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物理教育研究现状简介二三四一物理教育研究（PER）领域简介物理教育研究范式国际物理教育研究领域关注的主要问题如何理解物理教育研究五物理教育研究的主要方法一、如何理解物理教育研究国际物理教育的研究模型学生研究教学课程发展郭玉英.以研究促改革：美国物理教学的发展变化及启示[J].物理教师,2005,26(6):1-3一、如何理解物理教育研究物理教师是物理教育研究的主体转变观念和思路：不要把研究看做教学之外的工作用研究的思路看教学：把教学看做研究过程中的一环物理教师在研究中形成学术共同体：用研究的结果改进教学实践二、物理教育研究（PER）领域简介物理教育研究是一个年轻的研究领域，只有30多年的历史。DavidHestenes亚利桑那州立大学EdwardF.Redish马里兰大学LillianMcDermott华盛顿大学二、物理教育研究（PER）领域简介DavidHestenes亚利桑那州立大学IbrahimHalloun,DavidHestenes.Theinitialknowledgestateofcollegephysicsstudents[J].AmericanJournalofPhysics,1984,53(11):1043-10551985年：MechanicsDiagnosticTest（MDT）1992：ForceConceptInventory（FCI）1995：对FCI进行修订二、物理教育研究（PER）领域简介EricMazur哈佛大学尽管传统的物理教学方法培养了许多成功的科学家和工程师，但还是有太多的学生没有在传统的方法中得到激励。那么，问题出在哪里？从1984年开始，我就在哈佛大学讲授工程与科学专业的基础物理课程。在1990年之前，我一直是用课堂演示的传统教学方式讲授课程。我对自己的教学总的来说是满意的。学生能够很好地解决我所认为的难题，对我的评价也非常肯定。就我当时所知，我讲授的班不存在太多的问题。二、物理教育研究（PER）领域简介EricMazur哈佛大学然而在1990年，我偶然看到哈喽恩和赫斯腾斯的一系列文章，真的让我眼前一亮。众所周知，学生们在刚开始学习物理课程时对普遍的物理现象持有强烈的看法和直觉。这些认识是源于个人经验，影响了在基础物理课堂上教给他们的关于物质的解释。哈喽恩和赫斯腾斯认为我们现在的教学基本不能改变学生们这些所谓的“常识”看法。二、物理教育研究（PER）领域简介EricMazur哈佛教学PeerInstruction同伴教学二、物理教育研究（PER）领域简介LillianMcDermott华盛顿大学L．C．McDemaott.Whatweteachandwhatislearned:Closingthegap.Am．J．Phys．59，301-315(1991)．L．C．McDermott．“Howweteachandhowstudentslearn:Amimaatch?”Am．J．Phys．61(4)，295-298(1993)．二、物理教育研究（PER）领域简介我们教了什么，学生学到什么？如何缩小它们之间的差距。我们怎么教和学生如何学？两者是否匹配错误？传统物理教学与评价的主要问题：学生能解决定量问题并不表明真正理解物理传统教学不能使学生建立起具有内在一致性的概念化知识结构传统教学不能使学生有效地建立概念传统教学通常不能促进学生推理能力的发展在传统教学方式下，学生的概念与概念的表达形式和真实世界之间缺乏联系讲授式教学对大多数学生来说效率较低二、物理教育研究（PER）领域简介LillianMcDermott华盛顿大学探究物理我们教了什么，学生学到什么？如何缩小它们之间的差距。我们怎么教和学生如何学？两者是否匹配错误？《物理教师》2007年第9期上一篇文章中的一段描述：一位医科大学毕业的学生顺手拿起桌上的一个苹果向空中抛去，然后用手接住，笑着对我说，老师，加速度多大？你是指抛上去还是落下来的过程？（一个女孩，也是医科大学毕业的）上升加速度朝上，下降时加速度朝下。（军事指挥院校的毕业生干脆利索地回答）上升过程中速度都没增加，哪有加速度？下降才有加速度吧？（师范大学毕业的，不是学物理专业）最高点苹果都停下来了，肯定没有加速度。（竟然是一个重点大学理工科毕业生的回答）老师，我忘得一干二净了，全还给你了，白学了。（一个女孩，后来学文科了）……二、物理教育研究（PER）领域简介学术团体与研究领域联合国教科文组织（UNESCO）设有国际纯物理与应用物理协会（IUPAP），其下设国际物理教育委员会（ICPE）。各国均有研究物理教育的学术团体美国：AmericanPhysicalSociety（APS）、AmericanAssociationofPhysicsTeachers（AAPT）中国：中国物理学会下设物理教学委员会中国教育学会下设物理教学专业委员会二、物理教育研究（PER）领域简介主要研究人员认知心理学家物理教师科学教育者关注人类认知关注物理学科关注一般的教学策略具体的困难具体的教学策略认知和教学理论二、物理教育研究（PER）领域简介为什么研究？谁来研究？研究什么？怎样研究？研究基础是什么？研究成果如何交流？已经取得哪些成果？还有哪些问题需要研究？