美國大學先修物理課程改革特點分析

朱廣天　王玨　楊凱超

摘 要2014年，美國大學理事會對AP物理課程進行了改革，這次改革的主導思想是通過探究式教學將“科學實踐活動”融入AP物理課程教學中。文中介紹了本次AP物理課程改革的特點與配套教學要求，根據最新公布的AP官方試卷對改革后的AP物理考試進行了總結，分析了改革后的考試形式對物理課程探究式教學模式的引導作用。新的AP物理課程為我國的中學物理課程改革提供了一種值得借鑒的模式。

關鍵詞大學先修課程 科學實踐 課程改革

美國大學先修課程（以下稱為AP課程）是在高中階段開設的選修課，讓學有余力的高中生可以提前學習大學層次的各領域基礎課[1]。AP課程成績評分的滿分是5分，3分以上為合格。通過了AP考試的學生，不僅可以用AP成績作為申請大學的參考，也可以在入學之后根據自己的AP分數免修相關課程并抵扣相應的學分。目前，全球有60多個國家的4000多所大學將AP課程作為學生的入學參考，80多個國家開設了AP課程或AP考試培訓[2]。

2014年之前，AP物理課程包括三門獨立的考試，即AP Physics B（以下簡稱物理B）、AP Physics C-力學和AP Physics C-電磁學。而從2015年開始，物理類課程改為四門獨立的考試，即將物理B分為AP Physics 1（以下簡稱物理1）、AP Physics 2（以下簡稱物理2）。這種多層次的AP物理課程適應了不同層次學生的學習能力，同時也更好地與大學物理課程銜接。

一、AP物理課程內容的變化

2014年，美國大學理事會用新的課程物理1和物理2代替了原有的物理B。物理1和物理2的課程內容與基于代數的大學物理課程內容一致。學生在學習物理1之前，不要求學習過物理課程，只需要具備基本的代數與三角函數知識；學習物理2的學生則需要學習過物理1或其他的物理基礎課程，并具備較好的以函數性質為主的微積分預備課程基礎知識[3]。物理2與改革之前的物理B所涵蓋的知識點基本一致，物理1則是在學時沒有減少的情況下，對學習內容進行了縮減。

在改革后的AP物理課程大綱中，美國大學理事會明確提出了七種具體的“科學實踐活動”：科學實踐1.使用科學表述與模型來交流科學現象和解決科學問題；科學實踐2.正確使用數學工具；科學實踐3.通過科學的質疑來引導調查研究；科學實踐4.針對具體的科學問題設計數據采集方案；科學實踐5.進行數據分析與評估；科學實踐6.根據理論解釋開展工作；科學實踐7.將跨領域的科學概念與不同表述方式建立起聯系。美國大學理事會對以上七種“科學實踐活動”一一設置了細分要求。通過這些細分要求，改革后的AP物理課程所要求的科學實踐活動具備了可操作性與可考察性。

為了幫助學生實現“通過科學實踐活動掌握物理原理”這一理念，美國大學理事會在新的AP物理課程安排上，著重強調了實驗教學的比例。物理1課程共包含9個實驗，物理2課程則包含7個實驗[4]。物理1與物理2課程均要求教師投入至少25%的總課時開展實驗教學，并且通過探究式教學提高學生的參與度，增強學生的評判性思維能力與問題解決能力。

探究式實驗教學可分為確認理論、結構化探究、引導式探究和開放式探究四個層次，通過這四個層次的探究式實驗教學，可以使學生的批判性思維與問題解決能力逐漸提高[5]。美國大學理事會明確提出，在新的AP物理課程中，教師應該采用第三層次與第四層次探究式教學模式，鼓勵學生提出問題并預測結論，并以團隊合作的形式自主設計實驗與收集數據。

二、AP物理考試形式的變化

新的AP物理1和物理2的考試時間均為三個小時，考試內容包括兩個部分：第一部分為客觀題，共50題，考試時長90分鐘，正確選項得一分，錯選或不選得零分，分數占總分值的50%；第二部分為主觀題，其中物理1共五題，物理2共四題，考試時長均為90分鐘，分數占總分值的50%。

改革后的AP物理1和物理2與改革前的物理B相比，最大的變化在于客觀題題量由70題減少到50題，且每題選項由五個減少到四個。在考試時間與考試范圍均不變的情況下，客觀題的題量減少了29%，每題的選項數也減少了20%。可以看出，美國大學理事會的做法實際上降低了考試的難度，讓考生有更充裕的時間完成考試，這種做法“可以在不降低考試嚴格性的情況下幫助學生節省時間”[6]。

客觀題的另一個變化是增加了“雙選題”。50道選擇題中，45道為單選，最后5題為雙選，且只有兩個正確選項。學生需要兩個選項全部選對才得分，只選對一個不得分。從美國大學理事會已經公布的模擬題來看，雙選題重點考察的是物理概念的掌握與定性的物理圖像分析，而非定量的公式計算。因此，雙選題的設置，可以更好地引導學生重視物理概念和物理原理的學習，促使學生全面掌握物理規律，避免學習物理時重計算輕概念的誤區。

改革后的AP物理1與物理2減少了主觀題部分的題量。改革之前，AP物理B有6道主觀題，而改革之后，物理1有5道主觀題，物理2有4道。物理1雖然題量只減少了一道，但其與改革前的物理B相比，考試內容范圍縮小很多；而物理2與物理B相比，考試內容范圍雖然基本一致，題量卻縮減了33%。可以看出，對于參加AP考試的學生，在考試時間不變的情況下，改革后的AP物理考試主觀題難度也有所降低。

