高中物理中量子理论的课程研究

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我国于21世纪初启动新一轮基础教育改革,对课程设置、目标等进行了全面、深刻的变革,课程内容现代化是高中课程改革的重点之一。高中物理课程中的量子理论在提高中学生的科学素养方面具有独特的教育价值,然而在该部分课程建设中面临的许多重要问题尚未得到解决,需要从理论和实践的层面加以研究。  本研究采用理论研究和实证研究相结合的方法。第一,通过文献研究和专家访谈,明确高中物理课程中量子理论的地位与教育价值;第二,通过文献研究和问卷调查,探明社会对量子理论知识的需求、量子理论的发展和高中生对微观世界的认知;第三,研究、分析我国从民国到20世纪末的课程文件和教科书,探究我国高中物理中量子理论的课程发展历程;第四,选择典型案例,比较、剖析多个国家和地区的高中物理中量子理论的课程现状,找寻可供我国课程建设借鉴之处;第五,结合笔者课程标准高中物理3-5教科书的编制实践,多方位剖析我国高中物理新课程标准及其教科书。在上述研究的基础上,对有关量子理论部分的高中物理课程标准修订、教科书编写及课程实施提出建议。  通过研究,得到了如下一些结论:  结论1:通过文献研究和专家访谈,表明量子理论对提高学生的科学素养有着独特的教育价值。量子理论是现代科学技术的基础,深深影响着现代物理学和其他自然科学分支的发展,通过对量子理论的学习,可为高中生的将来的学习和生活打下良好的基础;量子理论中蕴含丰富的科学方法教育内容,物理学家在构建量子力学的过程中,充分展示了其高超的哲学素养、创新能力和实事求是的科学态度。在高中阶段初步学习量子理论内容,将使学生体会其中的科学方法,受到科学哲学思想的启迪,感悟科学的和谐美;量子理论中蕴含丰富的科学本质教育内容,物理学家在此领域中的探索体现了科学本质及探究的特点,是对高中生进行科学本质教育的良好素材。  结论2:我国高中生在学习量子理论内容之前,所持关于原子、电子、光等的观念与历史上一些物理学家的观念存在着相似之处。大多高中生习惯于用经典物理学的观点解释微观现象,选择物化组合的高中生对原子的认知显著好于选择物生地组合的高中生,他们更认同电子云的原子结构模型和核外电子分布的概率性描述。高中生通过数学的学习,对概率与统计的概念有一定的认识,为学习量子理论的统计观念打下了良好的基础。表明高中生对原子结构和统计性观念有较高的接受度。  结论3:随着时代的发展,我国高中物理课程中量子理论在深广度的变化上尽管存在反复,但总的趋势是内容增多,要求变高,逐步体现了课程现代化的要求。  结论4:笔者比较、剖析了多个国家和地区的高中物理中量子理论的课程现状,研究表明美国、日本、加拿大、澳大利亚、芬兰等国的课程文件均从整体上设计高中科学课程,美国密歇根州、加拿大安大略省把波和粒子、原子结构的内容分别安排在高中物理和化学课程中,但所分析的课程文件中大多没有引入统计的观点说明光和粒子的行为。美国高中物理教科书中量子理论部分关注探究和STS的做法值得我们借鉴。  结论5:笔者对4套教科书的量子理论部分的课程难度进行了比较研究,发现4套教科书均高于课程标准,并呈现如下顺序:教科版>人教版>沪科教版>鲁科版。  结论6:笔者从不同时期和中美比较两个视角,基于科学素养的主题,定量分析、比较高中物理教科书中量子理论部分内容,我国新课程教科书相对传统教科书在科学素养主题内涵及所占比重方面,发生了积极的变化,主要表现在更加关注学生的主动探究和科学史教育,但科学、技术、社会关系主题内容较少、范围较窄,绝大多数为展示科学或技术在社会中的应用。美国的《物理:原理与问题》在科学素养主题的均衡性上表现比我国教科书要好,有关科学、技术、社会主题的比重远高于我国教科书。
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