《Six Ideas that Shaped Physics》以及其課程實踐——以華盛頓大學(xué)“物理學(xué)導(dǎo)論”的教學(xué)為例

何焰藍，彭　剛，劉一星，黎　雙，楊　筱，楊衛(wèi)新

(國防科技大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙　410073)

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《Six Ideas that Shaped Physics》以及其課程實踐
——以華盛頓大學(xué)“物理學(xué)導(dǎo)論”的教學(xué)為例

何焰藍，彭剛，劉一星，黎雙，楊筱，楊衛(wèi)新

(國防科技大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙410073)

為世界各地100多所高等院校所使用的《Six Ideas》(全稱《Six Ideas that Shaped Physics》)一書，以在物理學(xué)發(fā)展的歷史長河中有著不可替代地位的6大物理思想為主線改變了以力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等傳統(tǒng)物理的編排模式.《Six Ideas》的每一卷均按照歷史發(fā)展的故事線索展開，強調(diào)概念和定律的內(nèi)在思想和應(yīng)用條件，范題注重用文字或圖形轉(zhuǎn)譯問題等框架模式；每一單元的內(nèi)容編排不僅適合學(xué)生自學(xué)，同時為教師50分鐘課堂教學(xué)量身定制；是適合學(xué)生“主動學(xué)習(xí)”教學(xué)模式可操作性極強的一本難得的物理學(xué)導(dǎo)論教材.本篇以此書為教科書的美國華盛頓大學(xué)關(guān)于E卷第九單元課堂教學(xué)案例，展示關(guān)于此書的教與學(xué).

物理學(xué)導(dǎo)論；主動學(xué)習(xí)；Six Ideas that Shaped Physics

《Six Ideas》是一套物理導(dǎo)論性教材(6冊)，由美國著名的文理學(xué)院——波莫納學(xué)院的Thomas A. Moore教授撰寫，并獲得IUPP項目委員會的大力支持，是當(dāng)時被選入深入推廣的基礎(chǔ)物理的4本優(yōu)秀教材之一，至目前為止為世界各地100多所高等院校所使用.

位于美國圣路易斯的華盛頓大學(xué)，是美國久負盛名的一所名校.華盛頓大學(xué)物理系的Thomas J. Bernatowicz教授是研究型課堂的積極倡導(dǎo)者和實踐者，他于2006年前后首先將《Six Ideas》一書作為物理學(xué)導(dǎo)論的教科書，由此創(chuàng)建的課堂教學(xué)使得80%的學(xué)生從傳統(tǒng)型課堂轉(zhuǎn)到了改革后的課堂，且學(xué)習(xí)效果明顯.

本文作者于2007年以及2014年兩次對華盛頓大學(xué)物理系進行了訪問，特別是2014年上半年對該校的“物理學(xué)導(dǎo)論”(包括實驗)的教學(xué)情況進行了近3個月的學(xué)習(xí)和調(diào)研，獲益匪淺.

1　《Six Ideas》教材特點

1.1“六大物理思想”突破傳統(tǒng)內(nèi)容及編排模式[1]

《Six Ideas》一書以在物理學(xué)發(fā)展的歷史長河中有著不可替代地位的6大物理思想為主線，改變了以力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)以及光學(xué)等傳統(tǒng)物理的的編排模式.6個思想組成的6個單元，其中每個都涉及現(xiàn)代物理學(xué)的一個主題，而任何對特定主題發(fā)展沒有直接貢獻的學(xué)科或完全擱置一邊，或放置章節(jié)最后的問題中.這給《Six Ideas》相對于其他同類課程而言概念密度要少，使得每個主題可深入發(fā)展.

單元C[2](能量守恒定律)著力動量、能量(所有形式)以及角動量守恒的詳盡的探索，相比集中于牛頓定律介紹所需數(shù)學(xué)要少，并為后續(xù)單元的順利進行統(tǒng)一了核心概念.

