理工科學生高中物理選修情況分析及大學物理課程改革建議

武小琴 朱霞 趙萍 趙湖鈞

摘 要：高中物理選修課程模式和高考導向的不同，使得進入高校的學生物理基礎知識結構不完全相同，這給大學物理課程的教學提出新的課題。本文以我院理工科學生為樣本，通過問卷調查結合訪談的方法，調查了學生高中物理的選修課程分布情況。在此基礎上，從制定大學物理課程標準、創(chuàng)新教學組班模式和開展其他輔助物理類課程等三方面提出了一些改革建議。

關鍵詞：高中物理；大學物理；選修模塊；課程改革

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）5-0073-6

1 問題的提出

本世紀初，我國中學進行了有史以來規(guī)模和力度最大的一次課程改革。課程標準、教材、考試方案等都進行了革新。隨著中學物理課程改革的逐步深入，大學物理教學也面臨著新的課題。教育部頒布的《普通高中物理課程標準（實驗）》（簡稱為“新課標”）規(guī)定：高中物理由共同必修和選修系列共12個模塊構成，其中10個為選修模塊，分為3個系列，學生可以根據(jù)個人興趣、發(fā)展?jié)摿敖窈蟮穆殬I(yè)需求進行選修。如圖1所示，學生只要完成2個必修模塊（主要是力學）和1個選修模塊，共6學分，就算高中物理課程合格，各選修模塊的主題內容如表1所示?，F(xiàn)實中，進入大學繼續(xù)學習大學物理的理工科學生，除必修的兩個模塊外（物理1，物理2），一般還從3系列中選修3到4個模塊[1]。這種選修模式從某種程度上了減輕了學生的負擔，體現(xiàn)了學生的自主性，但也在一定程度上造成了學生的中學物理知識內容可能不完全相同。《2016年全國新課標高考物理考試大綱》規(guī)定，把考試內容分為必考和選考兩類，必考、選考內容各有4個模塊。其中，必考的包括必修（物理1，物理2）和選修（“3-1”“3-2”）等4個模塊，選考的包括選修（“3-3”“3-4”“3-5”）和選修“2-2”等4個模塊。除必修內容外，考生還從4個選考模塊中選擇2個模塊作為自己的考試內容[2]。事實上，試卷對選修部分的考試又是2選1，所以學生實際上選學的內容會根據(jù)高考的需求有不同的側重點。可見，無論是課程標準還是最終的考試評價的導向，都使得進入高校的學生已有的物理知識結構基礎不再整齊劃一。

因此，本文將通過問卷調查及訪談的方式，對理工科學生高中物理選修情況進行深入了解，并分析其原因，以進一步明確學生高中物理知識結構與大學物理學習的關聯(lián)程度，然后在此基礎上，提出大學物理課程改革的若干建議。

2 理工科學生高中物理選修模塊情況分析

我院是一所理工科院校，生源來自全國各地，具有較好的代表性。本文以我院2016級學生為對象進行了問卷調查，發(fā)放問卷164份，回收164份，其中，有效問卷164份。調查內容共分為三大塊：第一，主要調查學生的模塊選修情況，包括選修了幾個模塊，哪些模塊比例較高等；第二，從學生層面了解他們?yōu)槭裁催x修這些模塊，以及對其他未選修的模塊是否有所了解；第三，經(jīng)過一個學期的大學物理學習，讓學生從自身的學習體驗感受中學物理基礎對大學物理學習的影響如何。

2.1 學生高中物理選修情況

調查結果顯示，如圖2，過一半的學生只選修了1個模塊（占總調查人數(shù)的53%），26%的學生選修了2個模塊，15%的學生選修了3個模塊，僅有6%的學生4個模塊都學過（此處，“選修”是依據(jù)表1方案進行的）?？梢姡蟛糠謱W生的中學物理知識基礎并不完全相同。即使是選修了2個及以上模塊的這部分學生，通過訪談發(fā)現(xiàn)，他們在高考復習時是有側重點的，老師會提示他們側重復習在考試中容易獲得分數(shù)的模塊。因為不同學校不同老師的指導方向不同，所以導致不同學生掌握的知識結構也不同。由此可見，在高考指揮棒的影響下，老師和學生對模塊的選學帶有急功近利的想法，大部分學生選學的初衷只為了應付高考。

