现行高中选修选考模式下的大、中学物理课程衔接

Original 2017-04-18 杨凯超，等 物理与工程

本文第一作者：杨凯超

本文发表在《物理与工程》2016年第4期“大学与中学物理衔接”栏目。作者为华东师范大学物理学系的杨凯超、华东师范大学物理学系与石林彝族自治县第一中学的杨正义老师、华东师范大学物理学系朱广天老师。

1 现行高中的选修选考模式与大学物理教学内容脱节

1.1 高中选修模式

为适应时代的发展和需要，2003年3月教育部颁布了《普通高中物理课程标准（实验）》［1］，随之开始了大范围的新课程改革，截至2012年9月，我国各省市已全部进入了普通高中新课程改革阶段.在新的课程理念下，课程目标上重视全体学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观3个方面培养学生.而高中物理课程结构和内容也发生了显著性的变化，更加重视基础，体现课程的选择性.

现行的高中物理采取模块教学，共12个模块，每个模块占2学分，具体分布如图1所示［1］.物理1与物理2为共同必修模块，其余为选修模块.学生在完成共同必修模块的学习后，可以获得4个学分，接着必须再选择学习一个模块，以完成6个必修学分的学习任务.在获得6个必修学分后，学生还可以根据自己的兴趣、发展潜力以及自己今后的打算继续学习若干选修模块.选修部分分为3个系列:第一系列包括两个模块（选修1-1、1-2），侧重物理学与社会的相互关联和相互作用，适合文科学生选修.第二系列包括3个模块（选修2-1、2-1、2-3），强调物理学与技术的结合，着重体现物理学的应用性、实践性，适合将来学习工农医等专业的学生选修，但就目前的现状来看，第二个模块选修的学生很少.第三系列包括5个模块（选修3-1、3-2、3-3、3-4、3-5），侧重让学生更为全面地了解物理学基本内容，适合将来学习理学的学生选修［1］.

图1　高中物理课程结构

这种选修模式虽然体现了学生的自主性，但在一定程度上却造成了高中物理与大学物理的脱节.由于高中阶段各省市各学校的学生选修情况不一致，使得在大学物理的教学中，同一个教学班级中的学生的先修知识不尽相同，对于某些知识点，有的学生由于高中学过，大学接受起来就比较容易，而另一些高中没有学习过该部分内容的同学学习起来就十分吃力，给学生的学习和教师的教学造成很大的压力.

1.2 高考选考模式

2014年，国务院印发了《关于深化考试招生制度改革的实施意见》［2］，将于2017年在上海、浙江试点展开.试点地区高考将不分文理科，考试科目设置上也发生了很大的变化，考生总成绩由语文、数学、外语3个科目成绩和高中学业水平考试3个科目成绩组成.计入总成绩的高中学业水平考试的3个科目，由考生根据自身的特长以及以后要从事的工作，从思想政治、历史、地理、物理、化学、生物、技术7门科目中任选3门参加考试，高校则根据办学特色以及专业培养要求，分学科大类（或专业）自主提出选考科目范围，最多不超过3门，学生满足其中任何一门即符合报考条件［2］.这一新的高考形式，将促使今后大学生之间的认知背景出现更大差异，使大学物理教学的压力更大.

与即将进行的新高考模式不同，在现行高考模式下，学生仍然分为文科生与理科生.其中，理科学生在完成了必修1、必修2、选修3-1、选修3-2的学习之后，还需要从《选修3-3（热学）》、《选修3-4（波动与光学）》、《选修3-5（动量与物质结构）》3个选考模块中至少选择一个模块学习，在相应的高考中，物理部分也出现了选做题.有些省份的学生只需要从这3个模块中任选一题作答，有些省份则是从3个模块中任选两题，也有些省份是指定一个选修模块作为高考内容，不设选做题部分.这种选考模式，本是体现学生学习的自主选择性，但在大学物理教学中，普遍存在各省份的高中生由于选修模块的不一致而导致他们的先修知识存在很大的差异，而大学物理教材的编写并未考虑这个因素所引起的差异，导致教师的教学困难.例如，我们在为华东师范大学化学系开设的大学物理课程教学中发现，上海生源在目前上海的“3+1（数、语、外+一科选考）”高考模式下均选考了化学，高中物理仅仅学过非常有限的内容，很多同学甚至连平抛运动都没有学过.由于大多数省份的同学都学过平抛运动等内容，受到课时的限制，教师上课时基本上会略去相关知识的讲解，而这一部分知识的匮乏将贯穿在这些上海同学大学物理学习的整个过程中，增大他们的学习压力，降低学习效果.