然而，AP物理考試改革的目的并不僅僅是為了降低考試的難度，更重要的是為了體現“科學實踐活動”在物理教學中的地位，貫徹“通過科學實踐活動掌握物理原理”這一理念。例如，在新的AP物理考試中，物理1和物理2的主觀題中都增加了一道專門的實驗設計題目，要求學生能夠描述實驗設計思路、分析實驗數據、對實驗現象進行觀察和解釋。

三、AP物理課程改革案例分析

通過美國大學理事會官方公布的實驗設計例題，來具體分析實驗設計題目是如何與科學實踐活動相結合的[7]。

如圖1所示，一件樂器由八支兩端開口的金屬管組成，通過小錘敲擊金屬管發出聲音。題目要求在只有一套音叉以及其他一些常用的實驗設備，不具備傳感器等電子設備的條件下，使用這件樂器來確定室內空氣中的聲速。具體有如下四個小問：

1.請你給出詳細的實驗步驟。要求具體給出所要測量的物理量及其測量方法，使得另一位學生可以按照你的實驗步驟完成實驗。

2.說明你是如何使用所測量的物理量來決定聲速的。該說明應足夠詳細，以使得另一位學生完全可以重復你的實驗。

3.給出你在實驗設計中所做的一個假設，并解釋該假設對所測得的聲速值可能產生的影響。

4.若圖2是某學生為確定空氣中聲速所測得的波長和周期。請使用該圖計算聲速，并對你所使用的方法進行說明。

該題目充分體現了改革后的AP物理課程對“科學實踐活動”的重視程度。學生要完成這道題目，不僅要具備科學實踐4中“根據具體的科學問題來合理選取所需的數據”和“根據具體的科學問題來設計實驗數據收集的方案”的能力，同時也要具備科學實踐5中“進行數據分析與評估”的能力。該題對科學實踐3中“學生可以提出科學問題”和科學實踐7中“學生可以在不同時空尺度下將物理現象與物理模型建立聯系”這兩點要求也有所反映。

四、AP物理課程改革總結

從以上的討論中可以發現，AP物理課程改革的最主要趨勢是以科學實踐活動作為物理課程學習的核心，加強對物理概念和研究方法的考察。由于AP物理課程的教學過程是以AP物理考試為導向的，為了在教學中讓學生更注重對物理概念與原理的學習，改革后的AP物理試卷中大量增加了概念題和論述題的比例，并新增了實驗設計題目。這種考試形式的改變使得學生在學習物理時，不再把實驗課看作是可有可無的內容，學生必須在課程中重視每一個實驗的原理方法、器材操作與數據處理，這樣才能在考試中展開有針對性的論述。

在改革后的AP物理課程中，與科學實踐活動相配套的是探究式的教學模式。然而，探究式教學也存在著所需課時較長、教學進度較慢等問題。為了配合探究式教學模式，避免師生因為趕進度而放棄探究活動，新的AP物理課程也進行了有針對性的調整，將一門物理課程拆成兩門，減少了每門考試的考察內容，使得教師有充分的時間開展探究式教學。新的AP物理考試也大幅縮減了題量，給予學生充足的考試作答時間，這有助于減少學生通過“刷題”的方式來進行物理學習。同時，為了扭轉學生學習物理時常常存在的“解物理問題就是把數值代入公式計算”這樣的錯誤觀念，改革后的AP物理考試大量減少了計算題在整張試卷中的占比，所保留的一些計算題目也不是孤立存在的，而是與定性的解釋和判斷相結合。

目前，我國的高中物理課程正處于改革時期，許多地區開始在中學推行探究式教學模式[8]。然而，針對物理課程標準與高考內容的一項研究指出，物理高考試卷與高中物理內容的一致性并不顯著[9]。與AP物理課程類似，我國的高中物理課程標準中提出了“學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好思維習慣，能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題”的目標，但高考物理試卷對于這一學習目標的引領作用尚顯不足。因此，AP物理課程與考試的改革措施，可以為我國的中學課程標準制定與高考改革提供參考。

參考文獻

[1] The 10th Annual AP Report to the nation[EB/OL].http：//media.collegeboard.com/digitalServices/pdf/ap/rtn/10th-annual

[2] 李騏.美國AP課程對我國高考改革的啟示—兼談建立銜接大學與高中教育的大學先修課程體系[J].教育探索，2014（12）.

[3] AP Physics 1 overview[EB/OL].https：//secure- media.collegeboard.org/

[4] AP Physics 1 and 2 Inquiry-Based Lab Manual [EB/OL].https：//secure-media.collegeboard.org

[5] Herron，Marshall D.The Nature of Scientific Enquiry[J].The School Review，1971，79（2）.

[6] AP Physics1-2 course and exam description [EB/OL].http：//media.collegeboard.com/

[7] 2015AP Physics 2 Free Response Questions [EB/OL].https：//secure-media.collegeboard.org/ap-student/pdf

[8] 廖伯琴.高中物理新課程的反思與課標修訂建議[J].基礎教育課程，2013（1-2）.

[9] 袁令民.物理高考與內容標準的一致性研究[D].重慶：西南大學，2013.

[作者：朱廣天（1984-），男，遼寧大連人，華東師范大學物理系副教授，博士；王玨（1992-），女，江蘇南京人，華東師范大學物理系在讀碩士研究生；楊凱超（1991-），男，四川樂山人，華東師范大學物理系在讀碩士研究生。]

【責任編輯 郭振玲】