普通高中相對論教學情況的調查分析與思考*
——以箴言中學為例

李 平　彭朝陽

(云南師范大學物理與電子信息學院　云南 昆明　650500)

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普通高中相對論教學情況的調查分析與思考*
——以箴言中學為例

李 平彭朝陽

(云南師范大學物理與電子信息學院云南 昆明650500)

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

高中相對論教學情況調查分析

1　問題的提出及意義

中學相對論知識的學習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的具體情況的研究較少，但是關于近代物理前沿知識以及量子力學和相對論學習情況的研究較多，且取得了一定的成果.

筆者在實習期間，通過對師生的觀察與交流，發現對于相對論知識的學習，大部分師生都很困惑，覺得相對論太深奧不想學，就算學了對自己的生活幫助也不大.為此，筆者找了一些文獻研讀.怎樣學習相對論？為什么要學習相對論？有些研究者認為要學好相對論，應在教學中把握好“量”和“度”，遵循少而精的原則，以介紹、滲透為主，而從教學過程上，應充分利用教具、媒體、實際生活及生產實際，激發興趣，立足根本，對于學生來說，中學學習相對論知識是在已有的認知基礎和所具備的假設上——抽象思維、演繹思維和系統思維[1]，中學生通過一段時間經典物理知識的學習，已經具備了進一步學習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生科學素養，在課程內容上體現時代性、基礎性、現代性[2].相對論知識是近代物理的一部分，在今天的基礎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，而在實際教學過程中，學生對于相對論知識是否接受？接受程度怎樣？有必要通過問卷調查來了解具體情況，了解學生學習相對論的現狀及存在的問題，作出相應的分析與思考.

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

2　箴言中學高三學生相對論教學情況問卷調查

2.1研究對象

調查問卷是由學習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生填寫，即以箴言中學高三年級為調查對象，隨機抽取180名學生，男女比例在調查中不予考慮.

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查，通過查詢資料，最終選擇文獻[2]中的《中學物理相對論教學情況調查問卷》和文獻[3]的《量子論和相對論內容教學情況的調查問卷》加以綜合、改進.改進后的問卷分為兩部分，問卷結構如表1.

表1　學生問卷雙向細目表

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值，若為正向表述，分數值依次為1分、2分、3分、4分、5分，若為反向表述，分數依次遞減至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，分數值依次為1分、2分、3分、4分、5分，若為反向表述，分數值依次為5分、4分、3分、2分、1分.分別對兩部分試題得分進行相應累加得到總分，并參與統計分析.

2.3測量程序

(1)將《普通高中物理相對論教學情況調查問卷》分配到各班級.

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

(3)數據錄入與處理

問卷回收后，通過仔細檢查是否漏題問卷、規律性作答問卷.其中發放問卷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%.分析各相關系數的顯著程度.所有數據均采用Excel進行分析.

3　結果與分析

3.1影響相對論學習的部分因素與相對論成績的相關統計

表2部分影響相對論學習因素的平均得分及其與相對論學習成績的相關系數

名稱平均分m/分相關系數r知識準備與學習興趣9.2130.549上課效果反饋情況13.4330.671教材使用反饋13.880.572學生學習和資源配備8.2670.370學習能力與方法14.180.742總分s58.9730.714

3.2相對論學習現狀及分析

3.2.1相對論知識的重要性

圖1　學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“自學知識”

從圖1中可以看出，在學生看來，相對論為“重點知識”的僅占總數的 8%，將相對論看做“自學知識”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%，說明中學學生對相對論知識并不重視.

3.2.2知識準備及學習興趣情況

在回答“學習相對論以前，是否聽說過相關內容”，“是否對學習相對論感興趣”這些問題時，學生的平均分在9.213分，共3道題，總分是15分，說明大多數學生停留在“c.一般”的回答上，學生知識準備不足，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容時，是否能夠清楚解釋所學概念內涵”，“對教學過程和教學方法是否做了精心準備”，“是否經常鼓勵學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多與否”這些問題時，學生的平均分是13.433分，共4道題，總分20分，大多數學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時，對于相對論相關概念未完全講透徹，對于教學過程和方法有做相關準備，但準備不足，所用媒體課件次數不多.

