高中优秀学生高级物理课程的自主设计与实践探索_物理论文

高中资优生物理先修课程自主设计与实践探索，本文主要内容关键词为：资优生论文,自主论文,物理论文,高中论文,课程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      上海的高等教育资源已允许大多数高中生进入大学深造，对于高中的学习佼佼者来说更是如此。如今高中教育的一个直接目的是为大学输送合格的创造性人才，并帮助他们为将来在大学中的深造做好必要的准备。对各不同学科分专业深入学习是大学教学的主要特点，因此，美国等国家从几十年前就开始分科目推行大学先修课程（Advanced Placement，AP），即让学有余力的高中生选修部分大学课程。这样的好处是：使学有余力的高中生对大学可能选修的学习内容有所了解；先修课程的学习成绩也可以作为学业记录的一部分，作为升学时的辅助依据；进入大学后可以被部分大学允许抵扣部分大学学分。

      自2012年起，我国包括北京大学在内的部分大学与全国的优秀高中合作，尝试开发中国大学先修课程，并将汉语言文学、历史、数学、物理、化学、地球物理等大学一年级课程包含在大学先修课程当中，供部分资优高中生选修。这些课程由大学组织的统一考试给出评价，并将评价结果纳入大学自主招生的一揽子评价指标当中，产生了一定的影响。为进一步深化落实培养拔尖创新人才的目标，自2013年起，上海中学整合校内师资力量，创造性地在校内面向部分资优生系统地开展由中学自主设计的大学先修课程。上海中学采用自编讲义，面向高二年级学有余力并自愿选修的学生，以一学期为一个周期，进行系统的授课、作业布置和评价。在几个周期的教学过程中，上海中学不仅完善了课程设计、教学方法和评价方式，也对先修课程本身的目的性、基本教学规律和发展方向有了新的认识。下文是以物理学科为例，阐释中学主导大学先修课程的自主设计与实践探索。

      一、中学主导的大学物理先修课程设计思路

      一个以大学物理为主要内容的先修课程为什么要由中学设计、实施？能不能由中学来设计、实施？这些问题的回答首先涉及开设这类课程的根本目的。开设大学物理先修课程的重要目的之一是帮助高中生更好地适应大学学习。从大学物理内容来看，理工类大学课程的广度和深度比高中物理课程有了较大幅度的提高。所以，许多人认为，高中阶段提前学习相关课程对学生是有益的。例如，北京大学开发的物理先修课程就将大学一年级第二学期的电磁学课程作为高中生先修的内容，并将难度设定为北京大学电子类相关专业的学习要求。其中不可忽略的是，高中生学习先修课程是在选择大学专业之前。因此，选修大学物理先修课程的学生未必将来都会选择物理类专业，甚至未必都会选修理工类专业。事实上，在自愿报名参加大学物理先修课程的高二学生中，相当一部分尚未确定将来升学时选择的大学专业，甚至对高三加试科目方向也不完全确定。对上海中学30多名刚刚开始学习物理先修课程的高二学生关于以上问题的口头调查结果见表1和表2。

      

      

      从表1和表2可以推断，高二学生选择大学物理先修课程的主要目的是作为将来大学选择专业的参考和为高考升学做好准备。因此，如果物理先修课程的内容和深度设置不当，就可能使资优学生失去将来学习物理的兴趣和学好物理的信心，从而远离与物理相关的理工类专业。这与向大学各个专业输送合适人才的课程初衷背道而驰。基于以上思考，上海中学将大学物理先修课程的基本目标确定为拓宽学科视野，培养学科兴趣。这里的“学科”指的不是纯粹的物理专业，而是以物理背景为基础的大量理工类专业方向。总之，开设先修课程的目的不是让学生为学而学，而是在学科视野和兴趣的基础上为今后自发去学打下基础。

      “拓宽学科视野，培养学科兴趣”的课程目标决定了在设计和实施课程时，不能照搬大学物理课程，而要结合高中生的实际，在内容和方法两方面有所创新，以兴趣导向把学生吸引进来。大学教师对物理规律有深入透彻的了解，其主导的先修课程比较注重知识结构的完整、严密。而且，作为大一的普通物理基础课，大学的课程也相应强调对基本数学工具的训练（如矢量代数、微积分、场论等），以给高年级的专业课学习打下基础。然而，课程实施中发现，这样的深度除了小部分参与物理竞赛培训的学生外，较难被普通的学生适应，许多学生望而却步。

