李 平　彭朝陽

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院　云南 昆明　650500)

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普通高中相對論教學(xué)情況的調(diào)查分析與思考*
——以箴言中學(xué)為例

李 平彭朝陽

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院云南 昆明650500)

結(jié)合箴言中學(xué)相對論教學(xué)實際，以箴言中學(xué)高三學(xué)生為研究對象，對普通高中學(xué)生相對論教學(xué)水平及其影響因素進行初步的分析和思考.并據(jù)此提出對箴言中學(xué)學(xué)生提高相對論知識水平的培養(yǎng)方法和建議，希望能為教學(xué)工作者提供一定的幫助.

高中相對論教學(xué)情況調(diào)查分析

1　問題的提出及意義

中學(xué)相對論知識的學(xué)習(xí)是新課程改革的重點之一，目前為止，相對于普通高中相對論教學(xué)的具體情況的研究較少，但是關(guān)于近代物理前沿知識以及量子力學(xué)和相對論學(xué)習(xí)情況的研究較多，且取得了一定的成果.

筆者在實習(xí)期間，通過對師生的觀察與交流，發(fā)現(xiàn)對于相對論知識的學(xué)習(xí)，大部分師生都很困惑，覺得相對論太深奧不想學(xué)，就算學(xué)了對自己的生活幫助也不大.為此，筆者找了一些文獻研讀.怎樣學(xué)習(xí)相對論？為什么要學(xué)習(xí)相對論？有些研究者認為要學(xué)好相對論，應(yīng)在教學(xué)中把握好“量”和“度”，遵循少而精的原則，以介紹、滲透為主，而從教學(xué)過程上，應(yīng)充分利用教具、媒體、實際生活及生產(chǎn)實際，激發(fā)興趣，立足根本，對于學(xué)生來說，中學(xué)學(xué)習(xí)相對論知識是在已有的認知基礎(chǔ)和所具備的假設(shè)上——抽象思維、演繹思維和系統(tǒng)思維[1]，中學(xué)生通過一段時間經(jīng)典物理知識的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了進一步學(xué)習(xí)相對論知識的可能性.《普通高中物理課程標準(實驗)》要求在課程目標上注重全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時代性、基礎(chǔ)性、現(xiàn)代性[2].相對論知識是近代物理的一部分，在今天的基礎(chǔ)教育物理課程中加入相對論知識是歷史的必然.

以上表述均是從理論上分析相對論的可行性及重要性，而在實際教學(xué)過程中，學(xué)生對于相對論知識是否接受？接受程度怎樣？有必要通過問卷調(diào)查來了解具體情況，了解學(xué)生學(xué)習(xí)相對論的現(xiàn)狀及存在的問題，作出相應(yīng)的分析與思考.

本研究通過查閱大量文獻資料，在分析了國內(nèi)外已有研究后，采用大多數(shù)學(xué)者認同的問卷調(diào)查方式，利用一所普通高中——湖南省益陽市箴言中學(xué)高三學(xué)生的相對論學(xué)習(xí)情況調(diào)查分析為例，對高三8個班隨機抽取180名學(xué)生進行問卷調(diào)查，通過整理分析，試圖研究出影響相對論教學(xué)的因素，來了解相對論在高中的教學(xué)情況，以期能給出有利的建議.

2　箴言中學(xué)高三學(xué)生相對論教學(xué)情況問卷調(diào)查

2.1研究對象

調(diào)查問卷是由學(xué)習(xí)完了涉及相對論知識的必修2,選修3-4和選修3-5三個模塊的高三學(xué)生填寫，即以箴言中學(xué)高三年級為調(diào)查對象，隨機抽取180名學(xué)生，男女比例在調(diào)查中不予考慮.

2.2測試材料的選擇及計分方法

為了對普通高中相對論研究資料進行調(diào)查，通過查詢資料，最終選擇文獻[2]中的《中學(xué)物理相對論教學(xué)情況調(diào)查問卷》和文獻[3]的《量子論和相對論內(nèi)容教學(xué)情況的調(diào)查問卷》加以綜合、改進.改進后的問卷分為兩部分，問卷結(jié)構(gòu)如表1.

表1　學(xué)生問卷雙向細目表

第Ⅰ部分每個試題中均有a,b,c,d,e5個備選答案，要求被試者必須從中選擇一個與自己想法最接近的答案.每種回答按照等距式賦予一定的分數(shù)值，若為正向表述，分數(shù)值依次為1分、2分、3分、4分、5分，若為反向表述，分數(shù)依次遞減至1分.第19題只有4個選項，分析時單獨列出.而第Ⅱ部分對于知識點的考查，亦有正、反表述，對每一陳述的“非常同意”、“比較同意”、“不確定”、“比較不同意“、“非常不同意”5種回答，亦賦予一定分值，正向表述，分數(shù)值依次為1分、2分、3分、4分、5分，若為反向表述，分數(shù)值依次為5分、4分、3分、2分、1分.分別對兩部分試題得分進行相應(yīng)累加得到總分，并參與統(tǒng)計分析.

