本文發(fā)表于《物理與工程》2016年4期“大學(xué)與中學(xué)物理連線”專欄，作者分別是華東師范大學(xué)物理系楊開(kāi)超，華東師范大學(xué)和石林彝族自治縣第一中學(xué)物理系楊正義，華東師范大學(xué)物理系朱光田。
1.現(xiàn)行高中選修及考試模式與大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)
1.1 高中選修模式
為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和需要，教育部于2003年3月頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》[1]，隨后開(kāi)始了大規(guī)模的新課程改革。截至2012年9月，我國(guó)各省市均已進(jìn)入普通高中新課程改革階段。在新課程理念下，課程目標(biāo)著眼于全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法以及情感、態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。高中物理課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容也發(fā)生了顯著的變化，更加注重基礎(chǔ)性和課程的選擇性。
現(xiàn)行高中物理采用模塊化教學(xué)，共計(jì)12個(gè)模塊，每個(gè)模塊占2學(xué)分，具體分布如圖1[1]所示。物理1和物理2為共同必修模塊，其余為選修模塊。學(xué)生在學(xué)完共同必修模塊后，可獲得4個(gè)學(xué)分，之后必須選擇學(xué)習(xí)另一個(gè)模塊，以完成6個(gè)必修學(xué)分的學(xué)習(xí)任務(wù)。在獲得6個(gè)必修學(xué)分后，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣、發(fā)展?jié)摿臀磥?lái)規(guī)劃，繼續(xù)學(xué)習(xí)若干個(gè)選修模塊。選修部分分為3個(gè)系列：第一系列包括兩個(gè)模塊（選修1-1、1-2），側(cè)重物理與社會(huì)的相互關(guān)系和互動(dòng)，適合文科生學(xué)習(xí)。 第二系列包括三個(gè)模塊（選修課2-1、2-1、2-3），強(qiáng)調(diào)物理與技術(shù)的結(jié)合，注重物理的應(yīng)用性和實(shí)踐性，適合將來(lái)學(xué)習(xí)工科、農(nóng)科、醫(yī)科等專業(yè)的學(xué)生。但從目前的情況看，選擇第二個(gè)模塊的學(xué)生較少。第三系列包括五個(gè)模塊（選修課3-1、3-2、3-3、3-4、3-5）初中物理選修課，注重讓學(xué)生對(duì)物理的基本內(nèi)容有更全面的了解，適合將來(lái)學(xué)習(xí)理科的學(xué)生[1]。
圖1 高中物理課程結(jié)構(gòu)
這種選課模式雖然體現(xiàn)了學(xué)生的自主性，但也在一定程度上造成了高中物理與大學(xué)物理的脫節(jié)。由于高中階段不同省市、不同學(xué)校學(xué)生選課內(nèi)容不一致，導(dǎo)致在大學(xué)物理教學(xué)中，同一個(gè)教學(xué)班的學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)并不相同。對(duì)于某些知識(shí)點(diǎn)，有的學(xué)生因?yàn)樵诟咧幸呀?jīng)學(xué)過(guò)，所以在大學(xué)階段很容易接受，而另一些在高中沒(méi)有學(xué)過(guò)這部分內(nèi)容的學(xué)生，學(xué)起來(lái)卻十分吃力，這給學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)都帶來(lái)了很大的壓力。
1.2 高考選拔模式
2014年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《深化考試錄取制度改革的實(shí)施意見(jiàn)》[2]，2017年將在上海、浙江進(jìn)行試點(diǎn)。試點(diǎn)地區(qū)高考不分文理科初中物理選修課，考試科目設(shè)置有較大變化，考生總成績(jī)由語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、外語(yǔ)三門科目成績(jī)和高中學(xué)業(yè)水平考試三門科目成績(jī)組成。高中學(xué)業(yè)水平考試三門科目計(jì)入總成績(jī)，由考生根據(jù)自身特長(zhǎng)和未來(lái)工作需要，從思政、歷史、地理、物理、化學(xué)、生物、科技七門科目中任選三門參加考試。高校將根據(jù)辦學(xué)特色和專業(yè)培養(yǎng)要求，自主提出選修科目范圍，最多不超過(guò)三門。學(xué)生只要符合其中任何一門科目，即符合報(bào)考條件[2]。 這種新的高考形式將導(dǎo)致未來(lái)大學(xué)生的認(rèn)知背景差異越來(lái)越大，這將加大大學(xué)物理教學(xué)壓力。