單元N[3](牛頓力學(xué))大部分為傳統(tǒng)內(nèi)容，但處理不同尋常.盡量減少機械振動(例如，沒有受迫和阻尼振動)的同時又增加一些其他課本里減少的較難的內(nèi)容.例如，為了研究理想彈射運動，學(xué)生要用現(xiàn)實中的拽力實現(xiàn)，同時也要用到一些軟件[4]，本單元結(jié)束于牛頓物理星體運動的巔峰探索.允許學(xué)生用軟件不僅對圓形軌道，還對雙曲線和橢圓軌道作定量處理.

單元R[5](相對論原理)是教育學(xué)的杰作，它具備明確、清晰的語言，其方法徹底且現(xiàn)代.學(xué)生可以在使用時空圖、坐標(biāo)變換和4種動量中獲得豐富的經(jīng)驗.

單元E[6](電磁學(xué))完美地集成了狹義相對論對該領(lǐng)域的發(fā)展，讓學(xué)生在早期物理訓(xùn)練中能洞悉內(nèi)在的對稱性——電磁場相互轉(zhuǎn)化的參考體系.很少涉及電路系統(tǒng)，可以更有利于處理波動以及向量場.在新出版的第三版中，Moore完全重構(gòu)了該單元，用更加直觀的概念方式替換了麥克斯韋方程的積分形式，便于過渡到波動方程，以及強調(diào)場方程的概念.

單元Q[7](量子物理)頁面少內(nèi)容多.Moore勇敢地接受一個類似費曼的方法引入量子概念，以自旋為例利用斯特恩 - 蓋拉赫裝置作為量子原型進行分析，同時也透徹地剖析了雙縫問題.難度沒有減少，卻洞悉了量子行為的實質(zhì).他還給出薛定諤方程和能量本征函數(shù)豐富的內(nèi)容介紹.學(xué)生將學(xué)習(xí)用SCHROSOLVER軟件產(chǎn)生的定量的數(shù)值解，也有助于磨練學(xué)生的數(shù)學(xué)直覺.在原子和核物理的幾個章節(jié)中都涉及了這些內(nèi)容.

單元T[8](熱力學(xué)和統(tǒng)計物理)采用創(chuàng)新方法.介紹完有關(guān)溫度，熱力學(xué)和氣體的微觀行為的章節(jié)，開始進入微觀和宏觀狀態(tài)世界，熵和不可逆性，玻耳茲曼因子以及麥克斯韋-玻爾茲曼分布內(nèi)容.一個非常有趣和有效的裝置是用了愛因斯坦固體量子統(tǒng)計的一個簡單的原型，這樣做的好處就是能闡明依賴于熱容量的神秘溫度.由于有定量分析的軟件，概念的基礎(chǔ)性得到增強.鼓勵學(xué)生改變輸入?yún)?shù)探索結(jié)果，卻不用陷入編程的麻煩.

《Six Ideas》拋棄了流體以及幾何光學(xué)傳統(tǒng)支柱的物理導(dǎo)論，卻花費三分之一學(xué)期的時間進行狹義相對論的學(xué)習(xí)，并且專門為它寫了一個單元，似乎令人有些費解.其理由是，狹義相對論有機會讓學(xué)生看到一個不需要通常的、較為困難的數(shù)學(xué)支撐所發(fā)展的完整理論物理學(xué).

1.2“教與學(xué)” 全新理念貫穿始終

《Six Ideas》倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)的理念.50分鐘編排的每一章節(jié)不僅適合于課堂教學(xué)時間單元，同時還具備將理念和方法延伸至課堂教學(xué)的橋梁作用，可操作性強.

1.2.1統(tǒng)一思想、凝聚共識

《Six Ideas》每冊都有分別針對指導(dǎo)教師和學(xué)生的“前言”，充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)主體的重要性.統(tǒng)一思想、達成共識是確保課堂平臺有效教與學(xué)的前提.

在對教師的前言里，Moore介紹了撰寫《Six Ideas》的初衷、獲得的支持及目前的水準(zhǔn)，和一直努力強調(diào)顛覆性地采用現(xiàn)代物理學(xué)以及審視經(jīng)典物理學(xué)的當(dāng)代視角.書中所有的研究方法和技術(shù)都是圍繞支撐幫助學(xué)生更有效的主動學(xué)習(xí)而設(shè)計，擯棄“死記硬背”，致力建立和批判物理模型，并將他們應(yīng)用于現(xiàn)實環(huán)境的過程.Moore還將關(guān)于《Six Ideas》的網(wǎng)址公布于此，希望教師進一步關(guān)注《Six Ideas》的更多內(nèi)容，特別是配合教學(xué)的物理計算軟件[9].Moore特別指出了50分鐘教學(xué)內(nèi)容的章節(jié)學(xué)時分配的指導(dǎo).

