领科物理课堂|国际化教育物理教学的“平行时空”
发布时间:2023-12-08在领科上海,Physics物理一直是同学们喜爱的热门学科。而物理学科之所以受到众多学子的喜爱,除了Physics本身能够让同学们体验从量子(quantum)到宇宙(cosmos)的或精密,或玄妙,或浩瀚的神奇世界,更是因为物理组有一群认真负责的优秀教师,他们以有趣生动和引人入胜的方式传授抽象的物理知识——注重实验教学、组织物理竞赛、开展学术活动等,以确保从IG到A Level或IBDP的学生都能培养他们对学术研究和实验设计的满腔热情和创造性思维。
接下来,我们将通过对领科教育上海校区三位优秀物理教师的访谈,带您走进国际化学校物理教学的斑斓天地。
钟钰老师
简述来自体制内学校的同学如何学好A Level物理
对于一些来自体制内学校的同学们来说,物理是一门“解题”的学科。他们认为,只要会用公式且善于计算就能“学好物理”。然而,国际化学校的物理教学,和体制内相比,简直可以称为是一个parallel spacetime(平行时空):虽然都是在物理学大厦中上下求索,但教学方法和考试方式则鲜有交集。进入领科后,他们发现曾经“简单”的物理不再那么容易了,甚至可能面临着听不透、学不深等问题。因此,了解中国学生学习特点的物理教师们在帮助学生更好地适应国际课程物理的过程中起到了非常重要的作用。那么,接下来,我们一起来听听钟钰老师的分享。
物理教师钟钰,本硕均毕业于上海交通大学,拥有12年的教育经验,曾教过体制内高中物理、AP物理和A Level物理,目前在领科教授IGCSE和A Level物理。钟老师的教育理念是:希望我能成为一把梯子,学生登上我,能更上一层楼。
Q: A Level物理与体制内高中物理学科有哪些区别?
钟钰老师:对于“转轨”的学生来说,需要注意的是,A Level物理和体制内高中物理在知识范围、考察重点上都存在一定的区别。
从知识范围来说,A Level物理更注重广度而轻深度,而国内高中物理则相反。比如,高考物理中,公式的运用和计算是通行的中等难度考题,比如电阻公式;虽然是同一知识点,但这种考察形式在CAIE中属于比较拓展的内容(图1)。但A level会涉及到一些高考物理不会含括的内容,比如力矩与力矩平衡(图2)。
图1 导线电阻公式的运用考察
上为CAIE考题,下为高考考题
图2 CAIE的力矩与力矩平衡考题
除了知识点的区别,A Level物理更注重考查使用物理概念解释物理现象,这就涉及到论述题,而此类题目在国内高中物理的学习中是很少涉及的。另外,A Level物理会允许学生使用计算器,并附上公式本,这在一定程度上降低了对数学运算能力的考察比重。而国内高中物理则可能更注重计算题的考核。
同时,对于从教授国内高中物理转到教授A Level物理的教师来说,一定要主动转变教学观念和教学方法,可以通过参加竞赛辅导、组织学术项目、撰写学科论文等方式来提升自己的专业能力。
领科教育上海校区的物理课堂
Q: 对于从国内初中转到国际高中的低年级学生来说,他们在学习A Level物理中,会面临哪些挑战?您有哪些建议?
钟钰老师:在回答上一个问题时,我说到A Level物理和国内高中物理的差异,而这正是从国内初中转到国际高中的学生会遇到的挑战。
具体来说:首先是课程难度上的挑战,A Level物理的学习难度可能比国内高中物理更大,涵盖的知识面更广,而且更加重视理论与实际应用的结合;其次是语言上的挑战,在学习国际课程时,英语不仅是一门课程,也是学好A Level物理的基础,对基本语法、词汇、场景应用、专业性等方面都有着更高要求;最后就是考察方式上的挑战,如之前说的A Level物理注重文字描述,因此,学生需要提高写作能力,学会用概念去描述、解释问题。这不乏一些非常考验学生英语写作水平的知识点,比如交流发电机的原理解释(图3)。
图3 CAIE的交流发动机原理考题 无法用计算答题
针对这种考察特色,我给到的建议是:提高英语运用能力,如参加各种演讲和写作的活动;采用多种的学习方法,如参加物理相关的学术社团、开展研究项目等,以提高学习兴趣,培养批判性思维能力和团队合作精神。除了课程的学习,学生还要学会合理安排时间,制定学习计划和目标,培养自主学习的能力。
Q:对于考虑申请物理相关专业的高年级学生来说,他们应该如何规划学业?您有哪些建议?