在具體的選修模塊中，選修“3-4”和“3-5”模塊的學生較多，占到50%以上，如圖3所示。從表1可以看出，選修“3-4”的主題是與波動相關的知識，選修“3-5”的主題是碰撞與動量守恒及物質微觀結構，這兩個主題涉及了大學物理中力學、電學、光學和近代物理的部分內容。教學中發(fā)現(xiàn)，學生對“3-4”主題的內容普遍掌握得較好，但對“3-5”主題的內容，特別是碰撞與動量守恒的內容，學生掌握得不是很好，普遍對動量和沖量等基本概念以及動量定理和動量守恒規(guī)律理解不夠深入。選修“3-3”模塊的學生也較少，基本上一個班只有個別學生有熱學方面的基礎，所以在學習大學熱學部分內容時學生普遍感覺吃力。

總之，在高中選課制度和高考指揮棒的雙重影響下，從個人角度看學生在高中階段獲得的物理知識是不夠全面的。而按目前大學教學的組班制度，從整個班級看，學生的物理知識基礎則表現(xiàn)為參差不齊。

2.2 學生高中物理選修模塊選擇情況分析

另外，調查結果顯示，近85%的學生選課是由老師、學校或上級教育部門統(tǒng)一決定的，而且50%的學生在選課之前并不知道各選修模塊的主題?？梢?，課程標準制定的初衷，讓學生在選課中所擁有的自主性，在實際的教學實施過程中完全被剝奪了。而且，由于中學學習時間緊、壓力大，大部分學生除了選學的模塊外，對其他模塊的主題知識了解很少。調查數(shù)據(jù)顯示，僅有13%的學生表示了解，了解的主要渠道是自學，如圖4所示。剩下87%的學生中近一半表示完全沒有學習。可見，大部分學生在中學沒有經(jīng)歷比較完整、系統(tǒng)的物理訓練。

2.3 選修模塊體系對大學物理學習的影響

建構主義學習理論認為，學習是學習者在原有知識經(jīng)驗的基礎上，主動對新信息進行加工處理，建構知識表征的過程[3]。那么，中學物理學習對大學物理學習會有何種影響呢？如圖5所示，從學生自身的學習體驗角度，通過問卷調查統(tǒng)計得出的結果，證明大部分學生通過一個學期大學物理的學習后，從主觀上認為高中物理的學習基礎對其大學物理的學習過程會產(chǎn)生影響。

從老師的實際教學經(jīng)驗也證明，學生對各模塊知識的學習效果，受其高中物理選修模塊的影響較大。如圖6所示，統(tǒng)計了2015級和2016級學生期末試卷中4個模塊知識的得分率（用每個知識點的平均分除以標準平均分）。兩年的考試結果顯示學生在質點（剛體）運動學、動力學的得分率較熱學和機械振動、波這兩個模塊的得分率都高。其原因是熱學和機械振動、波這兩部分內容在高中都屬于選修內容，有些學生基礎相對薄弱，導致整個班級學生在這部分的基礎知識不均衡。而且目前高校實施專業(yè)組班教學，在這種一刀切的教學模式下，基礎薄弱的學生新舊知識銜接不暢通，影響了新知識的學習效果，從而影響了班級整體的教學效果。而較之這兩個知識點，剛體對學生來說也是新內容，但是因為在中學以質點為對象的力學內容學習基礎扎實，遷移到以剛體為對象時，理解也比較容易。

因此，無論是理論和實踐都證明，高中物理知識結構不完整，對學生個人大學物理的學習產(chǎn)生了影響，對高?，F(xiàn)行的組班教學制度也提出了新的課題。

當然，從另外一個角度而言，學生知識結構“不完整”本是選修方案中應有之義。學生在選學過程中學習能力得到了較好發(fā)展，因而自身也具備了學習其他模塊的能力。

本文接下來討論大學物理教學應該如何與中學更好銜接。

3 對大學物理課程改革的建議

通過以上對高中階段學生的物理選修情況的分析，本文從以下三個方面探討大學物理課程該如何調整以適應高中物理課改所帶來的挑戰(zhàn)。

3.1 制訂大學物理課程標準

課程標準是規(guī)定某一學科的課程性質、課程目標、課程內容、實施建議的指導性文件，與教學大綱相比，在課程的基本理念、課程目標、課程實施建議等幾部分闡述詳細、明確，特別是要提出面向全體學生的學習基本要求。大學物理課程的指導性文件，目前只有教育部制定的《非物理理工科類大學物理課程教學基本要求》（下文簡稱“要求”）[4]，類似于教學大綱。而課改以來中學各課程都有相應的課程標準，所以大學物理也應該在中學物理課程新標準的基礎上制定相應的課程標準，用于指導各高校大學物理課程的教學。在制訂標準過程中，應該注意以下兩點：