在對學(xué)生的前言里，Moore以“不能光靠聽音樂會就能學(xué)會鋼琴演奏”淺顯的比喻，使學(xué)生明白“最有效的物理學(xué)習(xí)就是在現(xiàn)實情況下，參與應(yīng)用物理推理的實踐活動”；給學(xué)生講解如何利用本書編排形式以及相關(guān)的習(xí)題進行主動學(xué)習(xí)的策略；最后重申“課前閱讀前言！”“如果你準(zhǔn)備充分，課堂效果將最佳”！

1.2.2提綱摯領(lǐng)、寬邊巧用[10]

書中每一章節(jié)都有類似計算菜單的“章節(jié)-位置圖”指示目前正閱讀的位置.每章的開頭導(dǎo)讀以一兩頁概要的形式簡要討論了各部分的內(nèi)容和主線，避免閱讀時被細節(jié)淹沒.每章后對重要結(jié)論附有詳細總結(jié)，另附詞匯小結(jié)，對專有詞匯給出詳解.

在對學(xué)生的前言中，Moore特別提及“使用寬闊的邊緣1) 記錄你閱讀時遇到的問題(這樣就可以記住去尋找答案)，2) 得到結(jié)果時記下答案，3) 標(biāo)志重要的思路，4) 填寫缺失的數(shù)學(xué)步驟，以及5) 記錄見解.這樣做有助于保持你參與的積極性，而邊緣的評論通常也有助于你復(fù)習(xí).請注意，我已經(jīng)在文字側(cè)面提供了一些總結(jié)關(guān)鍵段落要點的旁注，可以幫助你快速找到你所需要的內(nèi)容.”

1.2.3科學(xué)解讀公式 圖形或文字轉(zhuǎn)譯例題

Moore書中值得稱道的特點之一就是透過數(shù)學(xué)表達去科學(xué)解讀每一個重要的公式，注重它所蘊含的物理意義與適用范圍，這對于學(xué)生真正掌握和正確應(yīng)用物理概念和模型具有十分重要的意義，是幫助學(xué)生擺脫死記硬背學(xué)習(xí)模式的最好方式.我們依然用《Six Ideas》E9[6]中公式予以說明，整個公式及其說明用彩色邊框加以強調(diào).框中內(nèi)容是關(guān)于畢奧-薩伐爾定律的描述.

(1)

目的：描述由任意形狀載有電流I的導(dǎo)線在P點產(chǎn)生的磁場B.

局限：該方程嚴(yán)格用于靜電場.dL必須足夠小以使所有分段基本是直的.

注意：這稱為畢奧-蕯伐爾定律.

Moore書中值得稱道的另一特點就是通過采取4組分技術(shù)解決章節(jié)中的示例，1) 用文字或圖形轉(zhuǎn)譯問題，2) 用方程形成概念模型，清楚地指出所有假設(shè)條件以及已知和未知量，然后3) 求解方程，最后4) 以現(xiàn)象、幅度、單位等來評估結(jié)果等等.通常最后一點是教與學(xué)者最容易忽略的.我們依然以E9中的一個求解帶電圓環(huán)中心點的場強為例予以說明.

例載流圓環(huán)中心的場

問題計算一個半徑為R載流為I的圓環(huán)中心的磁場強度.

意譯圖1顯示了和定義了一些有用的符號和狀態(tài)(圖譯).

答案因此，環(huán)形中心總磁場為

(2)

評價這個表達式的單位為(N·m2/C2)(C/s)(s/m)m=N/C，是Bi的正確單位.