钟钰老师:对于考虑申请物理相关专业的高年级学生来说,我的建议是:维持优秀的学术表现,物理专业对学生的学术成绩要求较高,因此要努力在数学、物理和其他相关科目上取得优异成绩,也可以参加学科竞赛来提升学术表现;充分利用学校教育资源,积极参加各种学科讲座、学术项目,例如BPHO 奥赛,Physics Bowl物理碗,以及Isaac Physics Senior Physics Challenge China Marathon牛顿物理高级物理挑战中国马拉松(SPCCM),以拓展知识面,培养学术研究能力;培养创造性思维和实验能力,物理专业注重学生的分析、实验和解决问题的能力,因此在日常实验课中,要多进行实践和探索。最重要的是,要保持积极的学习态度和对物理学的热情,不断提升自己的学术能力和综合素质。
许慧老师
分享实验教学的重要性
物理是一门以实验为基础的学科,因此,在国际学校的物理教学中,教师们不仅注重理论知识的传授,更重视通过实验活动来帮助学生直观地理解物理原理,培养他们的探究能力和实践能力。接下来,我们一起听听许慧老师的分享。
物理教师许慧,本科毕业于南京师范大学,研究生毕业于苏州大学,拥有18年的教育经验,曾教过国内高中物理和A Level物理,目前在领科担任班主任和教授A Level物理,在实验教学方面颇有心得。
Q:A Level物理实验的重要性体现在哪些方面?
许慧老师:A Level物理实验的重要性体现主要体现在:帮助学生将所学的理论知识应用到真实的物理场景中,通过实验学生可以直观地观察和测量现象,验证理论模型,从而加深对物理学概念和原理的理解。比如说在很受学生欢迎的杨氏模量实验中,学生们通过测量材料的形变程度以及施加的力来计算杨氏模量,直观地体会到这个在工程与材料科学中都相当重要的参数对材料刚性、弹性的描述意义。
培养学生的实验设计和数据分析能力,实验不仅仅是验证理论,它还要求学生设计实验、收集数据并进行数据分析,这有助于培养学生的创新思维和批判性思考;
提高实践动手能力和观察力,通过亲自操作实验设备,学生可以提高自己的实验技巧和问题解决能力,同时,实验还要求学生具备敏锐的观察力,这对于物理研究至关重要。
领科物理老师正在指导电阻测量实验
另外,A Level物理实验是需要参加CAIE考试,在AS阶段有实验操作考试,在A2阶段有实验设计和评估考试,这也是重要性之一。
总之,A Level物理实验不仅是对理论知识的补充和验证,更是培养学生多种能力和素质的重要环节。
Q:A Level物理实验落实在实际教学过程中面临哪些挑战?
许慧老师:A Level物理实验在教学过程中面临的挑战主要包括以下几个方面:
首先是实验设备和材料的限制。精确、齐全的实验器材对于成功完成物理实验至关重要。目前市场上难以买到理想的实验器材。
其次是实验课程设计的难度。实验本身是一个载体,目的是培养学生实验设计和数据分析的能力,而不是为了实验而实验。为此,我特意编写了《IGCSE&A Level实验手册》,年轻教师可以按照手册引导学生进行实验操作。同时,我们物理组给每位教师都安排了实验教学计划,一是为了加强教师对物理实验的重要性的认识和提升其对物理实验的教学程序的理解;二是为每个学生提供足够的实验机会。
最后是探究性的物理实验对于大多数学生来说具有一定的挑战。在日常实验教学中,验证性实验是最常见的实验类型。在这验证性实验中,学生只要依据已有的理论进行实验,以确认这些理论的正确性。尽管这类实验对于学生来说,难度不大,但不太适用于高年级的学生,尤其是G5大学为目标的学生。
同学们正在进行小组实验操作
我们鼓励学生多尝试难度更大的能培养学生科学思维能力的探究性实验。这类实验的难度在于,它要求学生利用已经学过的知识,通过自己设计实验来探索和发现新的科学知识——在探究性实验中,学生在对预期结果并无预先了解的情况下,通过自己的实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念,以支持或推翻某个科学假设。不同于验证性实验中,学生先学习理论,再通过实验来验证理论的正确性。
一个实验的教学可以设计成验证性与探索性两种模式。比如胡克定律实验,教师可以先教授力与弹簧伸长量之间成正比例关系,然后学生在实验室测量根据数据画出力与伸长量的关系图像。如果是一条过原点的直线,就验证了理论的正确性;如果不对,说明实验的设计或者实验仪器选择有问题,需要重新设计和寻找合适的弹簧再进行验证。而这个实验设计为探究性的情况下,教师先不教授胡克定律,给学生仪器,让学生先寻找力与弹簧的长度之间的关系,根据这两者之间的关系图像,引导学生分析出力与伸长量之间的关系,写出数学表达式。最后,教师说明学生得到的关系是叫胡克定律,是三百多年前英国物理学家胡克得出的,这就是探究性实验。
这只是个简单的例子,在物理教学中有很多的这样的实验。在电磁感应中探究怎样能够在电路中产生电流,在核物理部分通过投掷骰子去模拟放射性元素衰变过程,并且画出未衰变的原子数与时间关系图像,并计算出半衰期。都是学生很喜欢的实验。
在团队合作下,成功完成实验
尽管探究性的实验对学生提出了种种要求,但能够培养学生的创造性思维、问题解决能力和科学探究精神。这正符合领科“致力于培养科学精神的人才”的培养目标,也是牛剑准学生需要具备的能力。
Shahida老师
浅析如何激发学生学习物理的热情