2 高中理科生物理选修选考情况

为了直接了解学生对于高中物理选修选考部分的学习情况，我们采取问卷调查的形式选取了华东师范大学大学物理课程的一个班级的学生进行调查，调查对象共114人，广泛分布于全国各省市，高中时均为理科生，回收有效问卷114份.

我们统计了学生在高中阶段学习过的物理课程选考模块（选修3-3，选修3-4，选修3-5），结果显示，45%的学生只学过一个选考模块，只有12%的学生3个选考模块都学过，另外还有6%的学生没有学过任何选考模块（这部分学生为上海籍学生，高考选考化学，不学习物理选考模块）.学习不同数目的选考模块的学生人数分布如图2所示.

图2　学习不同数目的选考模块的学生人数分布

我们也统计了不同省份的学生在高中阶段没有学习哪些物理选修选考模块，结果显示，有71%的学生没有学习过选修3-3（热学），38%的学生没有学习过选修3-4（波动与光学），44%的学生没有学习过选修3-5（动量与物质结构）.没有学习过特定选修模块的学生人数分布如图3所示.动量、波动、光学和热学都是大学物理课程中的重点内容，特别是动量的思想对于理解大学物理层次的内容极为重要，缺少这一部分的先修知识将对学生顺利学习大学物理造成很大的影响.

图3　没有学习过特定选修模块的学生人数分布

由以上统计结果可知，随着高考物理选考制度的推行，学生在完成高中学习内容之后，关于物理选考部分的知识点掌握数量不一致，学习内容不相同，因此学生在学习大学物理时的基础知识、认知背景也不一致.在每一个大学物理教学班级中，各个选修模块都有相当一部分同学在高中时没有进行过相应的学习，导致大学物理教学课堂难以有效地开展.

3 以力学部分为例具体分析学生衔接困难

3.1 物理概念规律上的衔接困难

力学是大学物理和中学物理课程的重点内容，中学物理中涉及的许多力学概念，在大学物理中也要重新进行深化学习［3，4］.为了研究高中物理选修选考内容对于学生理解力学概念的影响，我们采用问卷调查的形式统计了学生在不同阶段对主要力学概念的理解程度，参与调查的对象为华东师范大学化学系正在学习大学物理的大一新生.学生要对自己在一些力学概念（如加速度、动量等）上的理解程度进行打分，且需要分别给出“高中阶段”和“学习大学物理之后”对同一概念的理解程度.问卷采用5分李克特量表形式，对某一概念打1分表示完全不理解，打5分表示完全理解.调查结果如下（图4）.

图4 　大一新生对部分力学概念的理解程度

从调查结果可以看出:对于必修部分的概念（如加速度、惯性等），学生高中和大学阶段的理解程度相当.而对于选修部分的概念（如动量、冲量等），学生高中和大学阶段理解程度有较大差异，很多同学在高中阶段没有选修这部分内容，对于相应的物理概念理解程度不高.但很多大学教师又以为学生在高中阶段已经学习过这些基本物理概念，在大学物理课堂上往往对这些概念一带而过，直接进行更高层次的应用练习.这很容易导致学生对这部分概念的理解不透彻，造成他们学习的压力［5，6］.