      反过来，中学教师对高中学生的知识基础和学习方法比较熟悉。在知识方面，大学物理比高中物理更侧重对复杂数学工具的运用和对物理规律更抽象的表述。在教学方法方面，由于知识点多，大学对知识的讲解相对高中来说更强调严密和简练，而细节性知识则由学生自己在课后领悟。这些都给高二学生造成了不小的负担。所以，要吸引学生学习先修物理课程，就必须降低内容和方法两个门槛，结合讲授方法对大学物理的知识内容进行筛选，不仅要提取出适合高中生入门的内容，还要保证其兴趣点得到最大程度的保护和激发。

      二、中学主导的大学物理先修课程设计框架

      基于以上对大学物理先修课程的总体认识，上海中学在实践中将课程的深度基本控制在高中物理课程和大学一年级普通物理课之间，在内容上并不拘泥于大学中的某一门基础课。它既相当于大学课程中一门概论类的基础课，带有学科导论的性质，也有高中与大学衔接课程的性质，其主要特点是课时少、内容精、教学要求低（具体内容见下页表3）。

      该课程包括力学、光学、电磁学三个模块，按知识内容计，力学占50%，光学占10%，电磁学占40%。整个课程面向高二（第一或第二学期）学有余力的学生开设，总共需要大约30课时，因而可以在一个学期内完成。

      整个课程中，力学模块的主要学习目标与高中物理课程形成密切的衔接。考虑到授课对象是高二学生，大量的力学内容是对高中已经学习和正在学习的知识的补充和重构，许多力学的知识点只在高中所对应内容的基础上略有延伸，带有复习的性质，因而对学生的综合运用能力要求不高。全新或综合性较强的内容只有角动量、波的函数表示和非惯性参考系等。具体的高中、大学衔接部分课程的设计见下页表4。

      

      

      

      在大学物理课程中，力学的一个重要内容是数学工具的初步使用，以为后续的课程学习打下基础。上海中学在先修课程中也适度保留这一特色，在遵循基本精神的基础上适度地降低要求。先修课程中主要的数学工具包括矢量代数的运用、基本的微元法和微积分以及简单的常微分方程。与相应的大学课程相比，这些数学知识大多具有入门和介绍的性质。以“基本的常微分方程”为例，大学课程一般要求学生能够求解一阶和简单的二阶常系数微分方程，而先修课程只要求学生能够通过计算验证形如“x=Acos（ωt+φ）”的解满足振子的运动方程“ma=kx”，并理解决定角频率ω和振幅A的因素，进而通过微分得到振子的速度变化规律。

      先修课程的另一个主要部分为电磁学。它主要围绕电场和磁场两大主线展开，而且以电学内容为主，占整个电磁学内容的60%，以磁学内容为辅，占电磁学内容的40%。采取这种安排方式主要是基于以下两点。一是难度的因素，即电场相比磁场所需的教学工具相对简单。二是与高中内容相衔接的考虑。静电场内容是高二年级的内容，这样学生有时间在充分消化高中电学之后才开始接触先修课程中的电学。而磁学和电磁感应是高二第一学期期末和第二学期开学后的内容，若涉及过多，可能会使部分学生不得不先学先修课程、后学高中课程，从而造成不小的障碍。

      电磁学模块的逻辑线索如图1所示。其中，电学的知识点围绕电荷Q、电势U和电场强度E三个物理量展开，根据它们之间的关系依次展开场强与电势的微分关系、高斯定律以及电容的概念，最后将各个概念归结到电场的能量，介绍电荷间相互作用能、静电场能和电容储能。磁场部分从静磁场开始，以磁场和交变电流的关系收尾。静磁场部分只介绍积分形式的、代数形式相对简单的规律（如磁高斯和磁环路定理），而避开微分形式和涉及复杂矢量代数形式的规律（如毕-萨定律）。非稳电路部分是相对偏向应用的主题，以交流电的产生、变压和电感元件为主，但其更加本质的教学目的是了解磁场与电场的关系。虽然磁介质和磁场能的内容在大学课程中是必要的内容，但在先修课程中不做要求。

