理工科專業大一新生的物理學知識基礎分析

杜明榮

（河南大學物理與電子學院，河南開封 475004）

理工科專業大一新生的物理學知識基礎分析

杜明榮

（河南大學物理與電子學院，河南開封 475004）

清楚地了解學生所擁有的知識基礎是教師順利開展新知識教學的前提和保障.本文從高中物理課程的設置、高考大綱及考試說明中對物理知識的具體要求，以及學生對物理課程各模塊的實際選學狀況等方面，較為詳盡地分析了高中理科畢業生的物理知識結構，即理工科專業大一新生的物理學知識基礎，此分析能為我們的大學物理教學提供一些有益的參考.

理工科；物理學；知識基礎

1 現行高中物理課程結構分析

現行的高中物理課程共由12個模塊構成，結構如圖1所示［1］.其中物理1和物理2為共同必修模塊，涉及物理學的核心內容，要求全體高中學生共同學習.選修1系列兩個模塊的內容，側重物理學與社會的相互關聯和相互作用，突出物理學的人文特色.選修2系列3個模塊的內容，側重從技術應用的角度展示物理學，強調物理學與技術的結合，體現物理學的應用性、實踐性.選修3系列5個模塊的內容，側重讓學生較全面地學習物理學的基本內容，進一步了解物理學的思想和方法，較為深入地認識物理學在技術中的應用以及對經濟、社會的影響.

依據課程標準，學生在修完物理1和物理2之后，可以從選修1-1、2-1、3-1這3個模塊中任選一個模塊學習，即可達到高中畢業的要求.一般情況下，文科生在修完物理1和物理2之后，會從選修1系列的兩個模塊中選擇一到兩個模塊繼續學習，理科生在在修完物理1和物理2之后，會從選修3系列的5個模塊中選擇3到4個模塊繼續學習.但實際上，高考的需要、學校的師資情況以及地方教育行政部門給出的選課指導意見等，都會直接影響學生對選修模塊的選學情況.

圖1 高中物理課程結構框圖

2 高中理科生的實際選課狀況

考慮到課程標準中物理知識的安排和高校錄取新生的基本要求，高考大綱［2］把物理考試內容分為必考和選考兩類，其中必考內容包括物理1、物理2、選修3-1和選修3-2等4個模塊，選考內容包括選修3-3、選修3-4、選修3-5以及選修2-2等4個模塊，除必考內容外，考生還必須從4個選考模塊中選擇兩個模塊作為自己的考試內容，但不得同時選擇模塊2-2和3-3.

依據考試大綱，對于選修3系列的理科生來說，3-1和3-2必須學習，同時，還必須從3-3、3-4、3-5中至少選學兩個模塊.但事實上，在高考新課標全國卷的理科綜合能力測試中［3］，對于分別考查3-3、3-4、3-5模塊內容的3道選考題，只要求考生任意選做其中一道題即可.

高考的導向作用是客觀存在的.本文以來自河南省不同地市的84名物理學專業大一新生為調查對象，調查了他們高中期間對選修3系列各模塊的實際選學情況，結果如圖2所示.可見，對于大多數同學來說，他們以高考為目標，僅僅選學了高考要考的內容，而對于高考不考的內容則放棄了學習.顯然，這樣的學習不利于他們形成較為完整的物理學知識結構，對于進一步學習物理學有一定的影響.

圖2 理科生選修3系列各模塊的狀況

3 大一新生的物理學知識基礎

從課程設置的角度來看，高中階段為理科生準備的物理課程共包括物理1、物理2、選修3-1、選修3-2、選修3-3、選修3-4、選修3-5等7個模塊，一名理科生若能完整地修完這7個模塊的課程，則他在力學、熱學、電磁學、光學以及近代物理等方面，將會有比較全面的知識基礎.但是，由于高考考試說明［4］中明確指出選修3-3、選修3-4、選修3-5這3個模塊為選考模塊，只要求考生任意選考一個模塊的內容，因此，對于這3個選考模塊學生的實際選學結果是:73.8%的學生只選學了一個模塊，選學兩個模塊的為26.2%，3個模塊全選的為0.0%.可見，對于進入大學理工科專業進一步學習物理學的新生來說，在力學、熱學、電磁學、光學以及近代物理等幾方面，絕大多數學生不具備全面的知識基礎.