圖1　顯示圓環(huán)第i段在環(huán)中心產(chǎn)生的磁場

1.2.4習(xí)題層次豐富，呼應(yīng)《Six Ideas》理念

Moore早期在IUPP評估過程中發(fā)現(xiàn)并認(rèn)為，作業(yè)和考試必須支持課程目標(biāo).因此，《Six Ideas》中有許多支持發(fā)展學(xué)生解決問題能力的技巧，并鼓勵學(xué)生設(shè)身處地體驗物理學(xué)家們?nèi)绾嗡伎紗栴}.書中特別是前兩節(jié)中“問題解決框架” 是用來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“專家型”解決問題方法. “特別設(shè)計的作業(yè)”旨在減少機械解題，推動學(xué)生更多的概念思考并幫助他們練習(xí)運用概念于現(xiàn)實情況.

教科書中除了例題，還嵌入自學(xué)練習(xí)，測試?yán)斫饽芰Γ瑤椭吻逭`解，每章的結(jié)尾，Moore提供了完整和詳細解答，以免讀者被卡住.

每章結(jié)尾還有2大類題型：

第一大類“兩分鐘問題”有6至12道題，以多選形式出現(xiàn)，是Moore設(shè)計的《Six Ideas》一書與課堂教學(xué)密切關(guān)聯(lián)的一條“通道” . 教師將它們作為課堂教學(xué)重要的一部分，每次課至少選2道題投影于大屏幕上，學(xué)生以身邊若干同學(xué)為一小組，簡短討論后，向老師展示自己的選擇.華盛頓大學(xué)“物理學(xué)導(dǎo)論”課堂上有兩種展示“兩分鐘題”方式，第一種學(xué)生舉起《Six Ideas》書，將封底面向老師，用手指指定封底若干個字母中一個作答(見圖2).這樣的封底設(shè)計也是《Six Ideas》的特點之一，一是保護學(xué)生積極性，二是讓老師能知道學(xué)生答案分布以便進一步調(diào)整教學(xué)策略.第二種方式就是科技含量更高的答題器.這類題目通常能在幾分鐘內(nèi)得到答案，對于澄清學(xué)生對于物理概念共同的偏見或誤解非常有效(見圖3).

圖2　指字母作答

圖3　答題器作答

第二類“家庭作業(yè)問題”又分4種.第一種是“基本技能”問題，通常可以通過使用單一的公式就能解決，定性理解概念，往往是學(xué)生高中物理習(xí)慣了的方式.第二種是“綜合性”問題，若僅僅依靠略讀教科書是難以找到包含所有“未知量”完美的方程(組).第三種為“豐富內(nèi)涵型”問題，以敘事形式出現(xiàn)，給出的信息有可能冗余也可能不足，一般不用數(shù)值解.這些問題通常比“綜合性”難度更大，適于學(xué)生小組形式完成.最后一種是“前沿” 問題，主要挑戰(zhàn)優(yōu)秀的學(xué)生和指導(dǎo)老師，探討微妙的或超出課程數(shù)學(xué)推導(dǎo)水平的理論問題[11].

1.2.5仿真軟件，以圖像深化認(rèn)知

《Six Ideas》有大量的計算機程序可以從網(wǎng)絡(luò)資源免費下載和共享[9]，可以越過因物理學(xué)原理復(fù)雜而無法給出解析解的障礙，鮮明而生動地說明一些物理效應(yīng)，加深對物理學(xué)原理和概念的理解.比如說單元N專用的Newton 2.7 程序，這是一種能夠自動勾畫出二維物體運動軌跡的程序，對于學(xué)習(xí)及驗證牛頓力學(xué)作用較大.單元R專用的HypPrint是一個用來畫雙曲線的軟件，對學(xué)生理解以及構(gòu)造二維的雙曲線圖表非常有利.縱觀單元T，由于有定量分析的軟件，概念的基礎(chǔ)性得到增強.這些計算程序鼓勵學(xué)生改變輸入?yún)?shù)探索結(jié)果，卻不用陷入編程的麻煩.

2　《Six Ideas》在華盛頓大學(xué)的教學(xué)實踐

2.153分鐘的課程實踐案例

Rebecca L. Trousil博士也是華盛頓大學(xué)采用《Six Ideas》教學(xué)模式的創(chuàng)始人.她介紹了一堂“E9”內(nèi)容的53分鐘課程設(shè)計.E9的主要內(nèi)容為“電流產(chǎn)生磁場”：1) 一個運動電荷的磁場；2) 導(dǎo)線線段的磁場；3) 一個長直導(dǎo)線的磁場；4) 環(huán)形線圈的磁場；5) 所有磁鐵涉及環(huán)繞的電子；6) 磁對稱參數(shù).表1中列出了這堂課的時間分配、主要內(nèi)容和教學(xué)模式.

