理工科专业大一新生的物理学知识基础分析

2016-12-20 杜明荣 物理与工程

1　现行高中物理课程结构分析

现行的高中物理课程共由12个模块构成，结构如图1所示.其中物理1和物理2为共同必修模块，涉及物理学的核心内容，要求全体高中学生共同学习.选修1系列两个模块的内容，侧重物理学与社会的相互关联和相互作用，突出物理学的人文特色.选修2系列3个模块的内容，侧重从技术应用的角度展示物理学，强调物理学与技术的结合，体现物理学的应用性、实践性.选修3系列5个模块的内容，侧重让学生较全面地学习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响.

图1　高中物理课程结构框图

依据课程标准，学生在修完物理1和物理2之后，可以从选修1-1、2-1、3-1这3 个模块中任选一个模块学习，即可达到高中毕业的要求.一般情况下，文科生在修完物理1和物理2之后，会从选修1系列的两个模块中选择一到两个模块继续学习，理科生在在修完物理1和物理2之后，会从选修3系列的5个模块中选择3到4个模块继续学习.但实际上，高考的需要、学校的师资情况以及地方教育行政部门给出的选课指导意见等，都会直接影响学生对选修模块的选学情况.

2　高中理科生的实际选课状况

考虑到课程标准中物理知识的安排和高校录取新生的基本要求，高考大纲把物理考试内容分为必考和选考两类，其中必考内容包括物理1、物理2、选修3-1和选修3-2等4个模块，选考内容包括选修3-3、选修3-4、选修3-5以及选修2-2等4个模块，除必考内容外，考生还必须从4个选考模块中选择两个模块作为自己的考试内容，但不得同时选择模块2-2和3-3.

依据考试大纲，对于选修3系列的理科生来说，3-1和3-2必须学习，同时，还必须从3-3、3-4、3-5中至少选学两个模块.但事实上，在高考新课标全国卷的理科综合能力测试中，对于分别考查3-3、3-4、3-5模块内容的3道选考题，只要求考生任意选做其中一道题即可.

高考的导向作用是客观存在的.本文以来自河南省不同地市的84名物理学专业大一新生为调查对象，调查了他们高中期间对选修3系列各模块的实际选学情况，结果如图2所示.可见，对于大多数同学来说，他们以高考为目标，仅仅选学了高考要考的内容，而对于高考不考的内容则放弃了学习.显然，这样的学习不利于他们形成较为完整的物理学知识结构，对于进一步学习物理学有一定的影响.

图2　理科生选修3系列各模块的状况

3　大一新生的物理学知识基础

从课程设置的角度来看，高中阶段为理科生准备的物理课程共包括物理1、物理2、选修3-1、选修3-2、选修3-3、选修3-4、选修3-5等7个模块，一名理科生若能完整地修完这7个模块的课程，则他在力学、热学、电磁学、光学以及近代物理等方面，将会有比较全面的知识基础.但是，由于高考考试说明中明确指出选修3-3、选修3-4、选修3-5这3个模块为选考模块，只要求考生任意选考一个模块的内容，因此，对于这3个选考模块学生的实际选学结果是：73.8%的学生只选学了一个模块，选学两个模块的为26.2%，3个模块全选的为0.0%.可见，对于进入大学理工科专业进一步学习物理学的新生来说，在力学、热学、电磁学、光学以及近代物理等几方面，绝大多数学生不具备全面的知识基础.

考虑到高中理科生的物理学习主要是围绕高考的要求展开的，因此，下面本文从高考考试说明中对考试内容的要求来分析学生在高中阶段主要掌握的物理学知识，此即大学进一步学习物理学的知识基础.

3.1　力学方面的基础

高考考试说明中对力学部分的知识要求共包括7个内容主题，在高中物理课程结构中分属于4个模块，具体分布情况及内容要点如表1所示.

表1　高考力学部分的知识内容

表1中，质点的直线运动、相互作用与牛顿运动定律、抛体运动与圆周运动、机械能、万有引力定律这5个主题，位于物理1和物理2模块，属于必修必考的内容，且这部分内容在高考中所占比重较大，因此学生对这部分知识掌握得比较扎实.机械振动与机械波这一主题位于选修3-4模块，在高考中属于选考内容，被调查的84名同学中只有26人选学了该模块，也就是说69.0%的同学在进入大学时不具备这部分知识基础.碰撞与动量守恒这一主题位于选修3-5模块，在3个选考模块中，该模块是选修人数最多的模块，达到了71.4%，但是，动量守恒定律作为物理学中非常重要的一个定律，还是有28.6%的同学在进入大学时对该定律完全不了解.

3.2　热学方面的基础

高考考试说明中对热学部分的知识要求共包括3个内容主题，在高中物理课程结构中位于3-3模块，具体内容要点如表2所示.

