理工科專業(yè)大一新生的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)分析

杜明榮

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，河南開封 475004）

理工科專業(yè)大一新生的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)分析

杜明榮

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院，河南開封 475004）

清楚地了解學(xué)生所擁有的知識(shí)基礎(chǔ)是教師順利開展新知識(shí)教學(xué)的前提和保障.本文從高中物理課程的設(shè)置、高考大綱及考試說明中對(duì)物理知識(shí)的具體要求，以及學(xué)生對(duì)物理課程各模塊的實(shí)際選學(xué)狀況等方面，較為詳盡地分析了高中理科畢業(yè)生的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，即理工科專業(yè)大一新生的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，此分析能為我們的大學(xué)物理教學(xué)提供一些有益的參考.

理工科；物理學(xué)；知識(shí)基礎(chǔ)

1 現(xiàn)行高中物理課程結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)行的高中物理課程共由12個(gè)模塊構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］.其中物理1和物理2為共同必修模塊，涉及物理學(xué)的核心內(nèi)容，要求全體高中學(xué)生共同學(xué)習(xí).選修1系列兩個(gè)模塊的內(nèi)容，側(cè)重物理學(xué)與社會(huì)的相互關(guān)聯(lián)和相互作用，突出物理學(xué)的人文特色.選修2系列3個(gè)模塊的內(nèi)容，側(cè)重從技術(shù)應(yīng)用的角度展示物理學(xué)，強(qiáng)調(diào)物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，體現(xiàn)物理學(xué)的應(yīng)用性、實(shí)踐性.選修3系列5個(gè)模塊的內(nèi)容，側(cè)重讓學(xué)生較全面地學(xué)習(xí)物理學(xué)的基本內(nèi)容，進(jìn)一步了解物理學(xué)的思想和方法，較為深入地認(rèn)識(shí)物理學(xué)在技術(shù)中的應(yīng)用以及對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的影響.

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生在修完物理1和物理2之后，可以從選修1-1、2-1、3-1這3個(gè)模塊中任選一個(gè)模塊學(xué)習(xí)，即可達(dá)到高中畢業(yè)的要求.一般情況下，文科生在修完物理1和物理2之后，會(huì)從選修1系列的兩個(gè)模塊中選擇一到兩個(gè)模塊繼續(xù)學(xué)習(xí)，理科生在在修完物理1和物理2之后，會(huì)從選修3系列的5個(gè)模塊中選擇3到4個(gè)模塊繼續(xù)學(xué)習(xí).但實(shí)際上，高考的需要、學(xué)校的師資情況以及地方教育行政部門給出的選課指導(dǎo)意見等，都會(huì)直接影響學(xué)生對(duì)選修模塊的選學(xué)情況.

圖1 高中物理課程結(jié)構(gòu)框圖

2 高中理科生的實(shí)際選課狀況

考慮到課程標(biāo)準(zhǔn)中物理知識(shí)的安排和高校錄取新生的基本要求，高考大綱［2］把物理考試內(nèi)容分為必考和選考兩類，其中必考內(nèi)容包括物理1、物理2、選修3-1和選修3-2等4個(gè)模塊，選考內(nèi)容包括選修3-3、選修3-4、選修3-5以及選修2-2等4個(gè)模塊，除必考內(nèi)容外，考生還必須從4個(gè)選考模塊中選擇兩個(gè)模塊作為自己的考試內(nèi)容，但不得同時(shí)選擇模塊2-2和3-3.

依據(jù)考試大綱，對(duì)于選修3系列的理科生來說，3-1和3-2必須學(xué)習(xí)，同時(shí)，還必須從3-3、3-4、3-5中至少選學(xué)兩個(gè)模塊.但事實(shí)上，在高考新課標(biāo)全國卷的理科綜合能力測(cè)試中［3］，對(duì)于分別考查3-3、3-4、3-5模塊內(nèi)容的3道選考題，只要求考生任意選做其中一道題即可.