第一，針對現(xiàn)在中學物理課程選修課機制的實行，大學物理課程應該從教育職能部門下發(fā)執(zhí)行標準，建議執(zhí)行最低課時數(shù)量，以從時間上能夠彌補物理課程學習時間問題。眾所周知，現(xiàn)在的高校教育，重專業(yè)輕基礎，大學物理課程作為基礎課程，其課時有逐年縮減的趨勢。據(jù)調研，在有些本科院校大學物理課程只有50個學時左右，遠遠低于“要求”目前建議的最低126個學時。那么這樣一來，學生在其整個學習生涯中，學不到系統(tǒng)的物理課程，較難實現(xiàn)培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，也難實現(xiàn)培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識等其他課程無法替代的課程職能。對此，中國科學院院士清華大學朱邦分教授指出，長此以往，我國的很多大學畢業(yè)生將基本是“科盲”，將非常不利于我國國民科學精神和科學素質的提高，甚至將會削弱我國的科技競爭力[5]。所以，制定新的課程標準，首先要從課時總量保證學生能接受到系統(tǒng)的大學物理課程的訓練。

其次，根據(jù)中學的選課制度應對大學物理課程的課時結構給出合理建議。

如表2，以我院為例，大學物理的課程標準要求課時是130個學時，基本能夠滿足“要求”規(guī)定的最低126個學時，具體的教學內容也基本包括了“要求”所規(guī)定的A類。但根據(jù)實際的教學經(jīng)驗，在分析目前學生的知識基礎上，課時分配仍具有可調整的空間。比如，經(jīng)過分析，建議在動量、振動和波、熱學三個部分各加2個學時，因為這三塊內容在2016年的高考大綱中均為選考內容（比如，動量、振動和波、熱學三個部分，在2016年的高考大綱中均為選考內容，分析學生的學習情況，建議各增加2個學時）。其中，動量、動量定理及守恒定律在2017年的高考大綱[6]中劃入必考內容，但鑒于大學教學的側重點不同，仍然建議增加2個學時。根據(jù)歷年的教學經(jīng)驗，學生在電磁學部分的得分率明顯較光學和近代物理低十個百分點，從一個層面表明學生學習這部內容存在一定困難。因此，建議電磁學部分應適當再加2～4個學時。另外，有同行研究得出光學部分應增加幾何光學的內容[7]。因為這部分內容學生在高中物理的學習中是缺失的，但是在后續(xù)的很多課程實踐中學生在操作儀器時，離不開幾何光學的基礎知識，而且“要求”中也列了4條A類要求，所以建議將這部分內容列入正常課時內。

第二，新課程標準在內容要求建議方面，應考慮中學物理的選修課模式，以學生的實際知識結構為出發(fā)點，提出可行性建議。根據(jù)本文的分析，學生在高中物理的選修內容，受高考指揮棒的影響，所以從高考物理大綱中可以基本窺見學生掌握的物理知識體系。分析《2016年全國新課標高考物理考試大綱》可見，力學和電學是高考物理的必考內容，對各部分知識內容掌握的程度分為Ⅰ類（了解和認識）和Ⅱ類（理解和運用）。其中，力學中有13條Ⅱ類考試內容，占該部分總知識條目的56.5%，電磁學中規(guī)定了14條Ⅱ類考試內容，占該部分總知識條目的37.8%。可見，中學的力學知識側重理解和應用，電磁學知識側重了解和認識。將現(xiàn)行大學物理課程 “要求”中的具體內容與中學考試大綱進行對比，發(fā)現(xiàn)“要求”中力學部分規(guī)定的A類知識點在中學考試大綱中都有要求，屬Ⅱ類知識。比如，牛頓定律及其應用、動能定理、機械能守恒定律及其應用等。可見，通過中學的學習，學生在力學部分已經(jīng)掌握了核心的概念。主要的區(qū)別是在大學中要運用矢量運算、微積分運算等方法處理更為普遍的問題。電磁學部分中學物理側重于電力、磁力、靜電感應和電磁感應現(xiàn)象等的分析，大學物理的重點在于通過庫侖定律、高斯定理和環(huán)路定理、畢奧-薩伐爾定律、法拉第電磁感應等，學習電磁場的概念及場的研究方法。雖然側重點不同，但是學生已有基本概念，理解起來相對容易。總之，力學和電磁學就目前來說，學生知識基礎相對統(tǒng)一，教學容易開展。但是，針對高中的選學內容就要特別重視，比如據(jù)調查重慶地區(qū)的高中，“3-4”模塊選擇較少，這個模塊主要講解波動的相關問題，所以在大學課程中講解機械振動與機械波時，學生的差距就很明顯。按照目前的課時安排，中學修過這個模塊的學生很容易進入學習，但是沒有學過這個模塊的學生就很難建立起波動的概念?？梢?，在必考和選考模塊上，學生的中學物理基礎和課改前已經(jīng)有所不同，在制定新的課程標準時應增加適當?shù)木哂锌刹僮餍缘拇?、中學物理課程的銜接建議。