表1　一堂典型的53分鐘交互式課堂

Bernatowicz教授認(rèn)為他們《Six Ideas》的教學(xué)與傳統(tǒng)物理學(xué)導(dǎo)論最重要的區(qū)別是就是教師的角色更像教練而不是圣人，課堂性質(zhì)完全取決于教師的風(fēng)格以及環(huán)境.一個100人左右的典型的課堂通常是由一些可交換的元素混合而成，每一段事先都要做非常細致的估計使得課堂時間有效利用.如每章后面的練習(xí)和演示中的兩分鐘問題，每次不超過10～15分鐘的小型講座以說明不同主題之間的聯(lián)系，提供不同的推導(dǎo)，或者將物理主題擴展到教科書以外.《Six Ideas》看似“松散”結(jié)構(gòu)成功的教學(xué)確實需要教師做好充足的準(zhǔn)備和組織.最快樂的教學(xué)情況就是當(dāng)一個兩分鐘的問題產(chǎn)生分歧時，可以通過一個簡單的實驗或演示來解決.由此形成的理解可以通過求解一個相關(guān)問題，或者通過增加初始問題的復(fù)雜性和范圍加以練習(xí)和鞏固.

初看，與一個以講授為基礎(chǔ)的課堂相比《Six Ideas》似乎只是一些對于主題進行粗淺討論的交互，正相反，整體而言這是一個非常有效的程序.因為課前閱讀了課本并做了一些自測題，學(xué)生都已經(jīng)非常熟悉課堂要談及的話題，他們的頭腦已經(jīng)準(zhǔn)備好通過交流和參加課堂的各種活動以加強和深化初步認(rèn)識.

2.2學(xué)習(xí)評價

對學(xué)生掌握一門課的評價主要依據(jù)平時各類作業(yè)和考試等綜合性結(jié)果.華盛頓大學(xué)關(guān)于這兩項有自己獨特的舉措.事實上這些舉措《Six Ideas》的作者在他的關(guān)于該書的網(wǎng)站上也倡導(dǎo)并進行了介紹，他指出：作業(yè)和考試主要是給學(xué)生提供一個檢驗和提升解決問題能力的實踐平臺.華盛頓大學(xué)也做過學(xué)生民意調(diào)查，絕大部分學(xué)生贊成這些舉措.

華盛頓大學(xué)還有兩項特殊的做法.

1) 平時作業(yè)可反復(fù)修正.“物理學(xué)導(dǎo)論”課堂講臺上放有4個標(biāo)有不同字樣的作業(yè)筐，分別為“每天/首次”、 “每天/修訂”、 “每周/ 首次”、“每周/修訂” .學(xué)生們首次的每日作業(yè)和周作業(yè)分別交到首次作業(yè)筐，發(fā)下來后的作業(yè)可以重新修正交至修正作業(yè)筐，得到重新評定的成績.

2) 考試時間可延長三倍.正式考試通常安排在晚上，時間從6點開始.正?？荚嚂r間為2個小時，但是華盛頓大學(xué)將考試時間延長為6個小時，到深夜12點.Moore教授做過一個時間推算，如果他自己能在15分鐘內(nèi)完整地解出一道題，學(xué)生要花至少50分鐘的時間，他還主張允許學(xué)生將記錄了一些重要公式等內(nèi)容的卡片帶入考場.

2.3以《Six Ideas》為橋梁的主動學(xué)習(xí)模式的評價

華盛頓大學(xué)于2006年開始采用《Six Ideas》以及其教學(xué)方法，實施教學(xué)以來的效果可以從3個方面進行說明.