高考的導(dǎo)向作用是客觀存在的.本文以來自河南省不同地市的84名物理學(xué)專業(yè)大一新生為調(diào)查對(duì)象，調(diào)查了他們高中期間對(duì)選修3系列各模塊的實(shí)際選學(xué)情況，結(jié)果如圖2所示.可見，對(duì)于大多數(shù)同學(xué)來說，他們以高考為目標(biāo)，僅僅選學(xué)了高考要考的內(nèi)容，而對(duì)于高考不考的內(nèi)容則放棄了學(xué)習(xí).顯然，這樣的學(xué)習(xí)不利于他們形成較為完整的物理學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)于進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理學(xué)有一定的影響.

圖2 理科生選修3系列各模塊的狀況

3 大一新生的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)

從課程設(shè)置的角度來看，高中階段為理科生準(zhǔn)備的物理課程共包括物理1、物理2、選修3-1、選修3-2、選修3-3、選修3-4、選修3-5等7個(gè)模塊，一名理科生若能完整地修完這7個(gè)模塊的課程，則他在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及近代物理等方面，將會(huì)有比較全面的知識(shí)基礎(chǔ).但是，由于高考考試說明［4］中明確指出選修3-3、選修3-4、選修3-5這3個(gè)模塊為選考模塊，只要求考生任意選考一個(gè)模塊的內(nèi)容，因此，對(duì)于這3個(gè)選考模塊學(xué)生的實(shí)際選學(xué)結(jié)果是:73.8%的學(xué)生只選學(xué)了一個(gè)模塊，選學(xué)兩個(gè)模塊的為26.2%，3個(gè)模塊全選的為0.0%.可見，對(duì)于進(jìn)入大學(xué)理工科專業(yè)進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理學(xué)的新生來說，在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及近代物理等幾方面，絕大多數(shù)學(xué)生不具備全面的知識(shí)基礎(chǔ).

考慮到高中理科生的物理學(xué)習(xí)主要是圍繞高考的要求展開的，因此，下面本文從高考考試說明中對(duì)考試內(nèi)容的要求來分析學(xué)生在高中階段主要掌握的物理學(xué)知識(shí)，此即大學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理學(xué)的知識(shí)基礎(chǔ).

3.1 力學(xué)方面的基礎(chǔ)

高考考試說明中對(duì)力學(xué)部分的知識(shí)要求共包括7個(gè)內(nèi)容主題，在高中物理課程結(jié)構(gòu)中分屬于4個(gè)模塊，具體分布情況及內(nèi)容要點(diǎn)如表1所示.

表1 高考力學(xué)部分的知識(shí)內(nèi)容

表1中，質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)、相互作用與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)、機(jī)械能、萬有引力定律這5個(gè)主題，位于物理1和物理2模塊，屬于必修必考的內(nèi)容，且這部分內(nèi)容在高考中所占比重較大，因此學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)掌握得比較扎實(shí).機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波這一主題位于選修3-4模塊，在高考中屬于選考內(nèi)容，被調(diào)查的84名同學(xué)中只有26人選學(xué)了該模塊，也就是說69.0%的同學(xué)在進(jìn)入大學(xué)時(shí)不具備這部分知識(shí)基礎(chǔ).碰撞與動(dòng)量守恒這一主題位于選修3-5模塊，在3個(gè)選考模塊中，該模塊是選修人數(shù)最多的模塊，達(dá)到了71.4%，但是，動(dòng)量守恒定律作為物理學(xué)中非常重要的一個(gè)定律，還是有28.6%的同學(xué)在進(jìn)入大學(xué)時(shí)對(duì)該定律完全不了解.

3.2 熱學(xué)方面的基礎(chǔ)

高考考試說明中對(duì)熱學(xué)部分的知識(shí)要求共包括3個(gè)內(nèi)容主題，在高中物理課程結(jié)構(gòu)中位于3-3模塊，具體內(nèi)容要點(diǎn)如表2所示.

