美国大学先修物理课程改革特点分析

朱广天　王珏　杨凯超

摘 要2014年，美国大学理事会对AP物理课程进行了改革，这次改革的主导思想是通过探究式教学将“科学实践活动”融入AP物理课程教学中。文中介绍了本次AP物理课程改革的特点与配套教学要求，根据最新公布的AP官方试卷对改革后的AP物理考试进行了总结，分析了改革后的考试形式对物理课程探究式教学模式的引导作用。新的AP物理课程为我国的中学物理课程改革提供了一种值得借鉴的模式。

关键词大学先修课程 科学实践 课程改革

美国大学先修课程（以下称为AP课程）是在高中阶段开设的选修课，让学有余力的高中生可以提前学习大学层次的各领域基础课[1]。AP课程成绩评分的满分是5分，3分以上为合格。通过了AP考试的学生，不仅可以用AP成绩作为申请大学的参考，也可以在入学之后根据自己的AP分数免修相关课程并抵扣相应的学分。目前，全球有60多个国家的4000多所大学将AP课程作为学生的入学参考，80多个国家开设了AP课程或AP考试培训[2]。

2014年之前，AP物理课程包括三门独立的考试，即AP Physics B（以下简称物理B）、AP Physics C-力学和AP Physics C-电磁学。而从2015年开始，物理类课程改为四门独立的考试，即将物理B分为AP Physics 1（以下简称物理1）、AP Physics 2（以下简称物理2）。这种多层次的AP物理课程适应了不同层次学生的学习能力，同时也更好地与大学物理课程衔接。

一、AP物理课程内容的变化

2014年，美国大学理事会用新的课程物理1和物理2代替了原有的物理B。物理1和物理2的课程内容与基于代数的大学物理课程内容一致。学生在学习物理1之前，不要求学习过物理课程，只需要具备基本的代数与三角函数知识；学习物理2的学生则需要学习过物理1或其他的物理基础课程，并具备较好的以函数性质为主的微积分预备课程基础知识[3]。物理2与改革之前的物理B所涵盖的知识点基本一致，物理1则是在学时没有减少的情况下，对学习内容进行了缩减。

在改革后的AP物理课程大纲中，美国大学理事会明确提出了七种具体的“科学实践活动”：科学实践1.使用科学表述与模型来交流科学现象和解决科学问题；科学实践2.正确使用数学工具；科学实践3.通过科学的质疑来引导调查研究；科学实践4.针对具体的科学问题设计数据采集方案；科学实践5.进行数据分析与评估；科学实践6.根据理论解释开展工作；科学实践7.将跨领域的科学概念与不同表述方式建立起联系。美国大学理事会对以上七种“科学实践活动”一一设置了细分要求。通过这些细分要求，改革后的AP物理课程所要求的科学实践活动具备了可操作性与可考察性。

为了帮助学生实现“通过科学实践活动掌握物理原理”这一理念，美国大学理事会在新的AP物理课程安排上，着重强调了实验教学的比例。物理1课程共包含9个实验，物理2课程则包含7个实验[4]。物理1与物理2课程均要求教师投入至少25%的总课时开展实验教学，并且通过探究式教学提高学生的参与度，增强学生的评判性思维能力与问题解决能力。

探究式实验教学可分为确认理论、结构化探究、引导式探究和开放式探究四个层次，通过这四个层次的探究式实验教学，可以使学生的批判性思维与问题解决能力逐渐提高[5]。美国大学理事会明确提出，在新的AP物理课程中，教师应该采用第三层次与第四层次探究式教学模式，鼓励学生提出问题并预测结论，并以团队合作的形式自主设计实验与收集数据。

二、AP物理考试形式的变化

新的AP物理1和物理2的考试时间均为三个小时，考试内容包括两个部分：第一部分为客观题，共50题，考试时长90分钟，正确选项得一分，错选或不选得零分，分数占总分值的50%；第二部分为主观题，其中物理1共五题，物理2共四题，考试时长均为90分钟，分数占总分值的50%。

改革后的AP物理1和物理2与改革前的物理B相比，最大的变化在于客观题题量由70题减少到50题，且每题选项由五个减少到四个。在考试时间与考试范围均不变的情况下，客观题的题量减少了29%，每题的选项数也减少了20%。可以看出，美国大学理事会的做法实际上降低了考试的难度，让考生有更充裕的时间完成考试，这种做法“可以在不降低考试严格性的情况下帮助学生节省时间”[6]。

客观题的另一个变化是增加了“双选题”。50道选择题中，45道为单选，最后5题为双选，且只有两个正确选项。学生需要两个选项全部选对才得分，只选对一个不得分。从美国大学理事会已经公布的模拟题来看，双选题重点考察的是物理概念的掌握与定性的物理图像分析，而非定量的公式计算。因此，双选题的设置，可以更好地引导学生重视物理概念和物理原理的学习，促使学生全面掌握物理规律，避免学习物理时重计算轻概念的误区。