2.3測量程序

(1)將《普通高中物理相對論教學(xué)情況調(diào)查問卷》分配到各班級.

(2)以班級為單位，各班主任為主試，利用學(xué)生課余時間，對部分學(xué)生進行測量.測量時間為2015年3月，測量時限為10～15分鐘.

(3)數(shù)據(jù)錄入與處理

問卷回收后，通過仔細檢查是否漏題問卷、規(guī)律性作答問卷.其中發(fā)放問卷180份，回收問卷168份，剔除無效的18份，即150份有效問卷，有效率為89.29%.分析各相關(guān)系數(shù)的顯著程度.所有數(shù)據(jù)均采用Excel進行分析.

3　結(jié)果與分析

3.1影響相對論學(xué)習(xí)的部分因素與相對論成績的相關(guān)統(tǒng)計

表2部分影響相對論學(xué)習(xí)因素的平均得分及其與相對論學(xué)習(xí)成績的相關(guān)系數(shù)

名稱平均分m/分相關(guān)系數(shù)r知識準備與學(xué)習(xí)興趣9.2130.549上課效果反饋情況13.4330.671教材使用反饋13.880.572學(xué)生學(xué)習(xí)和資源配備8.2670.370學(xué)習(xí)能力與方法14.180.742總分s58.9730.714

3.2相對論學(xué)習(xí)現(xiàn)狀及分析

3.2.1相對論知識的重要性

圖1　學(xué)生如何看待相對論知識

注：“1”表示“重要”，“2”表示“一般”，“3”表示“不重要”，“4”表示“自學(xué)知識”

從圖1中可以看出，在學(xué)生看來，相對論為“重點知識”的僅占總數(shù)的 8%，將相對論看做“自學(xué)知識”的比例達到 9%，認為是“一般知識”和“不重要知識”的比例分別為 35%和 48%，說明中學(xué)學(xué)生對相對論知識并不重視.

3.2.2知識準備及學(xué)習(xí)興趣情況

在回答“學(xué)習(xí)相對論以前，是否聽說過相關(guān)內(nèi)容”，“是否對學(xué)習(xí)相對論感興趣”這些問題時，學(xué)生的平均分在9.213分，共3道題，總分是15分，說明大多數(shù)學(xué)生停留在“c.一般”的回答上，學(xué)生知識準備不足，感興趣程度一般.

3.2.3上課效果反饋情況

在回答“老師在講授相對論內(nèi)容時，是否能夠清楚解釋所學(xué)概念內(nèi)涵”，“對教學(xué)過程和教學(xué)方法是否做了精心準備”，“是否經(jīng)常鼓勵學(xué)生提出問題并能給予有意義的解答”，“教師使用媒體課件次數(shù)多與否”這些問題時，學(xué)生的平均分是13.433分，共4道題，總分20分，大多數(shù)學(xué)生在選項一般與較多/同意之間徘徊，總的來說，教師在講授相對論章節(jié)時，對于相對論相關(guān)概念未完全講透徹，對于教學(xué)過程和方法有做相關(guān)準備，但準備不足，所用媒體課件次數(shù)不多.

3.2.4教材反饋情況以及學(xué)生學(xué)習(xí)資源配備情況

學(xué)生在回答“相對論部分課后習(xí)題做起來是否困難”，“學(xué)校是否能夠提供充足的與相對論內(nèi)容有關(guān)的多媒體資源和圖書資料”，“教材呈現(xiàn)的相對論內(nèi)容、實驗、圖、表、課后習(xí)題是否對學(xué)習(xí)相對論有幫助”時，學(xué)生平均分分別是：教材反饋情況有4道題，總分20分，平均得分13.88分；學(xué)習(xí)和資源配置狀況有3道題，總分15分，平均得分8.267分.總體看學(xué)生做課后習(xí)題時相對困難，學(xué)校并未提供充足的與相對論有關(guān)的多媒體資料和圖書資源，教材中呈現(xiàn)的有助理解相對論知識的圖、表、知識拓展故事等對于學(xué)生學(xué)習(xí)有一定的幫助，但并不明顯.