表2 高考熱學(xué)部分的知識(shí)內(nèi)容

這部分內(nèi)容中，分子動(dòng)理論、氣體實(shí)驗(yàn)定律、熱力學(xué)定律、能量守恒定律等，都是進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱學(xué)知識(shí)的重要基礎(chǔ).但是，在高中物理課程結(jié)構(gòu)中這部分內(nèi)容位于選修3-3模塊，該模塊在高考要求中屬于選考模塊，因此，學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)學(xué)習(xí)的重視程度較低，很多學(xué)生根本就沒有選學(xué)這部分內(nèi)容，選學(xué)這部分內(nèi)容的學(xué)生只有23.8%，如圖3所示.可見，學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)時(shí)，熱學(xué)部分的知識(shí)基礎(chǔ)是相當(dāng)薄弱的，這給大學(xué)講授熱學(xué)內(nèi)容的老師帶來一定的困惑.曾有一位大學(xué)老師在指導(dǎo)學(xué)生做“測(cè)定液體表面張力系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，感嘆學(xué)生怎么連最基本的相關(guān)概念都不清楚，其實(shí)真正的原因是多數(shù)學(xué)生在中學(xué)時(shí)根本就沒有學(xué)過這部分內(nèi)容.

圖3 學(xué)生選學(xué)3-3的情況

3.3 電磁學(xué)方面的基礎(chǔ)

高考考試說明中對(duì)電磁學(xué)部分的知識(shí)要求共包括6個(gè)內(nèi)容主題，在高中物理課程結(jié)構(gòu)中分別屬于選修3-1、3-2和3-4這3個(gè)模塊，其中3-1和3-2模塊在高考中屬于必考模塊，3-4為選考模塊，具體的內(nèi)容要點(diǎn)如表3所示.

表3 高考電磁學(xué)部分的知識(shí)內(nèi)容

分析表3可見，電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電路、電磁感應(yīng)和交變電流這5個(gè)內(nèi)容主題中，包含了電磁學(xué)部分很多的基本概念、基本原理和基本定律，這些內(nèi)容全部位于必考模塊，位于選考模塊的內(nèi)容只有電磁振蕩與電磁波這一個(gè)主題.電磁學(xué)部分在高考中屬于重點(diǎn)內(nèi)容，每年高考試卷中電磁學(xué)部分的分值占物理總分值的比重都在40%左右，因此，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)比較重視.可以說，學(xué)生在電磁學(xué)部分的知識(shí)基礎(chǔ)比較扎實(shí)，對(duì)于大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)基本沒有問題.

3.4 光學(xué)方面的基礎(chǔ)

高考考試說明中對(duì)光學(xué)部分的知識(shí)要求只有一個(gè)內(nèi)容主題，在高中物理課程結(jié)構(gòu)中屬于選修3-4模塊，具體內(nèi)容要點(diǎn)如表4所示.

表4 高考光學(xué)部分的知識(shí)內(nèi)容

由表4可見，光學(xué)部分的內(nèi)容在高中物理中涉及的較少，但包含了光的折射以及干涉和衍射等光學(xué)基本概念和規(guī)律.不過，這部分內(nèi)容位于3-4模塊，該模塊為選考模塊，選學(xué)該模塊內(nèi)容的同學(xué)只有31.0%，而69.0%的同學(xué)沒有學(xué)習(xí)過這部分內(nèi)容.因此，大學(xué)老師在講授光學(xué)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)幫助學(xué)生補(bǔ)充學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，以便進(jìn)一步的學(xué)習(xí)能夠順利展開.

3.5 近代物理方面的基礎(chǔ)

高考考試說明中對(duì)近代物理部分的知識(shí)要求共包括相對(duì)論、原子結(jié)構(gòu)、原子核、波粒二象性等4個(gè)主題，具體的內(nèi)容要點(diǎn)如表5所示.