1) 課程選修人數(shù)翻轉(zhuǎn).該校關(guān)于“物理學(xué)導(dǎo)論”有兩門課程，其一是傳統(tǒng)的以教師為主的課堂教學(xué)，采用YoungFreedman專門為華盛頓大學(xué)出版的第三版《SearsZemansky’s UNIVERSITY PHYSICS WITH MODERN PHYSICS TECHNOLOGY UPDATE》為教材，課程代號為117和118；另一門代號為187和198的課程采用《Six Ideas》為教材的主動學(xué)習(xí)法.兩門課程學(xué)生自由選課的比例已經(jīng)遠遠翻轉(zhuǎn).

2) 物理專業(yè)志愿學(xué)生人數(shù)增長.華盛頓大學(xué)學(xué)生通過《物理學(xué)導(dǎo)論》的學(xué)習(xí)，以物理為專業(yè)志愿的學(xué)生也數(shù)倍增長.

3) 物理學(xué)習(xí)態(tài)度和模式的變化[12，13].學(xué)生的考試成績不失為一種教學(xué)方法和模式的檢測標(biāo)準(zhǔn)，但是華盛頓大學(xué)采用了調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)物理和解決問題的態(tài)度以及方法等元素進行評價，非常符合物理學(xué)教學(xué)的目的，不失為一種很好的模式.他們精心構(gòu)建了8個主題用以學(xué)生調(diào)查：現(xiàn)實世界的聯(lián)系、個人興趣、弄清意義/努力、概念的聯(lián)系、概念應(yīng)用的理解、通用問題的解決、解決問題的信心和解決問題的復(fù)雜性.每個主題又有若干個子題目細分，比如“現(xiàn)實世界的聯(lián)系”分別對應(yīng)4個小題目：物理學(xué)習(xí)改變了我關(guān)于世界如何運作的觀點、物理推理技巧有助于我的日常生活、物理學(xué)科與我現(xiàn)實世界的經(jīng)驗沒有聯(lián)系以及為了解物理學(xué)，有時考慮將個人經(jīng)驗與某個專題相關(guān)聯(lián).

華盛頓大學(xué)2009年發(fā)布了對學(xué)生作的相關(guān)測試[13]，當(dāng)屆所有學(xué)生457人應(yīng)邀參加了一基于網(wǎng)絡(luò)的物理學(xué)導(dǎo)論的調(diào)查，94個學(xué)生對調(diào)查作出回應(yīng).其中58個是傳統(tǒng)教學(xué)過程的學(xué)生，36個主動學(xué)習(xí)課程的學(xué)生.兩個群體的特點非常相似：性別和種族，數(shù)學(xué)/物理高中準(zhǔn)備，專業(yè)分布以及年級.下面我們僅列舉兩道題目(見圖4)分別代表不同類型學(xué)生的觀點.總體來說，“主動學(xué)習(xí)”課程學(xué)生的學(xué)習(xí)物理的態(tài)度和方法其自我感覺都優(yōu)于傳統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生.

圖4　華盛頓大學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)“物理學(xué)導(dǎo)論”態(tài)度與方法調(diào)查情況

3　結(jié)語

物理學(xué)以及交叉學(xué)科的發(fā)展勢頭給高?；A(chǔ)物理學(xué)教與學(xué)的模式帶來極大的挑戰(zhàn)，《Six Ideas》一書的編著思想以及成功的實踐給我們帶來很好的啟示.

《Six Ideas》是教與學(xué)之間的橋梁.其中對物理公式和例題的詮釋的方式也是 “主動學(xué)習(xí)”式學(xué)生獲得積極學(xué)習(xí)物理態(tài)度和良好方法的因素之一；“兩分鐘問題”的交互式教學(xué)所追求的澄清學(xué)生對于物理概念共同的偏見或誤解卓有成效.

華盛頓大學(xué)在作業(yè)與考試方面的改革是激勵學(xué)生學(xué)好物理有益的嘗試.

事實上，讀者早就發(fā)現(xiàn)《Six Ideas》中沒有涉及幾何光學(xué)[14]，Moore教授保留自己的觀點：

1) 因為幾何光學(xué)內(nèi)容不再適合于21世紀(jì)的學(xué)生，因此需為當(dāng)代物理學(xué)話題讓道留出空間；

2) 做光學(xué)實驗從實踐中學(xué)習(xí)效果更佳(在 Pomona College的實驗室中有專門的實驗，另外Moore教授提供了5個章節(jié)的幾何光學(xué)內(nèi)容發(fā)布于網(wǎng)站).