      大学普通物理的光学课程难度最大，通常放在力、电、热之后。在先修课程中，我们仅仅保留最浅显的几个知识点，其难度一般在电磁学模块之下。另外考虑到光学的知识点相对独立，几何光学部分又与初中物理的相关内容联系相对密切，所以在讲授的次序上，光学模块放在力学和电磁学之间。这样刚升入高二的学生可以在先修课程电磁学开始前有充足的时间学好高中相关课程。

      

      三、高中资优生物理先修课程的实施与反思

      从2013年9月起，上海中学对高二年级学生开设物理先修课。课程开始之前，学校通常在前一个学期期末发布开课通知，然后从自发报名的普通班学生中择取物理单科成绩较优秀的35人作为授课对象。为了保证授课质量，增强师生互动，学生通常被平均分成两组，分别由一名教师授课。一个完整的物理先修课程的教学周期是一学期。高二第一学期的学员修完课程，并通过课程评价后，即获得物理先修课程学分。到高二第二学期又重新招收新一批学员。原则上，学校不允许学生在修物理先修课程的同时再修数学等其他先修课程。

      为期一学期的物理先修课程包含授课、作业和考试三个模块。秉承“拓宽学科视野，培养学科兴趣”的指导思想，所有这些模块的设计首先考虑的是不过多增加学生的负担，全部授课被严格要求在14周28个课时内完成。每周安排2课时，覆盖1个主题，因为课时数被严格限定，每个课时的授课内容，包括例题、思考题必须经过仔细设计。每周在第2课时后给学生布置一次作业，作业时间一般控制在40分钟左右，批阅后的作业连同答案和详细解答随下次作业一起发放。每学期期末对本届学员（包括理科班学生）进行统一闭卷考试。

      物理先修课程实施过程中的一个实际问题是需要与高二常规物理课程的进度相匹配。尤其在高二第一学期开展先修课时，高中正常物理教学进行到电磁学部分时，需要确保部分内容在授课前，学生对中学内容有比较扎实的基础。从表5可以看出，对物理先修课程内容进行仔细编排后，几乎所有的先修课程内容都可与高中常规学习课程进度匹配。其中光学主题虽然在学习高中相应内容之前授课，但因与高中内容相对独立，故次序上基本可以颠倒。此外，磁场主题中的相关内容和非稳电路主题中的理想变压器一节分别需要用到磁感强度和电磁感应定律的知识，它们在必要时可酌情加入，这将依当年高二常规物理课的具体进度而定。

      

      先修课程对学生的评价主要由平时成绩（作业）和期末考试决定：

      先修课总成绩=作业成绩×40%+期末考试×60%。

      总成绩及格者即可获得物理先修课程的学分。同时考虑到学生在学期中的一些具体情况，学校也允许学生在课程开始后4周内退出课程（空余名额可由报名时落选学生递补）。截至2015年6月，上海中学共开展了3个周期的物理先修课程，三批学员的学习和结业情况如表6所示。

      

      在每个周期的期末，物理教研组通常对学生的满意程度和反馈意见进行口头征询。学生对课程的趣味性，作业、考试的难度和所引起的课外负担还是比较满意的。大多数学生认为，该课程使他们在不同程度上了解了大学物理、理工类学科的学习内容和方法。在课程内容方面，学生反馈比较难掌握的还是电磁学部分，尤其是静电场部分，在较快的教学节奏下，内容比较抽象，而在课余也难以拨出太多时间温故知新。

      编辑手记：物理课程标准的课程基本理念要求物理教育要面向全体学生，为每个学生的学习与发展提供平等的机会。然而，这种保底不封顶的设想往往被误读为“大众物理”，在具体执行时容易走样为“一刀切”，矫枉过正地为了求得普适性牺牲了差异性，忽视了大众教育和资优教育的平衡发展。实际上，当今国力的竞争乃是创新拔尖人才的竞争，因此从战略上来说尤其不能忽视那些金字塔顶端少数人的教育。上海中学针对资优生的先修课程实践探索，带给我们诸多启示。

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