例如，力矩概念，中学定义的是力与力臂的乘积，并没有考虑其方向性；而大学则是从矢量叉乘的角度来定义，力矩是位矢与力的矢量积，具有方向性.由于学生缺乏矢量叉乘的基础知识，就是这一点点的转变，也会使学生难以接受.又如牛顿运动定律，大学和中学物理教材上的表述看似比较接近，但对于这部分内容，大、中学物理在知识的深度上有所不同，中学物理讨论恒力作用下的物体（质点）作直线运动的情况，而大学物理更多是讨论变力作用下的物体（质点组）作曲线运动的情况.我们也随机采访了十几个正在学习力学的同学，他们普遍感觉变力作用下的曲线运动题目不知道如何分析.大学教师在讲授这一部分内容时，应充分考虑到学生的认知背景，还要从解题思路上让学生转变，一步一步给学生搭好台阶，使学生强烈感受到大学物理内容贴近生活，增强学生的学习兴趣及好奇心［7］，这样学生才不会觉得跳跃过大，无法接受.

3.2 数学工具上的衔接困难

学生在学习大学物理的过程中，常常由于没有很好地掌握数学工具的使用而造成大学物理学习困难，主要表现在矢量运算和微积分两方面.

矢量运算可以说是大学物理的基础，虽然高中也有讲过矢量，但其运算通常是转化成标量进行的，高中教材很少将矢量a写成带箭头的形式，这就导致了学生不习惯把物理量写成矢量形式，对矢量认识不深刻，以至于大学物理中的矢量运算经常出错.例如大学物理质点运动学中有一道题是这样的:“一质点在xy平面上运动，运动函数为x=2t，y=4t2-8（采用国际单位制）.求在t1=1s和t2=2s时质点的位置、速度和加速度？”在学生的作业中，有1/3的同学没有采用矢量形式给出速度和加速度，而是按照高中阶段的做法，把答案写成了标量，.还有的同学受高中定式思维的影响，把矢量加、减、点乘、叉乘当成标量的四则运算.所以，在讲授大学物理课程时，教师应注意区别矢量与标量，强调矢量运算的重要性.

微积分是高等数学的核心内容.大学物理与中学物理的一个重要区别就在于中学物理是以代数为基础，大学物理则是以微积分为基础［8］.但是学生在中学阶段学习的微积分知识非常少，而高等数学和大学物理又常常放在同一学期开课，导致在很长一段时间内，学生由于数学知识的匮乏而感到学习大学物理十分吃力.高中数学中虽然也讲到了求导，可只仅仅局限于对简单函数的求导，学生往往只是会用求导法则，但对微分的意义以及作用全然不知.例如，学生在课堂上和作业中常常提问，“答案上的是什么意思”“为什么匀速圆周运动速度不变也可以求导”，等等.同时，由于学生对于微分和积分的含义理解不清，常常不知道某些题为什么要用微积分的方法求解；在面向大一新生开设的大学物理课上，在前半学期学生往往无法进行稍微复杂的积分运算.这些问题都制约了学生在大学物理课程中的学习效果.

4 结语

大学物理与中学物理衔接所面临的主要问题来自于学生先修知识参差不齐，这主要是由于现行高考的选修、选考模式引起的，这些问题将贯穿学生整个大学物理的学习.即便是高中阶段最重要的力学部分，学生也会在概念、规律和数学工具的使用上产生困难.大学物理教师在教学中需要考虑到这些因素，适当调整大学物理教学方法，提高大学物理教学效果.

参考文献

［1］普通高中物理课程标准（实验）［S］.北京:人民教育出版社，2003.

［2］国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见［S］.北京:人民出版社，2014.

［3］徐红霞.大学物理和中学物理的力学教学的有效衔接［J］.物理与工程，2014（S2）:83-85.

［4］黄熙.如何做好大学物理与中学物理教学的有效衔接［J］.湖北师范学院学报（自然科学版），2013，33（04）:104-108.

［5］贺小光，陈敬艳，翁小芳，等.从中学到大学物理学习思维和学习方法的转换［J］.长春师范大学学报（自然科学版），2014，33（02）:166-167.

［6］赵亚娟，陈浩.大学物理教育如何与中学物理教育更好地衔接［J］.物理通报，2010（11）:14-17.

［7］杨小兰.大学物理与中学物理教学的有效衔接［J］.中国教育技术装备，2014（14）:80-81.

［8］朱叶青.微积分在大学物理教学中的重要应用［J］.科技视界，2014（22）:143.