新世纪国外物理教育研究综述

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1、新世纪国外物理教育研究综述作者：郭玉英    文章来源：中学物理教学参考2006年8月进入21世纪以来，国外的物理教育研究得到越来越多的物理学家和物理教师的关注，研究对象和范围从基础物理教育向高等物理教育领域发展，研究内容不断深入。本文简要介绍其主要研究成果和最新进展，为广大中学物理教师和物理教育研究者提供借鉴。一、物理教育研究的主要成果概览笔者对2001年至2005年《美国物理》杂志和《物理学评论））（物理教育专刊）发表的物理教育研究论文与《国际科学教育》杂志发表的物理教育研究论文进行了分类统计，如表1和表2所示。从中可以看出研究的范围和关注

2、的热点问题。 统计结果表明，关注学生对具体物理概念的理解和学生的学习困难仍然是国外物理教育研究领域的热点，其次是对教学策略和评价的研究。二、研究的主要进展通过对研究成果的深入考察，可以看出该领域在以下四个方面取得了主要进展。1.研究范围的扩展和内容的深化新世纪的物理教育研究覆盖了从小学低年级到大学高年级的全部物理学习阶段，对学生理解和应用物理学基本概念的研究向更全面和更高层次发展，越来越多的研究成果反映了更高水平的物理学习过程，如学生在高等力学、热力学、相对论、量子力学等课程中对具体内容的认识过程。同时，研究者开始深入研究影响学生理解物理概念的

3、内、外部因素。已有的研究表明，学生的前概念向科学概念转化的过程是一个十分复杂的过程，涉及到学习者自身、学习内容、学习过程及学习环境等多方面因素，这些因素对概念转化的影响过程和机制并没有真正认识清楚。研究者采用调查、创设情境和访谈等多种方法，试图深入研究影响概念转化过程的因素。例如，2001年有一项研究深入考察了中学生和大学生关于静电感应的一些概念及其转化过程。研究者首先调查了学生原有的关于电解质的极化概念，然后又让学生观察了一些极化现象，接着对他们进行了访谈。据此分析学生是如何对原有的概念和观念进行肯定或否定，从而实现概念转化的。在分析过程中涉

4、及到了概念之间的联系和学生的思维方式。研究者认为，概念可以看成由核心概念和与其相关的保护带构成。保护带包括：辅助概念、初始条件或相关假设。该项的研究者指出：概念的保护带理论部分建立的越不完善，学习者在实现概念转化的过程中，保护带部分被修改的就越多，而不是核心概念被否定的越多。因此，要成功地使学习者的概念得到转化，需要关注学习者与核心概念相联系的保护带的质量，还要关注核心概念，即要关注学习者前概念的整体结构和质量。2002年有研究者以八年级到十二年级的学生为对象，对学生在电流、电势差、电阻的关系中如何理解电阻和电压的概念作了调查研究，深入考查学生

5、在学习物理的过程中，概念之间的相互关系对理解概念的影响，研究过程采用了测试分析方法，例如，已知电压和电流强度，要求被试判断电阻的大小，根据被试的推理过程来分析三个概念之间的关系对于学生理解电阻概念的影响。研究表明，传统的电学概念和欧姆定律教学对学习者理解概念会产生正负两方面的影响。2.与认知科学相结合建立理论模型，研究方法进一步科学化研究者为了揭示学生物理概念学习过程的本质，采用定性分析和定量描述相结合的方法，在前期研究的基础上开始尝试建立学生学习物理的认知模型或理论框架。例如，在《物理教育研究》杂志2006年发表的一篇论文中，研究者根据认知科

6、学和物理教育已有的研究结果，提出学生在物理概念学习过程中，不同的相异概念模型构成一种混合态，对于不同的测试情境，学生会使用不同模型来处理问题。研究者采用模型分析方法定量分析了大学生在牛顿力学概念测试（FCI）中的测试结果，提出了用模型评价一组学生对物理学概念理解的混乱程度的适用条件和分析方法。首先通过对学生进行系统研究和深入访谈，确定一组具有相似背景的学生持有的常见模型；根据这些模型设计多项选择测试中的迷惑项，并通过研究证明测验的有效性。根据测试结果，可以在线性模型空间中用一个矢量表示一个学生的反应，对于一组学生可以建立一个密度矩阵，用来表示学

7、生采用不同模型的概率。与认知领域的结合还体现在研究者开始关注学生在学习物理中的智力发展过程；研究物理概念、数学方法和技能以及逻辑推理能力之间的相互关系；关注学生对物理知识本质的认识和获得这种认识的过程，以及学生的认识与概念学习之间的关系。这些方面的研究都刚刚起步，体现出物理教育研究领域广阔的发展前景。3.在深入研究的基础上改进已有的测试工具，开发新的评价手段研究者更加关注对新课程、新教学策略和现代教学手段产生的实际效果的评价，进一步考查已有的测试工具的有效性，在研究基础上开发新的测试工具。研究者为了揭示学生对物理概念的认识，在大量调查和研究的基

8、础上，设计出了诊断学生错误概念的测试工具。其中力的概念测试（FCI）和运动学图形理解测试（TUCK）已经得到了广泛的传播和应用，在此过程中也发现了一些