考慮到高中理科生的物理學習主要是圍繞高考的要求展開的，因此，下面本文從高考考試說明中對考試內容的要求來分析學生在高中階段主要掌握的物理學知識，此即大學進一步學習物理學的知識基礎.

3.1 力學方面的基礎

高考考試說明中對力學部分的知識要求共包括7個內容主題，在高中物理課程結構中分屬于4個模塊，具體分布情況及內容要點如表1所示.

表1 高考力學部分的知識內容

表1中，質點的直線運動、相互作用與牛頓運動定律、拋體運動與圓周運動、機械能、萬有引力定律這5個主題，位于物理1和物理2模塊，屬于必修必考的內容，且這部分內容在高考中所占比重較大，因此學生對這部分知識掌握得比較扎實.機械振動與機械波這一主題位于選修3-4模塊，在高考中屬于選考內容，被調查的84名同學中只有26人選學了該模塊，也就是說69.0%的同學在進入大學時不具備這部分知識基礎.碰撞與動量守恒這一主題位于選修3-5模塊，在3個選考模塊中，該模塊是選修人數最多的模塊，達到了71.4%，但是，動量守恒定律作為物理學中非常重要的一個定律，還是有28.6%的同學在進入大學時對該定律完全不了解.

3.2 熱學方面的基礎

高考考試說明中對熱學部分的知識要求共包括3個內容主題，在高中物理課程結構中位于3-3模塊，具體內容要點如表2所示.

表2 高考熱學部分的知識內容

這部分內容中，分子動理論、氣體實驗定律、熱力學定律、能量守恒定律等，都是進一步學習熱學知識的重要基礎.但是，在高中物理課程結構中這部分內容位于選修3-3模塊，該模塊在高考要求中屬于選考模塊，因此，學生對這部分知識學習的重視程度較低，很多學生根本就沒有選學這部分內容，選學這部分內容的學生只有23.8%，如圖3所示.可見，學生在進入大學時，熱學部分的知識基礎是相當薄弱的，這給大學講授熱學內容的老師帶來一定的困惑.曾有一位大學老師在指導學生做“測定液體表面張力系數”的實驗時，感嘆學生怎么連最基本的相關概念都不清楚，其實真正的原因是多數學生在中學時根本就沒有學過這部分內容.

圖3 學生選學3-3的情況

3.3 電磁學方面的基礎

高考考試說明中對電磁學部分的知識要求共包括6個內容主題，在高中物理課程結構中分別屬于選修3-1、3-2和3-4這3個模塊，其中3-1和3-2模塊在高考中屬于必考模塊，3-4為選考模塊，具體的內容要點如表3所示.

表3 高考電磁學部分的知識內容

分析表3可見，電場、磁場、電路、電磁感應和交變電流這5個內容主題中，包含了電磁學部分很多的基本概念、基本原理和基本定律，這些內容全部位于必考模塊，位于選考模塊的內容只有電磁振蕩與電磁波這一個主題.電磁學部分在高考中屬于重點內容，每年高考試卷中電磁學部分的分值占物理總分值的比重都在40%左右，因此，學生對這部分內容的學習比較重視.可以說，學生在電磁學部分的知識基礎比較扎實，對于大學繼續學習基本沒有問題.

3.4 光學方面的基礎

高考考試說明中對光學部分的知識要求只有一個內容主題，在高中物理課程結構中屬于選修3-4模塊，具體內容要點如表4所示.

表4 高考光學部分的知識內容

由表4可見，光學部分的內容在高中物理中涉及的較少，但包含了光的折射以及干涉和衍射等光學基本概念和規律.不過，這部分內容位于3-4模塊，該模塊為選考模塊，選學該模塊內容的同學只有31.0%，而69.0%的同學沒有學習過這部分內容.因此，大學老師在講授光學相關內容時，應幫助學生補充學習這部分知識，以便進一步的學習能夠順利展開.