3.2.4教材反饋情況以及學生學習資源配備情況

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

3.2.5學習能力與方法反饋

在回答“解決物理問題的過程中，是否常使用假設法”時，大多數學生均是非常同意，說明假設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，但不具備操作性”時，學生的回答模棱兩可，學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，學生給出的回答是基本同意和完全同意，可以看出學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節得到的SAD項目加權知識超網絡模型，應用本文提出的穩定性研究方法對SAD項目CPIKN的穩定性進行測度與分析。

3.3影響相對論學習的因素和相對論學習成績的線性相關性檢驗及分析

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

以上分析結果提示我們，學生學習一門課程內容，如果在學習前對將要學習的內容有一定的了解，學習時就不會感到陌生.前期經驗的積累對學生的學習有很大的幫助.同時,如果對未知的學習內容產生興趣,學習起來就有動力，興趣是最好的老師.要想增強學生對相對論的認識與理解，提高學生相對論學習成績，就應該在學習相對論之前，經過學校、家庭、社會三方努力，讓學生接觸更多的與相對論相關的知識，學生對其有了大概了解，才會產生學習興趣.學習興趣增加了，才會有意識地想對相對論有進一步了解，這成為學生能在課堂上充滿熱情的前提.

非常關鍵的是，學生學習情況如何，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，當教師在上課前進行了精心準備，能充分利用現代教育工具媒體，上課時能充分調動學生積極性時，學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，轉變為自己的東西，對舊的知識產生新的理解.這需要借助課本、圖書館、網絡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.學習也不例外.要學好，自然得掌握適合自己的學習方法和思維，相對論的研究方法對于相對論的學習也是必不可少的，一般教師在教授新課的同時應該會且必須要向學生灌輸相對論中包含的科學思想和研究方法，同時培養學生的直覺思維與創新能力等，在相對論的學習中，我們應重視相對論中典型的研究方法，諸如假說法、類比法等，培養對事物的質疑能力、相對性思想和抽象思維能力等.

5　結論與思考

5.1結論

通過本次調查，可以得出以下結論：

(1)箴言中學學生相對論學習重視度不夠，影響相對論學習.多數學生認為相對論部分的知識不是學習的重點，時間分配比重不大.

(2)學生相對論的相關知識準備不足，學習興趣愛好一般，影響相對論學習.多數學生在學習相對論內容之前.對有關內容了解很少，知識準備不足；學生能夠利用多種途徑了解相關內容，但多數學生主要是通過課外書和報刊雜志來獲取的.

(3)教材內容的呈現形式可以從實驗、生活方面加以改進.對于相對論部分的內容，多數學生反映教材展現的內容太抽象，缺少直觀的實驗，而且教材中生活事例太少，雖然教材中出現了較多的圖表和各種特色欄目，能在一定程度上幫助學生理解相關內容，但多數學生認為教材可讀性一般，這方面需要教師有力的引導，培養學生自學以及看圖表的習慣，打開學生的思維，以期充分發揮教材的優勢，提高教學質量.

(4)相對論教學中，教師能精心準備組織教學，但能進一步加強專業知識對相對論的教學將會更有益；學校應當增加教學資源配備的投入.教學中，教師雖然能對教學過程和方法做精心的準備，但是對相關概念的理解一般，近代物理知識仍存在缺陷：由于相對論內容抽象，使用現代實驗和教學手段，幫助學生創建物理情境，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，將抽象的內容形象化展示出來，讓學生可以感知到相對論中相關現象和實驗，但由于學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容的教學要求，教師不愿意花費時間和精力去查找資料，導致學生學習這部分內容時不積極、不主動，課后也很少查找相關資料幫助理解；因而學生能夠感知的現象少，同時提出的問題教師經常講不清楚，多數學生寧愿跟同學討論而很少找教師幫助解決，師生之間缺少交流，因而對這部分內容的學習感興趣的學生比例不高，導致相對論知識水平普遍較低.

(5)學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果，很多的結論知識還只停留在假設的基礎上，知識內容均比較抽象，且沒有足夠的生活經驗和實驗來驗證結論，與我們日常生活貼近度低，學生難以理解，由數據可知箴言中學學生相對論的知識掌握情況一般.

5.2思考

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

首先，校方應提高對相對論知識教學的重視度，可以采取增加課時數，加強對教師專業知識的培訓，定期舉辦與相對論相關的演講或講座等措施.既能提高學生對相對論的重視，還能為相對論的學習打下一定的基礎.

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

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

2程夢姣.江蘇省中學物理相對論教學情況的調查研究：[學位論文].蘇州：蘇州大學，2012

3涂星火．高中物理新課程量子論和相對論內容教學實施情況調查研究:[學位論文]．重慶：西南大學，2007.7

4泛珠三角地區九所師范大學聯合編寫.現代心理學(第2版)．暨南：暨南大學出版社，2008.159

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

李平(1989-)，女，在讀碩士，主要從事中學物理教學研究.

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

2015-10-10)

*云南省高校高能天體物理重點實驗室.