美國(guó)大學(xué)先修物理課程改革特點(diǎn)分析

朱廣天　王玨　楊凱超

摘 要2014年，美國(guó)大學(xué)理事會(huì)對(duì)AP物理課程進(jìn)行了改革，這次改革的主導(dǎo)思想是通過(guò)探究式教學(xué)將“科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)”融入AP物理課程教學(xué)中。文中介紹了本次AP物理課程改革的特點(diǎn)與配套教學(xué)要求，根據(jù)最新公布的AP官方試卷對(duì)改革后的AP物理考試進(jìn)行了總結(jié)，分析了改革后的考試形式對(duì)物理課程探究式教學(xué)模式的引導(dǎo)作用。新的AP物理課程為我國(guó)的中學(xué)物理課程改革提供了一種值得借鑒的模式。

關(guān)鍵詞大學(xué)先修課程 科學(xué)實(shí)踐 課程改革

美國(guó)大學(xué)先修課程（以下稱(chēng)為AP課程）是在高中階段開(kāi)設(shè)的選修課，讓學(xué)有余力的高中生可以提前學(xué)習(xí)大學(xué)層次的各領(lǐng)域基礎(chǔ)課[1]。AP課程成績(jī)?cè)u(píng)分的滿(mǎn)分是5分，3分以上為合格。通過(guò)了AP考試的學(xué)生，不僅可以用AP成績(jī)作為申請(qǐng)大學(xué)的參考，也可以在入學(xué)之后根據(jù)自己的AP分?jǐn)?shù)免修相關(guān)課程并抵扣相應(yīng)的學(xué)分。目前，全球有60多個(gè)國(guó)家的4000多所大學(xué)將AP課程作為學(xué)生的入學(xué)參考，80多個(gè)國(guó)家開(kāi)設(shè)了AP課程或AP考試培訓(xùn)[2]。

2014年之前，AP物理課程包括三門(mén)獨(dú)立的考試，即AP Physics B（以下簡(jiǎn)稱(chēng)物理B）、AP Physics C-力學(xué)和AP Physics C-電磁學(xué)。而從2015年開(kāi)始，物理類(lèi)課程改為四門(mén)獨(dú)立的考試，即將物理B分為AP Physics 1（以下簡(jiǎn)稱(chēng)物理1）、AP Physics 2（以下簡(jiǎn)稱(chēng)物理2）。這種多層次的AP物理課程適應(yīng)了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也更好地與大學(xué)物理課程銜接。

一、AP物理課程內(nèi)容的變化

2014年，美國(guó)大學(xué)理事會(huì)用新的課程物理1和物理2代替了原有的物理B。物理1和物理2的課程內(nèi)容與基于代數(shù)的大學(xué)物理課程內(nèi)容一致。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理1之前，不要求學(xué)習(xí)過(guò)物理課程，只需要具備基本的代數(shù)與三角函數(shù)知識(shí)；學(xué)習(xí)物理2的學(xué)生則需要學(xué)習(xí)過(guò)物理1或其他的物理基礎(chǔ)課程，并具備較好的以函數(shù)性質(zhì)為主的微積分預(yù)備課程基礎(chǔ)知識(shí)[3]。物理2與改革之前的物理B所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)基本一致，物理1則是在學(xué)時(shí)沒(méi)有減少的情況下，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行了縮減。

在改革后的AP物理課程大綱中，美國(guó)大學(xué)理事會(huì)明確提出了七種具體的“科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)”：科學(xué)實(shí)踐1.使用科學(xué)表述與模型來(lái)交流科學(xué)現(xiàn)象和解決科學(xué)問(wèn)題；科學(xué)實(shí)踐2.正確使用數(shù)學(xué)工具；科學(xué)實(shí)踐3.通過(guò)科學(xué)的質(zhì)疑來(lái)引導(dǎo)調(diào)查研究；科學(xué)實(shí)踐4.針對(duì)具體的科學(xué)問(wèn)題設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集方案；科學(xué)實(shí)踐5.進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與評(píng)估；科學(xué)實(shí)踐6.根據(jù)理論解釋開(kāi)展工作；科學(xué)實(shí)踐7.將跨領(lǐng)域的科學(xué)概念與不同表述方式建立起聯(lián)系。美國(guó)大學(xué)理事會(huì)對(duì)以上七種“科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)”一一設(shè)置了細(xì)分要求。通過(guò)這些細(xì)分要求，改革后的AP物理課程所要求的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)具備了可操作性與可考察性。

為了幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)“通過(guò)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)掌握物理原理”這一理念，美國(guó)大學(xué)理事會(huì)在新的AP物理課程安排上，著重強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比例。物理1課程共包含9個(gè)實(shí)驗(yàn)，物理2課程則包含7個(gè)實(shí)驗(yàn)[4]。物理1與物理2課程均要求教師投入至少25%的總課時(shí)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并且通過(guò)探究式教學(xué)提高學(xué)生的參與度，增強(qiáng)學(xué)生的評(píng)判性思維能力與問(wèn)題解決能力。