3.2 創(chuàng)新教學組班方案

目前我國很多高校大學物理課程實施的是以專業(yè)組建的大班教學方案。以我院為例，我們組織的施教模式以專業(yè)劃分，將來自不同學校不同省份的學生組織到一個班級，這些學生由于已有物理知識的不統(tǒng)一，導致老師在教學進度上很難把控，在某些模塊的教學中，部分學生基礎較弱，按照現(xiàn)在課程標準規(guī)定的課時上課，這部分學生跟不上教學的進度。因此，建議打破傳統(tǒng)的模式，實施分模塊、分層次選修教學模式。比如，力學和電磁學部分，由于在中學這是統(tǒng)一必修部分，學生基礎相差不大，可實施統(tǒng)一教學，而振動和波、熱學、光學、相對論和量子物理基礎這些內容，可以進行分模塊、分層次教學。分模塊教學便于學生針對自己的基礎進行選修課程。分層次教學，可分為基礎級和提高級，其中基礎級針對中學沒有選修過這塊內容的學生，提高級則針對在中學已經(jīng)有基礎的部分學生。在基礎班上課的老師要注意增加一些中學的基本概念作為過渡，深入淺出地引導學生進入大學課程的學習。

3.3 豐富物理類選修課程

針對中學物理和大學物理教學銜接的問題，目前，從國家的層面提出了結合MOOC教學的物理先導選修課，但是這些選修課目前只在一些重點類中學展開，所以它主要針對物理程度較好的學生，或者在中學學有余力的學生。在高考壓力之下，對于一般的學生通常不會去選修這門課。所以，建議在大學適當開展一些多種形式的物理類選修課、先導課，比如針對文科生的文科物理，針對理工科物理與人文結合的課程。同時，在課程安排上有步驟、有層次地進行階梯式排課，如先導課與部分高等數(shù)學課程安排在大學物理之前，部分選修課如演示實驗、科技發(fā)展史安排跟大學物理同步，部分拓展課程如創(chuàng)新實驗、爾雅課程等安排在大學物理課之后。從課程形式、數(shù)量及結構安排上逐步遞進，相互補充，不僅做好中學與大學物理的銜接，也豐富了物理課程的內涵，為擴展學生眼界，鍛煉辯證思維，提高意識境界打下基礎。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]教育部考試中心.2016年全國高考考試大綱新（課標版）：物理[DB].http：//gaokao.koolearn.com/20160118/891262.html.訪問時間：2017.09.10

[3]George W. Gagnon. Jr. Michelle Collay. 宋玲.建構主義學習設計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008.

[4]教育部高等學校物理學與天文教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委會.理工科大學物理課程教學基本要求（2010年版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]朱邦芬. “減負”及我國科學教育面臨的挑戰(zhàn)[J].物理與工程，2016，26（4）：3-7.

[6]教育部考試中心.2017年全國新課標高考物理考試大綱 [DB]. https：//wenku.baidu.com/view/290f8c471a37f111f0855b64.html.訪問時間：2017.10.16

[7]雷鳴，王永鋼.從高中物理選修情況看執(zhí)行大學物理教學基本要求的意義[J].物理與工程，2013（6）：45-47.