3.5 近代物理方面的基礎

高考考試說明中對近代物理部分的知識要求共包括相對論、原子結構、原子核、波粒二象性等4個主題，具體的內容要點如表5所示.

表5 高考近代物理部分的知識內容

表5的這4個主題中，包含了相對論和物質的微觀結構理論等近代物理的主要內容.但是，這部分內容在高中物理課程結構中分別屬于選修3-4和3-5這兩個選考模塊，學生選學3-4的比例為31.0%，選學3-5的比例為71.4%，而同時選學了3-4和3-5兩個模塊的比例僅為16.6%.可見，大部分學生在近代物理方面的知識基礎是非常薄弱的.

4 討論與建議

對于大學將繼續學習物理知識的理科生來說，若能在高中階段較為全面地掌握力學、熱學、電磁學、光學以及近代物理等相關的知識基礎，顯然有利于大學物理相關內容的進一步學習.但是，由于高考選考內容的存在，導致相同的內容對于一些學生來說是熟悉的，而對于另一些學生來說則完全是陌生的，這種基礎知識參差不齊的狀況，會給大學相關內容的教學帶來一定的障礙.

隨著基礎教育課程改革的不斷深入，課程結構的設置也將越來越完善.高中物理課程的設置對于理科生來說，除了設置那些能夠使學生開闊視野，拓展興趣的選修內容外，在力學、熱學、電磁學、光學以及近代物理等方面，對于那些蘊含著物理學基本概念、基本原理、基本思想、基本方法，并能使學生從中獲得科學思維能力以及相應科學素養的知識，若能作為必修內容要求學生必考必學，則更有利于他們進一步地學習和發展.

建構主義學習理論認為，學習是學習者在原有知識經驗的基礎上，主動對新信息進行加工處理，建構知識表征的過程［5］.可見，基礎知識對新知識的學習是非常重要的，我們在教學時只有清楚了解學生的知識基礎，才能正確引導學生順利地進入下一步的學習.因此，大學老師在教學的過程中，應認真分析學生具備的相關知識基礎，有針對性地進行教學設計，以達到理想的教學效果.

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）［S］.北京:人民教育出版社，2003.

［2］教育部考試中心.2015年普通高等學校招生全國統一考試大綱（理科）［M］.北京:高等教育出版社，2015.

［3］教育部考試中心.2015年普通高等學校招生全國統一考試理科綜合能力測試（全國新課標卷Ⅰ）［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/.2015-12-26.

［4］教育部考試中心.2015年普通高等學校招生全國統一考試大綱的說明（理科）［M］.北京:高等教育出版社，2015.

［5］George W.Gagnon Jr，Michelle Collay，宋玲.建構主義學習設計［M］.北京:中國輕工業出版社，2008.

THE ANALYSIS OF PHYSICS KNOWLEDGE OF FRESHMEN MAJORING IN SCIENCE AND ENGINEERING

Du Mingrong
（School of Physics and Electronics，Henan University，Kaifeng，Henan，475004，China）

A clear recognization of the students background education is a prerequisite and assurance for the teachers to carry out efficient teaching.This article provides a detailed analysis of the physics knowledge structure a high school graduate should have.Our consideration covers the following various realistic aspects，the arrangements of the high school physics curriculum，the specific requirements on physics by college entrance examination syllabus and instruction，and the students’practical choices of different physics course modules.Our analysis provides the detailed background physics knowledge of a freshman majoring in science and engineering，which should be highly beneficial to our college physics teaching.

science and engineering；physics；knowledge base

2016-03-16

本文獲得2016年度河南省教師教育課程改革研究項目資助，系該項目重點課題《“國家教師資格統一考試”背景下師范生培養方案的改革研究，項目編號:2016-JSJYZD-002》的研究成果.

杜明榮，女，副教授，主要從事物理教學與科研工作，研究方向為物理課程與教學論.dmrong69@henu.edu.cn

杜明榮.理工科專業大一新生的物理學知識基礎分析［J］.物理與工程，2016，26（4）:27-31.