表5 高考近代物理部分的知識(shí)內(nèi)容

表5的這4個(gè)主題中，包含了相對(duì)論和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)理論等近代物理的主要內(nèi)容.但是，這部分內(nèi)容在高中物理課程結(jié)構(gòu)中分別屬于選修3-4和3-5這兩個(gè)選考模塊，學(xué)生選學(xué)3-4的比例為31.0%，選學(xué)3-5的比例為71.4%，而同時(shí)選學(xué)了3-4和3-5兩個(gè)模塊的比例僅為16.6%.可見，大部分學(xué)生在近代物理方面的知識(shí)基礎(chǔ)是非常薄弱的.

4 討論與建議

對(duì)于大學(xué)將繼續(xù)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的理科生來說，若能在高中階段較為全面地掌握力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及近代物理等相關(guān)的知識(shí)基礎(chǔ)，顯然有利于大學(xué)物理相關(guān)內(nèi)容的進(jìn)一步學(xué)習(xí).但是，由于高考選考內(nèi)容的存在，導(dǎo)致相同的內(nèi)容對(duì)于一些學(xué)生來說是熟悉的，而對(duì)于另一些學(xué)生來說則完全是陌生的，這種基礎(chǔ)知識(shí)參差不齊的狀況，會(huì)給大學(xué)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)帶來一定的障礙.

隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深入，課程結(jié)構(gòu)的設(shè)置也將越來越完善.高中物理課程的設(shè)置對(duì)于理科生來說，除了設(shè)置那些能夠使學(xué)生開闊視野，拓展興趣的選修內(nèi)容外，在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及近代物理等方面，對(duì)于那些蘊(yùn)含著物理學(xué)基本概念、基本原理、基本思想、基本方法，并能使學(xué)生從中獲得科學(xué)思維能力以及相應(yīng)科學(xué)素養(yǎng)的知識(shí)，若能作為必修內(nèi)容要求學(xué)生必考必學(xué)，則更有利于他們進(jìn)一步地學(xué)習(xí)和發(fā)展.

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)對(duì)新信息進(jìn)行加工處理，建構(gòu)知識(shí)表征的過程［5］.可見，基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)是非常重要的，我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)只有清楚了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，才能正確引導(dǎo)學(xué)生順利地進(jìn)入下一步的學(xué)習(xí).因此，大學(xué)老師在教學(xué)的過程中，應(yīng)認(rèn)真分析學(xué)生具備的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以達(dá)到理想的教學(xué)效果.

［1］中華人民共和國教育部.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］教育部考試中心.2015年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科）［M］.北京:高等教育出版社，2015.

［3］教育部考試中心.2015年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測(cè)試（全國新課標(biāo)卷Ⅰ）［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/.2015-12-26.

［4］教育部考試中心.2015年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明（理科）［M］.北京:高等教育出版社，2015.

［5］George W.Gagnon Jr，Michelle Collay，宋玲.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2008.

THE ANALYSIS OF PHYSICS KNOWLEDGE OF FRESHMEN MAJORING IN SCIENCE AND ENGINEERING

Du Mingrong
（School of Physics and Electronics，Henan University，Kaifeng，Henan，475004，China）

A clear recognization of the students background education is a prerequisite and assurance for the teachers to carry out efficient teaching.This article provides a detailed analysis of the physics knowledge structure a high school graduate should have.Our consideration covers the following various realistic aspects，the arrangements of the high school physics curriculum，the specific requirements on physics by college entrance examination syllabus and instruction，and the students’practical choices of different physics course modules.Our analysis provides the detailed background physics knowledge of a freshman majoring in science and engineering，which should be highly beneficial to our college physics teaching.

science and engineering；physics；knowledge base

2016-03-16

本文獲得2016年度河南省教師教育課程改革研究項(xiàng)目資助，系該項(xiàng)目重點(diǎn)課題《“國家教師資格統(tǒng)一考試”背景下師范生培養(yǎng)方案的改革研究，項(xiàng)目編號(hào):2016-JSJYZD-002》的研究成果.

杜明榮，女，副教授，主要從事物理教學(xué)與科研工作，研究方向?yàn)槲锢碚n程與教學(xué)論.dmrong69@henu.edu.cn

杜明榮.理工科專業(yè)大一新生的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)分析［J］.物理與工程，2016，26（4）:27-31.