探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為確認(rèn)理論、結(jié)構(gòu)化探究、引導(dǎo)式探究和開(kāi)放式探究四個(gè)層次，通過(guò)這四個(gè)層次的探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使學(xué)生的批判性思維與問(wèn)題解決能力逐漸提高[5]。美國(guó)大學(xué)理事會(huì)明確提出，在新的AP物理課程中，教師應(yīng)該采用第三層次與第四層次探究式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題并預(yù)測(cè)結(jié)論，并以團(tuán)隊(duì)合作的形式自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)。

二、AP物理考試形式的變化

新的AP物理1和物理2的考試時(shí)間均為三個(gè)小時(shí)，考試內(nèi)容包括兩個(gè)部分：第一部分為客觀(guān)題，共50題，考試時(shí)長(zhǎng)90分鐘，正確選項(xiàng)得一分，錯(cuò)選或不選得零分，分?jǐn)?shù)占總分值的50%；第二部分為主觀(guān)題，其中物理1共五題，物理2共四題，考試時(shí)長(zhǎng)均為90分鐘，分?jǐn)?shù)占總分值的50%。

改革后的AP物理1和物理2與改革前的物理B相比，最大的變化在于客觀(guān)題題量由70題減少到50題，且每題選項(xiàng)由五個(gè)減少到四個(gè)。在考試時(shí)間與考試范圍均不變的情況下，客觀(guān)題的題量減少了29%，每題的選項(xiàng)數(shù)也減少了20%?？梢钥闯?，美國(guó)大學(xué)理事會(huì)的做法實(shí)際上降低了考試的難度，讓考生有更充裕的時(shí)間完成考試，這種做法“可以在不降低考試嚴(yán)格性的情況下幫助學(xué)生節(jié)省時(shí)間”[6]。

客觀(guān)題的另一個(gè)變化是增加了“雙選題”。50道選擇題中，45道為單選，最后5題為雙選，且只有兩個(gè)正確選項(xiàng)。學(xué)生需要兩個(gè)選項(xiàng)全部選對(duì)才得分，只選對(duì)一個(gè)不得分。從美國(guó)大學(xué)理事會(huì)已經(jīng)公布的模擬題來(lái)看，雙選題重點(diǎn)考察的是物理概念的掌握與定性的物理圖像分析，而非定量的公式計(jì)算。因此，雙選題的設(shè)置，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生重視物理概念和物理原理的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生全面掌握物理規(guī)律，避免學(xué)習(xí)物理時(shí)重計(jì)算輕概念的誤區(qū)。

改革后的AP物理1與物理2減少了主觀(guān)題部分的題量。改革之前，AP物理B有6道主觀(guān)題，而改革之后，物理1有5道主觀(guān)題，物理2有4道。物理1雖然題量只減少了一道，但其與改革前的物理B相比，考試內(nèi)容范圍縮小很多；而物理2與物理B相比，考試內(nèi)容范圍雖然基本一致，題量卻縮減了33%?？梢钥闯?，對(duì)于參加AP考試的學(xué)生，在考試時(shí)間不變的情況下，改革后的AP物理考試主觀(guān)題難度也有所降低。

然而，AP物理考試改革的目的并不僅僅是為了降低考試的難度，更重要的是為了體現(xiàn)“科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)”在物理教學(xué)中的地位，貫徹“通過(guò)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)掌握物理原理”這一理念。例如，在新的AP物理考試中，物理1和物理2的主觀(guān)題中都增加了一道專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目，要求學(xué)生能夠描述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀(guān)察和解釋。

三、AP物理課程改革案例分析

通過(guò)美國(guó)大學(xué)理事會(huì)官方公布的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例題，來(lái)具體分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目是如何與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合的[7]。

如圖1所示，一件樂(lè)器由八支兩端開(kāi)口的金屬管組成，通過(guò)小錘敲擊金屬管發(fā)出聲音。題目要求在只有一套音叉以及其他一些常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不具備傳感器等電子設(shè)備的條件下，使用這件樂(lè)器來(lái)確定室內(nèi)空氣中的聲速。具體有如下四個(gè)小問(wèn)：

1.請(qǐng)你給出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟。要求具體給出所要測(cè)量的物理量及其測(cè)量方法，使得另一位學(xué)生可以按照你的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。

2.說(shuō)明你是如何使用所測(cè)量的物理量來(lái)決定聲速的。該說(shuō)明應(yīng)足夠詳細(xì)，以使得另一位學(xué)生完全可以重復(fù)你的實(shí)驗(yàn)。

3.給出你在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所做的一個(gè)假設(shè)，并解釋該假設(shè)對(duì)所測(cè)得的聲速值可能產(chǎn)生的影響。

4.若圖2是某學(xué)生為確定空氣中聲速所測(cè)得的波長(zhǎng)和周期。請(qǐng)使用該圖計(jì)算聲速，并對(duì)你所使用的方法進(jìn)行說(shuō)明。