3.2.5學(xué)習(xí)能力與方法反饋

在回答“解決物理問題的過程中，是否常使用假設(shè)法”時，大多數(shù)學(xué)生均是非常同意，說明假設(shè)法在解決物理問題時時常用到，在問到“雙生子佯謬是解釋‘時間間隔的相對性’的有趣實例，雖可能實現(xiàn)，但不具備操作性”時，學(xué)生的回答模棱兩可，學(xué)生對雙生子佯謬實驗不清楚，在提及“是否能夠想象出相對自己高速運動的尺子長度縮短”，“學(xué)完相對論之后，對事物的運動、時間的測量、長度測量都有了更深刻的認識，相對性的理解更深了一層”這兩問題時，學(xué)生給出的回答是基本同意和完全同意，可以看出學(xué)生有了一定的相對論意識，懂得用相對論的方法看問題.

基于3.2節(jié)得到的SAD項目加權(quán)知識超網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用本文提出的穩(wěn)定性研究方法對SAD項目CPIKN的穩(wěn)定性進行測度與分析。

3.3影響相對論學(xué)習(xí)的因素和相對論學(xué)習(xí)成績的線性相關(guān)性檢驗及分析

在顯著性水平為a=0.05，自由度n-2=148時，通過查表可知相關(guān)系數(shù)臨界值為r0.05≈0.159；從表2可知，學(xué)生在知識準備和學(xué)習(xí)興趣、上課效果、教材使用、學(xué)習(xí)能力與方法5個方面與學(xué)習(xí)成績的相關(guān)系數(shù)分別為0.549，0.671，0.572，0.370，0.742，均大于0.159，說明這5個因素均與學(xué)習(xí)成績呈正相關(guān).

以上分析結(jié)果提示我們，學(xué)生學(xué)習(xí)一門課程內(nèi)容，如果在學(xué)習(xí)前對將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有一定的了解，學(xué)習(xí)時就不會感到陌生.前期經(jīng)驗的積累對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的幫助.同時,如果對未知的學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生興趣,學(xué)習(xí)起來就有動力，興趣是最好的老師.要想增強學(xué)生對相對論的認識與理解，提高學(xué)生相對論學(xué)習(xí)成績，就應(yīng)該在學(xué)習(xí)相對論之前，經(jīng)過學(xué)校、家庭、社會三方努力，讓學(xué)生接觸更多的與相對論相關(guān)的知識，學(xué)生對其有了大概了解，才會產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣.學(xué)習(xí)興趣增加了，才會有意識地想對相對論有進一步了解，這成為學(xué)生能在課堂上充滿熱情的前提.

非常關(guān)鍵的是，學(xué)生學(xué)習(xí)情況如何，最直接的外部影響因素在于教師的“教”[4].對于相對論知識的教學(xué)，當教師在上課前進行了精心準備，能充分利用現(xiàn)代教育工具媒體，上課時能充分調(diào)動學(xué)生積極性時，學(xué)生就會感覺到上課的樂趣，大腦才會有意識去接收相對論知識.

如果只有興趣,只是上課聽講不一定能學(xué)好相對論，課后努力也是不可或缺的.所謂溫故知新，就是要求將已有的別人的知識消化吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱臇|西，對舊的知識產(chǎn)生新的理解.這需要借助課本、圖書館、網(wǎng)絡(luò)等一切可以利用的資源.

當今世界講求的是效率，是方法，看重的是能力.學(xué)習(xí)也不例外.要學(xué)好，自然得掌握適合自己的學(xué)習(xí)方法和思維，相對論的研究方法對于相對論的學(xué)習(xí)也是必不可少的，一般教師在教授新課的同時應(yīng)該會且必須要向?qū)W生灌輸相對論中包含的科學(xué)思想和研究方法，同時培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維與創(chuàng)新能力等，在相對論的學(xué)習(xí)中，我們應(yīng)重視相對論中典型的研究方法，諸如假說法、類比法等，培養(yǎng)對事物的質(zhì)疑能力、相對性思想和抽象思維能力等.

5　結(jié)論與思考

5.1結(jié)論

通過本次調(diào)查，可以得出以下結(jié)論：

(1)箴言中學(xué)學(xué)生相對論學(xué)習(xí)重視度不夠，影響相對論學(xué)習(xí).多數(shù)學(xué)生認為相對論部分的知識不是學(xué)習(xí)的重點，時間分配比重不大.

(2)學(xué)生相對論的相關(guān)知識準備不足，學(xué)習(xí)興趣愛好一般，影響相對論學(xué)習(xí).多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)相對論內(nèi)容之前.對有關(guān)內(nèi)容了解很少，知識準備不足；學(xué)生能夠利用多種途徑了解相關(guān)內(nèi)容，但多數(shù)學(xué)生主要是通過課外書和報刊雜志來獲取的.