與即將實(shí)行的新高考模式不同，現(xiàn)行高考模式下，學(xué)生仍分為文科生和理科生。其中，理科生在完成必修1、必修2、選修3-1、選修3-2的學(xué)習(xí)后，需從“選修3-3（熱學(xué)）”、“選修3-4（波與光學(xué)）”、“選修3-5（動(dòng)量與物質(zhì)結(jié)構(gòu)）”三個(gè)選修模塊中至少選擇一個(gè)模塊。相應(yīng)的高考中，物理部分也出現(xiàn)了選修題。有的省份學(xué)生只需從這三個(gè)模塊中選擇一道題作答，有的省份從三個(gè)模塊中選擇兩道題作答，還有的省份將一道選修模塊指定為高考內(nèi)容，不設(shè)選修題部分。這種選修模式原本體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)上的自主選擇性，但在大學(xué)物理教學(xué)中，各省普遍存在。 由于選修模塊不一致，高中生的先驗(yàn)知識(shí)有很大差異，大學(xué)物理教材的編寫(xiě)并沒(méi)有考慮到這個(gè)因素，這給教師的教學(xué)帶來(lái)了困難。例如，在我們?yōu)槿A東師范大學(xué)化學(xué)系開(kāi)設(shè)的大學(xué)物理課程中，我們發(fā)現(xiàn)，在目前上海“3+1（數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、外語(yǔ)+一門選修課）”高考模式下，上海學(xué)生全部選擇了化學(xué)，高中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容非常有限，很多學(xué)生甚至沒(méi)有學(xué)過(guò)水平拋物運(yùn)動(dòng)。由于大部分省份的學(xué)生都學(xué)過(guò)水平拋物運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容，由于課時(shí)限制，教師在課上基本會(huì)省略相關(guān)知識(shí)的講解。這部分知識(shí)的缺失會(huì)貫穿這些上海學(xué)生大學(xué)物理學(xué)習(xí)的全過(guò)程，增加他們的學(xué)習(xí)壓力，降低他們的學(xué)習(xí)效果。
2. 高中理科生物理選修考試
為了直觀了解學(xué)生對(duì)高中物理選修部分的學(xué)習(xí)情況，我們以問(wèn)卷調(diào)查的形式選取了華東師范大學(xué)大學(xué)物理課程的一個(gè)班學(xué)生，共調(diào)查114人，廣泛分布于全國(guó)各個(gè)省市，均為高中理科生，回收有效問(wèn)卷114份。
我們統(tǒng)計(jì)了學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)過(guò)的物理選修模塊數(shù)量（選修3-3、選修3-4、選修3-5），結(jié)果顯示，45%的學(xué)生只學(xué)習(xí)過(guò)一門選修模塊，只有12%的學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)所有三門選修模塊，另有6%的學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)任何選修模塊（這些學(xué)生來(lái)自上海，高考選修了化學(xué)，但沒(méi)有學(xué)習(xí)物理選修模塊）。學(xué)習(xí)不同數(shù)量選修模塊的學(xué)生人數(shù)分布如圖2所示。
圖2 選修模塊數(shù)量不同的學(xué)生分布
我們還統(tǒng)計(jì)了不同省份的學(xué)生在高中階段沒(méi)有學(xué)過(guò)哪些物理選修模塊。結(jié)果顯示，71%的學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)選修課3-3（熱學(xué)），38%的學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)選修課3-4（波與光學(xué)），44%的學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)選修課3-5（動(dòng)量與物質(zhì)結(jié)構(gòu)）。沒(méi)有學(xué)過(guò)特定選修模塊的學(xué)生分布如圖3所示。動(dòng)量、波、光學(xué)和熱學(xué)都是大學(xué)物理課程的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是動(dòng)量的思想，對(duì)于理解大學(xué)物理的內(nèi)容極為重要。缺乏這部分前提知識(shí)，對(duì)學(xué)生順利學(xué)習(xí)大學(xué)物理會(huì)造成很大的影響。
圖3 未選修特定選修模塊的學(xué)生分布