該題目充分體現(xiàn)了改革后的AP物理課程對(duì)“科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)”的重視程度。學(xué)生要完成這道題目，不僅要具備科學(xué)實(shí)踐4中“根據(jù)具體的科學(xué)問(wèn)題來(lái)合理選取所需的數(shù)據(jù)”和“根據(jù)具體的科學(xué)問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的方案”的能力，同時(shí)也要具備科學(xué)實(shí)踐5中“進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與評(píng)估”的能力。該題對(duì)科學(xué)實(shí)踐3中“學(xué)生可以提出科學(xué)問(wèn)題”和科學(xué)實(shí)踐7中“學(xué)生可以在不同時(shí)空尺度下將物理現(xiàn)象與物理模型建立聯(lián)系”這兩點(diǎn)要求也有所反映。

四、AP物理課程改革總結(jié)

從以上的討論中可以發(fā)現(xiàn)，AP物理課程改革的最主要趨勢(shì)是以科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)作為物理課程學(xué)習(xí)的核心，加強(qiáng)對(duì)物理概念和研究方法的考察。由于A(yíng)P物理課程的教學(xué)過(guò)程是以AP物理考試為導(dǎo)向的，為了在教學(xué)中讓學(xué)生更注重對(duì)物理概念與原理的學(xué)習(xí)，改革后的AP物理試卷中大量增加了概念題和論述題的比例，并新增了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目。這種考試形式的改變使得學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí)，不再把實(shí)驗(yàn)課看作是可有可無(wú)的內(nèi)容，學(xué)生必須在課程中重視每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理方法、器材操作與數(shù)據(jù)處理，這樣才能在考試中展開(kāi)有針對(duì)性的論述。

在改革后的AP物理課程中，與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)相配套的是探究式的教學(xué)模式。然而，探究式教學(xué)也存在著所需課時(shí)較長(zhǎng)、教學(xué)進(jìn)度較慢等問(wèn)題。為了配合探究式教學(xué)模式，避免師生因?yàn)橼s進(jìn)度而放棄探究活動(dòng)，新的AP物理課程也進(jìn)行了有針對(duì)性的調(diào)整，將一門(mén)物理課程拆成兩門(mén)，減少了每門(mén)考試的考察內(nèi)容，使得教師有充分的時(shí)間開(kāi)展探究式教學(xué)。新的AP物理考試也大幅縮減了題量，給予學(xué)生充足的考試作答時(shí)間，這有助于減少學(xué)生通過(guò)“刷題”的方式來(lái)進(jìn)行物理學(xué)習(xí)。同時(shí)，為了扭轉(zhuǎn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理時(shí)常常存在的“解物理問(wèn)題就是把數(shù)值代入公式計(jì)算”這樣的錯(cuò)誤觀(guān)念，改革后的AP物理考試大量減少了計(jì)算題在整張?jiān)嚲碇械恼急龋Ａ舻囊恍┯?jì)算題目也不是孤立存在的，而是與定性的解釋和判斷相結(jié)合。

目前，我國(guó)的高中物理課程正處于改革時(shí)期，許多地區(qū)開(kāi)始在中學(xué)推行探究式教學(xué)模式[8]。然而，針對(duì)物理課程標(biāo)準(zhǔn)與高考內(nèi)容的一項(xiàng)研究指出，物理高考試卷與高中物理內(nèi)容的一致性并不顯著[9]。與AP物理課程類(lèi)似，我國(guó)的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提出了“學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問(wèn)題”的目標(biāo)，但高考物理試卷對(duì)于這一學(xué)習(xí)目標(biāo)的引領(lǐng)作用尚顯不足。因此，AP物理課程與考試的改革措施，可以為我國(guó)的中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)制定與高考改革提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] The 10th Annual AP Report to the nation[EB/OL].http：//media.collegeboard.com/digitalServices/pdf/ap/rtn/10th-annual

[2] 李騏.美國(guó)AP課程對(duì)我國(guó)高考改革的啟示—兼談建立銜接大學(xué)與高中教育的大學(xué)先修課程體系[J].教育探索，2014（12）.

[3] AP Physics 1 overview[EB/OL].https：//secure- media.collegeboard.org/

[4] AP Physics 1 and 2 Inquiry-Based Lab Manual [EB/OL].https：//secure-media.collegeboard.org

[5] Herron，Marshall D.The Nature of Scientific Enquiry[J].The School Review，1971，79（2）.

[6] AP Physics1-2 course and exam description [EB/OL].http：//media.collegeboard.com/

[7] 2015AP Physics 2 Free Response Questions [EB/OL].https：//secure-media.collegeboard.org/ap-student/pdf

[8] 廖伯琴.高中物理新課程的反思與課標(biāo)修訂建議[J].基礎(chǔ)教育課程，2013（1-2）.

[9] 袁令民.物理高考與內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的一致性研究[D].重慶：西南大學(xué)，2013.

[作者：朱廣天（1984-），男，遼寧大連人，華東師范大學(xué)物理系副教授，博士；王玨（1992-），女，江蘇南京人，華東師范大學(xué)物理系在讀碩士研究生；楊凱超（1991-），男，四川樂(lè)山人，華東師范大學(xué)物理系在讀碩士研究生。]

【責(zé)任編輯 郭振玲】