%,表明高中物理教师中无物理类学位的占54%,预示着能够有效承担物理教学的物理教师仍然短缺,加之选修物理学生人数的不断增加,这一短缺状况近期难以发生改变.美国高中物理教师自我评价认为,物理基础知识非常好的占66%,有四分之一的教师认为在物理课堂教学和实验教学中能够有效使用计算机,对物理学最新发展了如指掌的比例只有13%,实验教学设计与演示能力好的比例为36%,有47%的教师能够很好地将物理学应用于日常生活.美国高中物理教师认为当前高中物理教学存在如下的问题,资金、教学仪器的匮乏,没有足够的时间准备物理实验,实验场所缺乏和实验仪器过时,学生的数学基础较差,没有足够的时间备课等.近年来,美国在基础物理课程改革过程中提倡在物理教学过程中采用基于探究的教学方法,开发基于计算器的实验、交互式物理、基于探究的物理、建模教学、基于计算机的实验、活动物理、跨学科教学、实时物理、物理研讨会、促进物理概念理解的课程、理解物理学的建构等物理教学方法与手段.

4美国基础物理教育教师的培养

美国合格的基础物理教师严重匮乏,每年约需要雇佣1200个新的物理教师,其中约有800人缺乏讲授物理概念的训练和相关物理知识,美国教育雇佣协会认为,除特殊教育教师外,高中物理教师的职位是最难供给的.旨在改善和促进未来物理教育和物理教师教育的“物理教师教育联盟”成立以来培养出超过以往一倍以上合格的高中物理教师,促进大学物理系与中学物理教学之间的对接,为未来物理教师改进物理课程内容和教学方法奠定基础.为了吸引大学生有志于从事物理教师职业,首先要激发他们的兴趣,通过持续的交流,组织学生参加与物理相关的研讨活动,让学生意识到他们具备物理教师的潜力;其次展示物理教学的乐趣,在大学物理课程中采用交互式教学方法让他们意识到教学并不仅仅是教师讲,通过讨论、交流等教学活动体验到参与教学的兴奋感;第三是体验早期的教育经验,让有志于从事教师职业的学生成为学习基础物理课程学生的学习助手(LearningAssistants),尝试帮助其他学生更好地学习物理,体验到做教师的成功感、喜悦感;第四是加强大学与中学优秀物理教师之间的互动,吸引中学优秀物理教师参与未来物理教师的培养工作.科罗拉多州立大学物理系创建的学习助手计划提供了很好的大学物理系培养物理教师的典型案例,该计划的目的在于通过改造本科教育提高学生的教育质量和教师教育质量,招募更多潜在的物理教师,让具有科学才能的学生有志于从事科学教育和基于学科的教育研究,将科学系科文化转换为我们教师和学生的教学研究活动.学习助手计划能够有助于课堂环境的构建,让学生通过平等的交流,相互合作进行问题解决,阐明和捍卫自己的观点.学习助手计划招募的优秀高年级学生需要从事学科内容知识、学科教学法知识和学科教学实践的学习和实践,他们每周和教师一起反思教学,规划未来一周的教学活动,检查和评估学生的学习状况;他们学习为期15周的教育类课程,从中反思自己的教学实践,分享教学经验,研修相关的教学研究论文;他们参加由教师主持的相关教学研讨会,在课堂教学过程中扮演学习助手的角色,引导学生参与对相关物理问题的讨论,从而在实践中丰富学科教学法知识.科学教育教授瓦莱丽•奥赛罗(Vale-rieOtero)认为,学习助手的经验可以帮助学生认识到教学是真正的智力挑战,对学习助手中的一部人而言,这正是他们期待的.学习助手计划的实施取得了成功,增加了未来物理教师的数量和提升他们的教学水平,提高学生对物理学基本内容的理解.

5启示

美国物理研究所对全美中学物理教育的调查能够了解和掌握当前基础物理教育的现状和所面临的问题,提供相应的解决方案,物理教师的培养工作卓有成效,对当前我国基础物理教育具有以下的启示:

5.1全面摸底基础物理教育的现状势在必行我国第八次课程改革已经实施了10年,给基础物理教育带来了翻天覆地的变化,教育主管部门需要对当前基础物理教育的现状进行摸底,例如选修物理课程的学生比例,五套现行高中物理教科书的选用情况,教师对这些教科书的评价,高中三个系列选修模块的实施状况等.教育主管部门需要掌握基础物理课程改革的实际状况是否与课程改革的理想所契合,改革以来存在哪些主要的问题,提供解决这些问题的指导性方案.

5.2未来物理教师职业能力的培养亟待改革我国的物理教师培养模式与美国不同,但是科罗拉多州立大学的学习助手计划为我们提供了未来物理教师职业能力培养的新方式.例如对未来物理教师职业能力的培养采用“teamteaching”的模式,加强物理教师培养高校学科教学法教师和大学物理公共课教师之间的合作,让未来物理教师的职业能力在实践中得到有效提升.物理教师培养的高校需要与地方基础教育联合,形成紧密型“校校联盟”,构建符合物理教师终身发展的未来物理教师职业能力的培养体系.通过教师互聘、学生拜师、导师制以及积极组织学生参加基础教育开展的各类中学物理教学观摩课、示范课以及各类教学比赛,聘请优秀中学物理教师作为物理师范生的导师,实施“一对一”诊断和指导,提升未来物理教师的职业能力.紧密型“校校联盟”的建立能够切实加强大学与中学之间的互动,物理学专业的大学生与优秀中学物理教师之间的互动,物理学专业的教师与中学物理教师之间的互动.