改革后的AP物理1与物理2减少了主观题部分的题量。改革之前，AP物理B有6道主观题，而改革之后，物理1有5道主观题，物理2有4道。物理1虽然题量只减少了一道，但其与改革前的物理B相比，考试内容范围缩小很多；而物理2与物理B相比，考试内容范围虽然基本一致，题量却缩减了33%。可以看出，对于参加AP考试的学生，在考试时间不变的情况下，改革后的AP物理考试主观题难度也有所降低。

然而，AP物理考试改革的目的并不仅仅是为了降低考试的难度，更重要的是为了体现“科学实践活动”在物理教学中的地位，贯彻“通过科学实践活动掌握物理原理”这一理念。例如，在新的AP物理考试中，物理1和物理2的主观题中都增加了一道专门的实验设计题目，要求学生能够描述实验设计思路、分析实验数据、对实验现象进行观察和解释。

三、AP物理课程改革案例分析

通过美国大学理事会官方公布的实验设计例题，来具体分析实验设计题目是如何与科学实践活动相结合的[7]。

如图1所示，一件乐器由八支两端开口的金属管组成，通过小锤敲击金属管发出声音。题目要求在只有一套音叉以及其他一些常用的实验设备，不具备传感器等电子设备的条件下，使用这件乐器来确定室内空气中的声速。具体有如下四个小问：

1.请你给出详细的实验步骤。要求具体给出所要测量的物理量及其测量方法，使得另一位学生可以按照你的实验步骤完成实验。

2.说明你是如何使用所测量的物理量来决定声速的。该说明应足够详细，以使得另一位学生完全可以重复你的实验。

3.给出你在实验设计中所做的一个假设，并解释该假设对所测得的声速值可能产生的影响。

4.若图2是某学生为确定空气中声速所测得的波长和周期。请使用该图计算声速，并对你所使用的方法进行说明。

该题目充分体现了改革后的AP物理课程对“科学实践活动”的重视程度。学生要完成这道题目，不仅要具备科学实践4中“根据具体的科学问题来合理选取所需的数据”和“根据具体的科学问题来设计实验数据收集的方案”的能力，同时也要具备科学实践5中“进行数据分析与评估”的能力。该题对科学实践3中“学生可以提出科学问题”和科学实践7中“学生可以在不同时空尺度下将物理现象与物理模型建立联系”这两点要求也有所反映。

四、AP物理课程改革总结

从以上的讨论中可以发现，AP物理课程改革的最主要趋势是以科学实践活动作为物理课程学习的核心，加强对物理概念和研究方法的考察。由于AP物理课程的教学过程是以AP物理考试为导向的，为了在教学中让学生更注重对物理概念与原理的学习，改革后的AP物理试卷中大量增加了概念题和论述题的比例，并新增了实验设计题目。这种考试形式的改变使得学生在学习物理时，不再把实验课看作是可有可无的内容，学生必须在课程中重视每一个实验的原理方法、器材操作与数据处理，这样才能在考试中展开有针对性的论述。

在改革后的AP物理课程中，与科学实践活动相配套的是探究式的教学模式。然而，探究式教学也存在着所需课时较长、教学进度较慢等问题。为了配合探究式教学模式，避免师生因为赶进度而放弃探究活动，新的AP物理课程也进行了有针对性的调整，将一门物理课程拆成两门，减少了每门考试的考察内容，使得教师有充分的时间开展探究式教学。新的AP物理考试也大幅缩减了题量，给予学生充足的考试作答时间，这有助于减少学生通过“刷题”的方式来进行物理学习。同时，为了扭转学生学习物理时常常存在的“解物理问题就是把数值代入公式计算”这样的错误观念，改革后的AP物理考试大量减少了计算题在整张试卷中的占比，所保留的一些计算题目也不是孤立存在的，而是与定性的解释和判断相结合。

目前，我国的高中物理课程正处于改革时期，许多地区开始在中学推行探究式教学模式[8]。然而，针对物理课程标准与高考内容的一项研究指出，物理高考试卷与高中物理内容的一致性并不显著[9]。与AP物理课程类似，我国的高中物理课程标准中提出了“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”的目标，但高考物理试卷对于这一学习目标的引领作用尚显不足。因此，AP物理课程与考试的改革措施，可以为我国的中学课程标准制定与高考改革提供参考。

参考文献

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

[2] 李骐.美国AP课程对我国高考改革的启示—兼谈建立衔接大学与高中教育的大学先修课程体系[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.高中物理新课程的反思与课标修订建议[J].基础教育课程，2013（1-2）.

[9] 袁令民.物理高考与内容标准的一致性研究[D].重庆：西南大学，2013.

[作者：朱广天（1984-），男，辽宁大连人，华东师范大学物理系副教授，博士；王珏（1992-），女，江苏南京人，华东师范大学物理系在读硕士研究生；杨凯超（1991-），男，四川乐山人，华东师范大学物理系在读硕士研究生。]

【责任编辑 郭振玲】