從以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，隨著高考物理選修制度的實(shí)施，在完成高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容后，學(xué)生對(duì)于物理選修部分所掌握的知識(shí)點(diǎn)數(shù)量并不一致，學(xué)習(xí)內(nèi)容也各有不同，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理時(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和認(rèn)知背景也不一致。在每一節(jié)大學(xué)物理教學(xué)課中，各選修模塊中都有相當(dāng)一部分學(xué)生在高中階段沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)相應(yīng)的模塊，這給大學(xué)物理教學(xué)課的有效開(kāi)展帶來(lái)了困難。
3. 以力學(xué)部分為例分析學(xué)生的聯(lián)結(jié)困難
3.1 物理概念與規(guī)律的聯(lián)系困難
力學(xué)是大學(xué)物理和高中物理課程的重點(diǎn)內(nèi)容，高中物理中涉及的很多力學(xué)概念在大學(xué)物理課程中需要重新深入學(xué)習(xí)[3, 4]。為研究高中物理選修課對(duì)學(xué)生力學(xué)概念理解的影響，我們采用問(wèn)卷調(diào)查的方式，統(tǒng)計(jì)學(xué)生在不同階段對(duì)主要力學(xué)概念的理解情況。調(diào)查對(duì)象為華東師范大學(xué)化學(xué)系大學(xué)物理專業(yè)一年級(jí)學(xué)生。要求學(xué)生對(duì)某些力學(xué)概念（如加速度、動(dòng)量等）的理解進(jìn)行打分，并要求學(xué)生分別給出“高中”和“學(xué)習(xí)大學(xué)物理后”對(duì)同一概念的理解。問(wèn)卷采用5點(diǎn)李克特量表，其中1表示完全不理解，5表示完全理解。調(diào)查結(jié)果如下（圖4）。
圖4：新生對(duì)一些力學(xué)概念的理解
調(diào)查結(jié)果顯示：對(duì)于必修部分的概念(如加速度、慣性等)，高中和大學(xué)學(xué)生對(duì)這些概念的理解程度比較接近。但對(duì)于選修部分的概念(如動(dòng)量、沖量等)，高中和大學(xué)學(xué)生的理解存在很大差異，很多學(xué)生在高中階段沒(méi)有選修這部分內(nèi)容，對(duì)相應(yīng)的物理概念理解程度較低。而很多大學(xué)教師認(rèn)為學(xué)生在高中階段已經(jīng)學(xué)過(guò)這些基本的物理概念，在大學(xué)物理課上往往會(huì)跳過(guò)這些概念，直接進(jìn)行較高層次的應(yīng)用練習(xí)。這樣容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這些概念理解不完整，造成學(xué)習(xí)壓力[5,6]。
例如，力矩的概念，在中學(xué)階段被定義為力與力臂的乘積，沒(méi)有考慮其方向性；而在大學(xué)階段，則是從向量叉積的角度來(lái)定義，其中力矩是位置向量與力的向量積，具有方向性。由于學(xué)生缺乏向量叉積的基本知識(shí)，即使是這么小的改動(dòng)，也會(huì)讓學(xué)生難以接受。再比如牛頓運(yùn)動(dòng)定律，大學(xué)和中學(xué)物理教科書(shū)上的描述看似相似，但對(duì)于這部分內(nèi)容，大學(xué)和中學(xué)物理的理解深度是不一樣的。中學(xué)物理討論的是物體（質(zhì)點(diǎn)）在恒定力的作用下做直線運(yùn)動(dòng)的情況，而大學(xué)物理更多討論的是物體（質(zhì)點(diǎn)群）在變力的作用下做曲線運(yùn)動(dòng)的情況。我們也隨機(jī)采訪了十幾位學(xué)力學(xué)的學(xué)生，他們普遍覺(jué)得不會(huì)分析變力作用下的曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。 在講授這部分內(nèi)容時(shí)，大學(xué)教師應(yīng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知背景，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變解題思路，為學(xué)生循序漸進(jìn)地打下良好的基礎(chǔ)，使學(xué)生強(qiáng)烈感受到大學(xué)物理內(nèi)容貼近生活，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和好奇心，這樣學(xué)生才不會(huì)覺(jué)得跨度太大而無(wú)法接受。
3.2 數(shù)學(xué)工具的連接困難
在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生常常會(huì)因?yàn)闆](méi)有很好地掌握數(shù)學(xué)工具的使用而導(dǎo)致大學(xué)物理學(xué)習(xí)困難，主要表現(xiàn)在向量運(yùn)算和微積分兩個(gè)方面。
向量運(yùn)算可以說(shuō)是大學(xué)物理的基礎(chǔ)，雖然高中也有教向量，但是向量的運(yùn)算通常都轉(zhuǎn)化為標(biāo)量，高中教材很少會(huì)把向量a寫(xiě)成箭頭的形式。