[1]Thomas J Bernatowicz. Post-Use Review. Six Ideas That Shaped Physics (2nd ed, six volumes)[J]. Am J Phys, 2006,74(3):243-245.

[2]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit C: Conservation Laws Constrain Interactions[M]. 2nd ed. New York: McGrow-Hill, 2003:1-285.

[3]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit N: The Laws of Physics Are Universal[M]. 2nd ed. New York: McGrow-Hill, 2003:1-264.

[4]http://www.physics.pomona.edu/sixideas/.

[5]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit R: The Laws of Physics Are Frame-Independent[M]. 2nd ed. New York: McGrow-Hill, 2003:1-213.

[6]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit E: Electric and Magnetic Fields Are Unified[M]. 3rd ed(Draft). McGrow-Hill, 2006:1-325.

[7]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit Q: Particles Behave Like Waves[M]. 2nd ed. New York: McGrow-Hill, 2003:1-297.

[8]Thomas A Moore. Six Ideas That Shaped Physice: Unit T: Some Processes Are Irreversible[M]. 2nd ed. New York: McGrow-Hill, 2003:1-185.

[9]Useful Computer Programs[EB/OL]. http://www.physics.pomona.edu/sixideas/sicpr.html.

[10]張立彬，等. 決定物理學(xué)發(fā)展的六大思想——《Six Ideas That Shaped Physics》賞析[J].大學(xué)物理，2012,31(3):55-59.

[11]Online Preface; Homework[EB/OL]. http://www.physics.pomona.edu/sixideas/sipref.html.

[12]Adams W K, Perkins K K, Podolefsky N S, et al. New instrument for measuring student beliefs about physics and learning physics:The Colorado Learning Attitudes about Science Survey [J]. ADAMS et al. PHYS. REV. ST PHYS. EDUC. RES. 2, 010101(2006): 1-13.

[13]Michael J Cahill, K Mairin Hynes, Rebecca Trousil, et al. Multiyear, multi-instructor evaluation of a large-class interactive-engagement curriculum[J]. ADAMS et al. PHYS. REV. ST PHYS. EDUC. RES. 10, 020101(2014):1-19.

[14]Optice Materials[EB/OL]. http://www.physics.pomona.edu/sixideas/sioptc.html.

(College of Science, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410073, China)

《Six Ideas that shaped physics》 and its practice course—— Taking the practice of the “Introduction to the physics” course in

Washington University as an example

HE Yan-lan, PENG Gang, LIU Yi-xing, LI Shuang, YANG Xiao, YANG Wei-xin

The 《Six Ideas》 (short for 《Six ideas that shaped physics》) has been used by all over the world more than 100 colleges and universities, using the six ideas that shaped physics as a line to construct a frame of this set of textbooks has breached the mode of construction of traditional physics textbooks which in order of mechanics, thermodynamics, electromagnetics and optics. Each units of the 《Six Ideas》 using a historical development of story line, to emphasize the inherent idea and application conditions of concepts and laws, and the text and/or graphics translation problem framework model to translate some problems. The content of each unit is not only suitable for the students to learn by themselves, but also for teachers classroom teaching tailored for 50 minutes; it is indeed a good physics textbook which suitable for students “active learning” and teachers teaching; one typical practice of the “Introduction to the physics” course in Washington University in St. Louis will be taken as an example, based on the Material of E9.

introduction to the physics; active learning; six ideas that shaped physics

2014-12-22；

2015-06-30

國防科技大學(xué)教育教學(xué)研究重點立項課題(U2012003)、國防科技大學(xué)教育教學(xué)研究重點立項課題(U2014000)、國防科技大學(xué)訓(xùn)練部：教育訓(xùn)練項目資助.

何焰藍(1962—)，女，四川南充人，國防科技大學(xué)理學(xué)院教授，博士，主要從事光學(xué)與聲學(xué)方面研究工作，物理基礎(chǔ)課特別是物理實驗教學(xué)以及研究工作.

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1000- 0712(2016)02- 0041- 07