表2　高考热学部分的知识内容

这部分内容中，分子动理论、气体实验定律、热力学定律、能量守恒定律等，都是进一步学习热学知识的重要基础.但是，在高中物理课程结构中这部分内容位于选修3-3模块，该模块在高考要求中属于选考模块，因此，学生对这部分知识学习的重视程度较低，很多学生根本就没有选学这部分内容，选学这部分内容的学生只有23.8%，如图3所示.可见，学生在进入大学时，热学部分的知识基础是相当薄弱的，这给大学讲授热学内容的老师带来一定的困惑.曾有一位大学老师在指导学生做“测定液体表面张力系数”的实验时，感叹学生怎么连最基本的相关概念都不清楚，其实真正的原因是多数学生在中学时根本就没有学过这部分内容.

图3　学生选学3-3的情况

3.3　电磁学方面的基础

高考考试说明中对电磁学部分的知识要求共包括6个内容主题，在高中物理课程结构中分别属于选修3-1、3-2和3-4这3个模块，其中3-1和3-2模块在高考中属于必考模块，3-4为选考模块，具体的内容要点如表3所示.

表3　高考电磁学部分的知识内容

分析表3可见，电场、磁场、电路、电磁感应和交变电流这5个内容主题中，包含了电磁学部分很多的基本概念、基本原理和基本定律，这些内容全部位于必考模块，位于选考模块的内容只有电磁振荡与电磁波这一个主题.电磁学部分在高考中属于重点内容，每年高考试卷中电磁学部分的分值占物理总分值的比重都在40%左右，因此，学生对这部分内容的学习比较重视.可以说，学生在电磁学部分的知识基础比较扎实，对于大学继续学习基本没有问题.

3.4　光学方面的基础

高考考试说明中对光学部分的知识要求只有一个内容主题，在高中物理课程结构中属于选修3-4模块，具体内容要点如表4所示.

表4　高考光学部分的知识内容

由表4可见，光学部分的内容在高中物理中涉及的较少，但包含了光的折射以及干涉和衍射等光学基本概念和规律.不过，这部分内容位于3-4模块，该模块为选考模块，选学该模块内容的同学只有31.0%，而69.0%的同学没有学习过这部分内容.因此，大学老师在讲授光学相关内容时，应帮助学生补充学习这部分知识，以便进一步的学习能够顺利展开.

3.5　近代物理方面的基础

高考考试说明中对近代物理部分的知识要求共包括相对论、原子结构、原子核、波粒二象性等4个主题，具体的内容要点如表5所示.

表5　高考近代物理部分的知识内容

表5的这4个主题中，包含了相对论和物质的微观结构理论等近代物理的主要内容.但是，这部分内容在高中物理课程结构中分别属于选修3-4和3-5这两个选考模块，学生选学3-4的比例为31.0%，选学3-5的比例为71.4%，而同时选学了3-4和3-5两个模块的比例仅为16.6%.可见，大部分学生在近代物理方面的知识基础是非常薄弱的.

4　讨论与建议

对于大学将继续学习物理知识的理科生来说，若能在高中阶段较为全面地掌握力学、热学、电磁学、光学以及近代物理等相关的知识基础，显然有利于大学物理相关内容的进一步学习.但是，由于高考选考内容的存在，导致相同的内容对于一些学生来说是熟悉的，而对于另一些学生来说则完全是陌生的，这种基础知识参差不齐的状况，会给大学相关内容的教学带来一定的障碍.

随着基础教育课程改革的不断深入，课程结构的设置也将越来越完善.高中物理课程的设置对于理科生来说，除了设置那些能够使学生开阔视野，拓展兴趣的选修内容外，在力学、热学、电磁学、光学以及近代物理等方面，对于那些蕴含着物理学基本概念、基本原理、基本思想、基本方法，并能使学生从中获得科学思维能力以及相应科学素养的知识，若能作为必修内容要求学生必考必学，则更有利于他们进一步地学习和发展.

建构主义学习理论认为，学习是学习者在原有知识经验的基础上，主动对新信息进行加工处理，建构知识表征的过程.可见，基础知识对新知识的学习是非常重要的，我们在教学时只有清楚了解学生的知识基础，才能正确引导学生顺利地进入下一步的学习.因此，大学老师在教学的过程中，应认真分析学生具备的相关知识基础，有针对性地进行教学设计，以达到理想的教学效果.

参考文献

[1]　中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]　教育部考试中心．2015年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科）[M]．北京：高等教育出版社，2015.

[3]　教育部考试中心．2015年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（全国新课标卷Ⅰ）[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/.2015-12-26.

[4]　教育部考试中心．2015年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明（理科）[M]．北京：高等教育出版社，2015.

[5]　George W.Gagnon Jr,Michelle Collay,宋玲．建构主义学习设计[M]．北京：中国轻工业出版社，2008.

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引文格式: 杜明荣. 理工科专业大一新生的物理学知识基础分析[J]. 物理与工程，2016，26（4）：27-31.

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