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新世纪国外物理教育研究综述

新世纪国外物理教育研究综述

进入21世纪以来，国外的物理教育研究得到越来越多的物

理学家和物理教师的关注，研究对象和范围从基础物理教育

向高等物理教育领域发展，研究内容不断深入。本文简要介

绍其主要研究成果和必威体育精装版进展，为广大中学物理教师和物理

教育研究者提供借鉴。一、物理教育研究的主要成果概览笔

者对2019年至2019年《美国物理》杂志和《物理学评论））

（物理教育专刊）发表的物理教育研究论文与《国际科学教

育》杂志发表的物理教育研究论文进行了分类统计，如表1

和表2所示。从中可以看出研究的范围和关注的热点问题。

统计结果表明，关注学生对具体物理概念的理解和学生的学

习困难仍然是国外物理教育研究领域的热点，其次是对教学

策略和评价的研究。

二、研究的主要进展通过对研究成果的深入考察，可以看出

该领域在以下四个方面取得了主要进展。1.研究范围的扩

展和内容的深化新世纪的物理教育研究覆盖了从小学低年

级到大学高年级的全部物理学习阶段，对学生理解和应用物

理学基本概念的研究向更全面和更高层次发展，越来越多的

研究成果反映了更高水平的物理学习过程，如学生在高等力

学、热力学、相对论、量子力学等课程中对具体内容的认识

过程。同时，研究者开始深入研究影响学生理解物理概念的

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内、外部因素。已有的研究表明，学生的前概念向科学概念

转化的过程是一个十分复杂的过程，涉及到学习者自身、学

习内容、学习过程及学习环境等多方面因素，这些因素对概

念转化的影响过程和机制并没有真正认识清楚。研究者采用

调查、创设情境和访谈等多种方法，试图深入研究影响概念

转化过程的因素。例如，2019年有一项研究深入考察了中学

生和大学生关于静电感应的一些概念及其转化过程。研究者

首先调查了学生原有的关于电解质的极化概念，然后又让学

生观察了一些极化现象，接着对他们进行了访谈。据此分析

学生是如何对原有的概念和观念进行肯定或否定，从而实现

概念转化的。在分析过程中涉及到了概念之间的联系和学生

的思维方式。研究者认为，概念可以看成由核心概念和与其

相关的保护带构成。保护带包括：辅助概念、初始条件或相

关假设。该项的研究者指出：概念的保护带理论部分建立的

越不完善，学习者在实现概念转化的过程中，保护带部分被

修改的就越多，而不是核心概念被否定的越多。因此，要成

功地使学习者的概念得到转化，需要关注学习者与核心概念

相联系的保护带的质量，还要关注核心概念，即要关注学习

者前概念的整体结构和质量。2019年有研究者以八年级到十

二年级的学生为对象，对学生在电流、电势差、电阻的关系

中如何理解电阻和电压的概念作了调查研究，深入考查学生

在学习物理的过程中，概念之间的相互关系对理解概念的影

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响，研究过程采用了测试分析方法，例如，已知电压和电流

强度，要求被试判断电阻的大小，根据被试的推理过程来分

析三个概念之间的关系对于学生理解电阻概念的影响。研究

表明，传统的电学概念和欧姆定律教学对学习者理解概念会

产生正负两方面的影响。2.与认知科学相结合建立理论模

型，研究方法进一步科学化研究者为了揭示学生物理概念学

习过程的本质，采用定性分析和定量描述相结合的方法，在

前期研究的基础上开始尝试建立学生学习物理的认知模型

或理论框架。例如，在《物理教育研究》杂志2019年发表

的一篇论文中，研究者根据认知科学和物理教育已有的研究

结果，提出学生在物理概念学习过程中，不同的相异概念模

型构成一种混合态，对于不同的测试情境，学生会使用不同

模型来处理问题。研究者采用模型分析方法定量分析了大学

生在牛顿力学概念测试（FCI）中的测试结果，提出了用模

型评价一组学生对物理学概念理解的混乱程度的适用条件

和分析方法。首先通过对学生进行系统研究和深入访谈，确

定一组具有相似背景的学生持有的常见模型；根据这些模型

设计多项选择测试中的迷惑项，并通过研究证明测验的有效

性。根据测试结果，可以在线性模型空间中用一个矢量表示

一个学生的反应，对于一组学生可以建立一个密度矩阵，用

来表示学生采用不同模型的概率。与认知领域的结合还体现

在研究者开始关注学生在学习物理中的智力发展过程；研究

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物理概念、数学方法和技能以及逻辑推理能力之间的相互关