Введение

Набор методов обучения физике

академический журнал

Физическое образование, или обучение физике, относится к методам, используемым в настоящее время для преподавания физики. Специалист в этой области называется преподавателем физики или учителем физики. Исследования в области физического образования – это область педагогических исследований, направленная на совершенствование этих методов. Исторически физика в старшей школе и вузе преподавалась преимущественно лекционным методом в сочетании с лабораторными работами, предназначенными для проверки концепций, изложенных на лекциях. Эти концепции лучше усваиваются, когда лекции сопровождаются демонстрациями, практическими экспериментами и вопросами, побуждающими студентов размышлять о том, что произойдет в эксперименте и почему. Студенты, участвующие в активном обучении, например, посредством практических экспериментов, учатся, совершая открытия самостоятельно. Путем проб и ошибок они учатся изменять свои представления о физических явлениях и открывать лежащие в их основе принципы. Физическое образование является частью более широкой области научного образования.

Древняя Греция

Аристотель написал труд, который сегодня считается первым учебником по физике. Идеи Аристотеля преподавались без изменений вплоть до позднего Средневековья, когда ученые стали делать открытия, не согласующиеся с ними. Например, открытие Коперника противоречило аристотелевскому представлению о Земле как центре Вселенной. Идеи Аристотеля о движении были опровергнуты лишь к концу XVII века, после публикации работ Ньютона. Современные студенты-физики часто мыслят физическими понятиями в аристотелевских категориях, несмотря на то, что изучают только ньютоновские концепции.

Средние школы

В Гонконге физика является предметом для сдачи выпускных экзаменов. Ученики старших классов (Form 6) сдают государственный экзамен на получение Гонконгского диплома о среднем образовании (HKDSE). По сравнению с другими программами, такими как GCSE, GCE и т.д., которые охватывают более широкий спектр тем, гонконгская программа обучения предполагает более глубокое изучение материала и более сложные вычисления. В некоторых школах физику можно выбирать в качестве факультативного предмета только с 4-го класса, в других физика является обязательным предметом с 3-го класса, а затем ученики могут выбирать ее в 4-м, а в третьих – физику можно выбирать в качестве факультативного предмета уже с 3-го класса. Кроме того, в большинстве школ преподавание физики ведется на английском языке.

Университеты

Основные программы по чистой физике предоставляются в Китайском университете Гонконга (CUHK), Гонконгском университете науки и технологий (HKUST) и Гонконгском университете (HKU). Темы включают инженерную физику, механику, термодинамику, гидродинамику, волны, оптику, современную физику, лабораторные работы, теплоту, электромагнетизм, количественные методы, вычислительную физику, астрономию, астрофизику, классическую механику, квантовую механику, квантовую информацию, статистическую физику, теоретическую физику, компьютерное моделирование, мягкое вещество, практическую электронику, современную физику, приборостроение, статистическую механику, физику твердого тела, метеорологию, нанонауку, оптическую физику, теорию относительности и физику частиц и т.д. В разных университетах Гонконга используются различные подходы к проведению лекций по физике. В CUHK наиболее важные знания, включая количественные методы и компьютерное моделирование, изучаются на кафедре физики, что позволяет студентам глубже понять концепции, применимые к физическим задачам. Также в CUHK предлагается углубленная программа по теоретической физике, а в HKUST – Международная программа исследовательского обогащения. Студенты, желающие продолжить изучение физики после GCSE, могут выбрать изучение предмета в качестве квалификации уровня A (длительностью два года) или AS level (длительностью один год). Физика уровня A также включает обязательные практические работы, но, в отличие от GCSE, они оцениваются учителями непосредственно в классе. Студенты, успешно прошедшие оценку, получают «практическую аккредитацию», которая требуется некоторыми университетами для допуска на определенные естественнонаучные курсы. В итоговых экзаменах по-прежнему присутствуют вопросы, касающиеся практических навыков, но правильные ответы на эти вопросы не влияют на получение практической аккредитации. Большая часть содержания физики уровня A является расширенным изложением (хотя и довольно подробным) тем, изученных на GCSE, с добавлением новых разделов, отсутствующих в курсе GCSE, таких как физика частиц. Несмотря на то, что в настоящее время математическая строгость значительно ниже, чем в прошлом, физика по-прежнему считается самым сложным курсом уровня A и одним из наименее популярных предметов по сравнению с его доступностью. Существует обеспокоенность тем, что недостаточное количество 17-18-летних выпускников заканчивает школу с физикой уровня A, чтобы удовлетворить потребности современного рынка труда.

Шотландия

В Шотландии экзамены Highers и Advanced Highers соответствуют экзаменам GCSE и A-level соответственно. Содержание этих квалификаций в целом схоже. Поскольку шотландские школьники заканчивают среднее образование на год раньше, чем их сверстники в остальной части Великобритании, программа первого курса физики в большинстве шотландских университетов соответствует программе второго года A-level физики.

Университеты

Большинство университетских курсов физики в Великобритании проходят проверку содержания со стороны Института физики (IOP) и называются "аккредитованными IOP". Это делается для того, чтобы обеспечить выпускников-физиков знаниями и навыками, необходимыми для профессиональной деятельности. Физику можно изучать в рамках трехлетней программы бакалавриата (четыре года в Шотландии) или в рамках интегрированной программы магистратуры, где студенты, успешно завершившие первые три или четыре года, затем проходят заключительный "магистерский год" без необходимости повторной подачи документов на программы магистратуры. В качестве альтернативы, студенты, изначально поступившие на программу бакалавриата по физике, могут подать заявку на обучение в магистратуре после получения степени бакалавра.

Исследования

Количество публикаций, основанных на идеях студентов, по библиографии Дуита (2005)
Фрагмент публикации
Механика (сила)* 792
Электричество (электрическая цепь) 444
Оптика 234
Частичная модель 226
Теплофизика (тепло/температура) 192
Энергия 176
Астрономия (Земля в космосе) 121
Квантовая физика 77
Нелинейные системы (хаос) 35
Звук 28
Магнетизм 25
Относительность 8
* Преобладающая концепция указана в скобках. Адаптировано по: Duit, R., H. Niedderer и H. Schecker (см. ссылку). Исследования в области преподавания физики – это изучение того, как физика преподается и как студенты ее усваивают. Это подраздел образовательных исследований.