(3)教材內(nèi)容的呈現(xiàn)形式可以從實驗、生活方面加以改進.對于相對論部分的內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生反映教材展現(xiàn)的內(nèi)容太抽象，缺少直觀的實驗，而且教材中生活事例太少，雖然教材中出現(xiàn)了較多的圖表和各種特色欄目，能在一定程度上幫助學(xué)生理解相關(guān)內(nèi)容，但多數(shù)學(xué)生認為教材可讀性一般，這方面需要教師有力的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)以及看圖表的習(xí)慣，打開學(xué)生的思維，以期充分發(fā)揮教材的優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量.

(4)相對論教學(xué)中，教師能精心準備組織教學(xué)，但能進一步加強專業(yè)知識對相對論的教學(xué)將會更有益；學(xué)校應(yīng)當增加教學(xué)資源配備的投入.教學(xué)中，教師雖然能對教學(xué)過程和方法做精心的準備，但是對相關(guān)概念的理解一般，近代物理知識仍存在缺陷：由于相對論內(nèi)容抽象，使用現(xiàn)代實驗和教學(xué)手段，幫助學(xué)生創(chuàng)建物理情境，或通過媒體課件展示實驗過程，這樣有利于抽象知識的教學(xué)，將抽象的內(nèi)容形象化展示出來，讓學(xué)生可以感知到相對論中相關(guān)現(xiàn)象和實驗，但由于學(xué)校所能提供的實驗器材較少，媒體課件也不能滿足這部分內(nèi)容的教學(xué)要求，教師不愿意花費時間和精力去查找資料，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時不積極、不主動，課后也很少查找相關(guān)資料幫助理解；因而學(xué)生能夠感知的現(xiàn)象少，同時提出的問題教師經(jīng)常講不清楚，多數(shù)學(xué)生寧愿跟同學(xué)討論而很少找教師幫助解決，師生之間缺少交流，因而對這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)感興趣的學(xué)生比例不高，導(dǎo)致相對論知識水平普遍較低.

(5)學(xué)生對相對論知識掌握程度處于中等水平.我們都知道相對論是愛因斯坦思辨的結(jié)果，很多的結(jié)論知識還只停留在假設(shè)的基礎(chǔ)上，知識內(nèi)容均比較抽象，且沒有足夠的生活經(jīng)驗和實驗來驗證結(jié)論，與我們?nèi)粘Ｉ钯N近度低，學(xué)生難以理解，由數(shù)據(jù)可知箴言中學(xué)學(xué)生相對論的知識掌握情況一般.

5.2思考

相對論部分內(nèi)容是近代物理學(xué)的一部分，富含豐富的科學(xué)思想與方法.為了促進相對論教學(xué)，筆者在此提出一些建議.

首先，校方應(yīng)提高對相對論知識教學(xué)的重視度，可以采取增加課時數(shù)，加強對教師專業(yè)知識的培訓(xùn)，定期舉辦與相對論相關(guān)的演講或講座等措施.既能提高學(xué)生對相對論的重視，還能為相對論的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ).

再次，學(xué)校的多媒體、圖書館、報刊雜志等可以增加當今與相對論有關(guān)的前沿知識，讓學(xué)生從生活中體會到相對論的重要性.教師是領(lǐng)頭人，故而教師應(yīng)該經(jīng)常在課堂上簡單介紹給學(xué)生一些近期的科學(xué)成果，興趣是最好的老師，尤其是對于高中學(xué)生，他們的好奇心將促使他們主動去發(fā)現(xiàn)，去了解和認識.這樣既提高了他們自學(xué)能力，分析處理問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)情懷，在學(xué)習(xí)相對論過程中還可以學(xué)習(xí)科學(xué)家們的思考方法.邁克爾孫·莫雷以太漂移零結(jié)果的實驗[5]就促使研究者們從不同的角度尋找原因，開拓了學(xué)生的視野，使教學(xué)朝著素質(zhì)教育又邁進一大步.

1閻金鐸，郭玉英．中學(xué)物理教學(xué)概論(第3版)．北京：高等教育出版社，2009.6

2程夢姣.江蘇省中學(xué)物理相對論教學(xué)情況的調(diào)查研究：[學(xué)位論文].蘇州：蘇州大學(xué)，2012

3涂星火．高中物理新課程量子論和相對論內(nèi)容教學(xué)實施情況調(diào)查研究:[學(xué)位論文]．重慶：西南大學(xué)，2007.7

4泛珠三角地區(qū)九所師范大學(xué)聯(lián)合編寫.現(xiàn)代心理學(xué)(第2版)．暨南：暨南大學(xué)出版社，2008.159

5黃曉，胡炳元．普通物理相對論教學(xué)的幾點思考．浙江師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008(3):263

李平(1989-)，女，在讀碩士，主要從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

指導(dǎo)教師：彭朝陽(1971-)，男，博士，教授，主要從事物理教育教學(xué)和天體物理的研究.

2015-10-10)

*云南省高校高能天體物理重點實驗室.