基本问题：三、国内外物理教育研究领域关注的主要问题•物理知识•学生的知识和学习•教师的态度和实践•课程发展•评价•教学情境图1：本书各部分与教学三角形的关系课程发展评价教学情境学生学生的知识和学习教师教师的态度和实践物理学图景知识三、国内外际物理教育研究领域关注的主要问题2000-2011年ERIC物理教育研究文献主题比例分布图三、国内外物理教育研究领域关注的主要问题2000-2011年CSSCI（中文社会科学引文索引）物理教育研究文献主题比例分布图三、国际物理教育研究领域关注的主要问题PRST-PER中各个主题随年份的变化三、国际物理教育研究领域关注的主要问题AJP中各个主题随年份的变化三、国际物理教育研究领域关注的主要问题研究主题具体内容学生学习概念理解、概念转变、相异概念、概念进阶、概念转变的顽固性和持久性、问题解决、问题表征、专家和新手的差异、情境知识、同质异构问题、知识迁移、学习困难、学习期望、态度和动机、职业需求、心智模型、认知结构、知识建构、本体论问题、违背期望、作业抄袭、学习公平和参与、预习、自我评价、性别差异、科学推理、科学思维、专业知识发展、学习成绩、肢体语言、专业技能、科学活动能力教学方法教学策略、教学模式、概念教学、实验教学课程建设课程设计、课程改革、实验课程、课程实施、教材建设、教育公平教师发展教师探究教学课程、教师教学行为、教师信仰和价值、PCK（学科教学知识）、专业化发展、教师教育研究、教师对教学的认同教学评价统计分析方法、测量和评价工具、测量工具的分析与评价（难度、区分度、信度、效度等）、Rasch模型、违背期望测量、编码、形成性评价、项目反应理论、测试条件对测试的影响、投票器（clicker）、课堂即时应答系统（PRS）信息技术多媒体学习、网络课程和学习、虚拟仿真、在线作业、眼动追踪技术、视频分析、基于web的物理辅导系统、计算机模拟三、国际物理教育研究领域关注的主要问题物理教育的核心任务：发展学生对物质世界的认识培养学生探索未知世界的能力物理教育研究主要围绕两个核心内容展开：关于学生概念发展围绕问题解决能力和科学探究能力四、物理教育研究范式早期的大部分成果来自对学习者前概念（preconception）、相异概念（alternativeconception)、迷思概念（misconception）的研究，涉及到学习者头脑中已经存在的经验、观点、认识等。关于学生概念发展的研究四、物理教育研究范式如何检测学生的前概念？国外用来检测大学物理基础课学生已有知识的量表：力学概念调查（ForceConceptInventory，简称FCI）。据Google统计，截至2012年9月，该文已经被学术论文引用1678次，在美国每年有百所大学用FCI对大学一年级学生进行前测后测。四、物理教育研究范式物理教育研究者已经对学生在许多领域存在的困难做了研究运动学动力学能热和温度压力机械波振动电场直流电路电磁场几何光学物理光学L.C.McDermottandE.F.Redish,”ResourceLetterPER-1:PhysicsEducationResearch”,Am.J.Phys.67(~Oct.1999).相对论现代物理量子力学四、物理教育研究范式测试量表有：力学：FCI（ForceConceptInventory），FMCE（ForceandMotionConceptualEvaluation），MBT（TheMechanicsBaselineTest），MWCS（TheMechanicalWavesConceptualSurvey），FVAT（Force，Velocity，AccelerationTest）等电磁学：BEMA（BriefElectricityandMagnetismAssessment），CSEM（ConceptualSurveyofElectricityandMagnetism）等量子力学：QMCS（QuantumMechanicsConceptualSurvey）四、物理教育研究范式研究结果随着调查研究的深入，整个研究领域在学习者前概念存在的普遍性，前概念的顽固性，以及学习和教学都必须以学习者的前概念为出发点等方面基本达成了共识。四、物理教育研究范式现在的研究逐渐深入到了解学生的物理认知结构和与物理相关的认知过程，也涉及学生如何认识物理知识的本质和如何看待物理学习过程等认识论方面的问题。关于学生概念发展的研究四、物理教育研究范式如何描述学生的概念发展过程？研究的理论基础—概念转变理论概念转变理论属于广义的建构主义理论学生学习科学的过程是一个概念转变的过程，而不是新信息的点滴积累注重学生原有的概念和认识利用学生原有概念和认识设计教学四、物理教育研究范式1982年Posner等人提出概念转变理论理论依据：皮亚杰的认知理论库恩的“范式更替”的科学哲学观点核心概念发生转变的条件：•对现存概念的不满意•新概念是可理解的•新概念看起来是合理的•新概念是富有成效的四、物理教育研究范式1994年Chi概念转变的本体论四、物理教育研究范式1992年Vosniadou的框架理论球形地球科学模型扁平球形地球初始模型综合模型双地球中空球形地球方形地球圆盘状地球四、物理教育研究范式1993年diSessa的知识碎片模型diSessa（1993）认为儿童对物质世界的直觉知识是零碎的（knowledgeinpieces），他将儿童对物质世界直觉的非逻辑推理的认识称为现象本原（phenomenologicalprimititives,简称p-prim）。四、物理教育研究范式2008年邱美虹的彩虹模型四、物理教育研究范式如何基于模型开展教学？基于概念转变模型（CCM）的六步教学法•通过让学生思考、预言或表明立场，让学生意识到自己的前概念•通过分享让学生暴露自己的信念，先小组分享、然后全班分享•通过检测和小组讨论，造成学生的认知冲突•通过学生解决观察到的事实和前概念之间的矛盾，促使学生发生顺应，接受新概念•扩展所学概念——通过将新学概念和其他情境（包括日常生活）联系起来•鼓励学生继续深入研究和新概念相关的其他问题四、物理教育研究范式研究案例：美国哈佛大学EricMazur做的一项研究研究学生如何理解（或不能理解）物理概念目的：帮助每个学生克服学习物理中的困难，并帮助学生自主建构物理概念。开发更适用于多数学生的教学方式四、物理教育研究范式记忆和理解？1.如图所示，一个电路由一个电池连接三个理想灯泡组成。当开关S合上，下面哪些选项符合升高、降低或保持不变？(a)灯泡A和B的亮度(b)灯泡C的亮度(c)电池流出的电流(d)每个灯泡的电压(e)电