這導(dǎo)致學(xué)生不習(xí)慣用矢量形式寫(xiě)物理量，對(duì)矢量理解不深刻，以致大學(xué)物理中的矢量運(yùn)算經(jīng)常出錯(cuò)。例如，大學(xué)物理中粒子運(yùn)動(dòng)學(xué)有一道題：“一個(gè)粒子在xy平面上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)函數(shù)為x=2t，y=4t2-8（采用國(guó)際單位制），請(qǐng)問(wèn)在t1=1s、t2=2s時(shí)刻，該粒子的位置、速度、加速度分別是多少？”在學(xué)生的作業(yè)中，有1/3的學(xué)生沒(méi)有用矢量形式給出速度和加速度，而是按照高中時(shí)的做法，把答案寫(xiě)成標(biāo)量。
部分學(xué)生受高中刻板思維的影響，將向量的加、減、點(diǎn)乘、叉乘等運(yùn)算視為標(biāo)量的算術(shù)運(yùn)算。因此，在大學(xué)物理課程教學(xué)中，教師應(yīng)注意向量與標(biāo)量的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)向量運(yùn)算的重要性。
微積分是高等數(shù)學(xué)的核心內(nèi)容。大學(xué)物理與高中物理的一個(gè)重要區(qū)別就是高中物理以代數(shù)為基礎(chǔ)，而大學(xué)物理以微積分為基礎(chǔ)[8]。然而，高中階段學(xué)生學(xué)習(xí)微積分的程度非常低，高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理往往在同一個(gè)學(xué)期講授。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)生由于數(shù)學(xué)知識(shí)的匱乏而很難學(xué)習(xí)大學(xué)物理。雖然高中數(shù)學(xué)中也提到了微分，但僅限于簡(jiǎn)單函數(shù)的微分。學(xué)生往往只知道如何使用微分法則，但對(duì)微分的意義和作用卻一無(wú)所知。例如，學(xué)生在課堂上和作業(yè)中經(jīng)常會(huì)問(wèn)“答案是什么？”
什么意思？“為什么勻速圓周運(yùn)動(dòng)速度不變時(shí)能求導(dǎo)？”等等。同時(shí)，由于學(xué)生對(duì)微分、積分的意義理解不清，往往不知道為什么有些問(wèn)題需要用微積分來(lái)解決。在大學(xué)一年級(jí)的物理課上，學(xué)生往往在前半個(gè)學(xué)期不會(huì)進(jìn)行稍微復(fù)雜的積分運(yùn)算。這些問(wèn)題制約了學(xué)生在大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)效果。
4。結(jié)論
大學(xué)物理與高中物理銜接面臨的主要問(wèn)題來(lái)自于學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)水平參差不齊，這主要是由目前高考的選修、抽查模式造成的。這些問(wèn)題會(huì)貫穿學(xué)生整個(gè)大學(xué)物理學(xué)習(xí)過(guò)程，即使在高中最重要的力學(xué)部分，學(xué)生在概念、規(guī)律、數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用上也會(huì)遇到困難。大學(xué)物理教師在教學(xué)中需要考慮到這些因素，適當(dāng)調(diào)整大學(xué)物理教學(xué)方法，提高大學(xué)物理的教學(xué)效果。
參考
［1］普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］.北京：人民教育出版社，2003。
［2］國(guó)務(wù)院關(guān)于深化考試招生制度改革的實(shí)施意見(jiàn)［S］.北京：人民出版社，2014。
［3］徐紅霞. 大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)與中學(xué)物理的有效銜接［J］. 物理與工程，2014（S2）：83-85.
［4］黃曦. 如何有效銜接大學(xué)物理與中學(xué)物理教學(xué)［J］. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 33(04):104-108.
[5]何曉光,陳靜燕,翁曉芳,等.從中學(xué)到大學(xué)物理學(xué)習(xí)思維與學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,33(02):166-167.
[6]趙雅娟,陳浩.如何更好地銜接大學(xué)物理教育和中學(xué)物理教育[J].物理通報(bào),2010(11):14-17.
[7]楊曉蘭.大學(xué)物理與中學(xué)物理教學(xué)的有效銜接[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2014(14):80-81.
［8］朱葉青. 微積分在大學(xué)物理教學(xué)中的重要應(yīng)用［J］. 科技視界，2014（22）：143.
引用格式：楊開(kāi)超, 楊正義, 朱光天. 現(xiàn)行高中選修與考試模式下大學(xué)與高中物理課程的銜接[J]. 物理與工程, 2016, 26(4): 18-21.