基于科學(xué)概念在物理學(xué)中的組織功能及其在發(fā)展學(xué)習(xí)者科學(xué)思維能力方面的特殊作用,強(qiáng)調(diào)深入的概念理解也就成為AP物理課程的較基本、較核心的目標(biāo)。為了促成這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),AP物理課程改革正朝以下方向努力:
1.學(xué)生資格:為深入理解做準(zhǔn)備
參加AP物理課程的學(xué)生應(yīng)具備兩個條件:其一是應(yīng)學(xué)習(xí)過國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確的高中畢業(yè)所要求物理課程,否則學(xué)生的學(xué)習(xí)的日程就會很緊,而沒有時間去發(fā)展理解的深度;其二是學(xué)生應(yīng)該熟練地掌握學(xué)習(xí)微積分前所必修的數(shù)學(xué)課程,特別是應(yīng)該熟練掌握代數(shù)運(yùn)算和基礎(chǔ)三角知識,因?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)水平在選擇并理解物理主題時會起作用。
2.牛頓機(jī)械力學(xué): 課程內(nèi)容的基礎(chǔ)
任何高級物理學(xué)習(xí)都應(yīng)該包含牛頓機(jī)械力學(xué),原因之一:精通牛頓機(jī)械力學(xué)是學(xué)生完成高級物理項(xiàng)目進(jìn)入大學(xué)的基本要求;之二:牛頓機(jī)械力學(xué)為促進(jìn)概念的深入理解提供了一個理想的框架。
3.數(shù)學(xué): 促進(jìn)概念深入理解的工具
數(shù)學(xué)在物理中有兩個作用:一是把物理事實(shí)關(guān)系轉(zhuǎn)化成通常用等式表達(dá)的數(shù)學(xué)模型,若學(xué)生具有這種轉(zhuǎn)換技能則表明其物理原理(概念)有了深入的理解;而是基于數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算以求得較后的結(jié)果,這種數(shù)學(xué)能力的運(yùn)用對物理概念的理解沒有什么作用。學(xué)習(xí)牛頓機(jī)械力學(xué)的首要目標(biāo)不是形成執(zhí)行復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的能力。例如,對學(xué)習(xí)AP物理課程的學(xué)生來說,沒有必要學(xué)會怎樣根據(jù)定軸計(jì)算圓柱體的瞬間慣性,但對他們來說,理解旋轉(zhuǎn)動能和角動量很重要。盡管學(xué)好微積分知識需要更高的數(shù)學(xué)能力,但微積分的概念對理解物理事件很重要。所以有兩個建議:一是鼓勵教師在教授數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較好的學(xué)生時使用正式的微積分,這些學(xué)生渴望應(yīng)用他們數(shù)學(xué)的“威力”;而是期終考試不要求學(xué)生使用正式的微積分,但是可以測試學(xué)習(xí)物理所必須的微分和積分概念的知識。例如,要求學(xué)生知道,當(dāng)已知位移—時間圖的斜率時,就能求出瞬時速率;當(dāng)能從力的曲線下的面積獲得某一位置的函數(shù)時,就能求出不同力所做的功。
4.平衡: 課程內(nèi)容的深度和廣度
AP物理課程B的內(nèi)容寬泛、容量巨大。
AP物理課程C就內(nèi)容寬度來說是規(guī)模適度的物理課程(內(nèi)容涵蓋牛頓力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)),在知識廣度和深度上也是適度平衡的,但它對數(shù)學(xué)水平的要求并不適合所有學(xué)生。
5.來自真實(shí)世界(實(shí)驗(yàn)室)的經(jīng)驗(yàn)
科學(xué)本質(zhì)上人們知道并理解身邊物理世界的過程。科學(xué)思維與其它思考方式的區(qū)別在于它靠物理世界的證據(jù)來判斷假設(shè)、規(guī)則、理論的真實(shí)性。來自真實(shí)世界的經(jīng)驗(yàn)以及觀察現(xiàn)象來驗(yàn)證科學(xué)概念的方法應(yīng)是AP物理課程的重要組成部分。參加高級物理課程的學(xué)生已經(jīng)擁有大量來自物理學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能方面的經(jīng)驗(yàn),因而AP 物理課程應(yīng)該給學(xué)生提供額外的經(jīng)驗(yàn),如明確敘述他們自己的推測和解釋的經(jīng)驗(yàn),把真實(shí)世界現(xiàn)象與科學(xué)共同體提出的概念、原理和理論相聯(lián)系的經(jīng)驗(yàn)等。
AP物理課程是AP項(xiàng)目的一個重要組成部分,目前的AP物理課程有兩類,AP物理課程B和AP物理課程C。課程B的內(nèi)容寬泛,不涉及計(jì)算,通常由主修生物或健康門類的學(xué)生選修,學(xué)習(xí)時間一般為兩學(xué)期;課程C是一門以計(jì)算為基礎(chǔ)的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)類入門課程,關(guān)注物理科學(xué)和物理工程學(xué)的學(xué)生一般會選修,學(xué)習(xí)時間一般為三學(xué)期以上。
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