在学习A Level物理的时候,学生有可能会陷入一个学习误区——认为在考试中得高分就能学好这门学科。然而,A Level物理不仅注重学生的学术成绩,更重视其学科素养——学习这门学科不仅关乎到之后更高阶的学习,更需要考虑未来的大学专业方向。
因此,对于学习A Level物理的学生来说,不仅要有学习的热情和兴趣,还要有能力持续地学习。那么,在物理教学中激发学生的求知欲和创造力是教师不断探索的一项重要话题。如,正在如火如荼进行中的2023年科学周正是提高学生的学习兴趣和培养其探究精神的方式之一,这也领科每年都开展的学术活动。接下来,我们一起听听Shahida老师的分享。
教师参观2023年科学展
The head of the Physics & Computer Department, Shahida Asif, is from Pakistan, and graduated from the University of Peshawar. She has 18 years of experience teaching IGCSE and A Level courses. Her educational philosophy is that learning is a very interesting process, and the learning atmosphere in the classroom should be safe, clean, and positive.
物理&计算机组组长Shahida Asif,来自巴基斯坦,毕业于白沙瓦大学,具有18年教授IGCSE和A Level课程的经验,教育理念:学习是一个非常有趣的过程,课堂的学习氛围应该是安全、干净和积极的。
Q:What do you think of the learning attitude and ability of Chinese students?
您觉得中国学生的学习态度和学习能力怎么样?
Shahida老师:Chinese students have strong mathematical skills and are dedicated to academics. However, writing descriptive answers and expressing themselves in English is one major challenge for them.
中国学生擅长数学计算,学习十分刻苦。然而,对于他们来说,用英语描述性地回答问题并表达自己的观点是一大挑战。
Q:What teaching methods do you use to adapt to Chinese students’ learning styles?
您会采用什么样的教学方法来适应中国学生的学生方式?
Shahida老师:Since many Chinese students and parents prefer the traditional teaching approach, I use a mix and balance between interactive, hands-on activities and traditional learning style.
Handouts and worksheets are provided along with PowerPoint presentations and explanations so the students can read independently if they cannot follow explanations. Similarly, they take notes and answer questions on the given handouts.
由于许多中国学生和家长更喜欢传统的教学方法,所以我会兼顾互动的、实践性的活动和传统的教学模式。我会提供讲义和学习单,以及PowerPoint演示文稿和解释,以便学生在无法理解解释时可以自行阅读。同样,他们也会记笔记并回答讲义上的问题。
Q:How do you stimulate students' interest and enthusiasm in physics?
你会如何激发学生对物理的兴趣和热情?
Shahida老师:Incorporating visual aids, pair discussions, and having various tasks can help sustain students' engagement in class. Highlighting misconceptions, relating concepts to everyday phenomena, and practical applications to make physics more meaningful for the students.
我会结合视觉辅助工具、小组讨论,以及各种活动帮助维持学生在课堂上的参与度。同时,需要强调的是我会将物理原理与日常现象和实际应用联系起来,以便物理对学生来说更有意义。
Shahida老师引导学生进行实验
Q:What are your unique teaching methods or techniques during the teaching process?
您在教学过程中有哪些独特的教学方法或技巧?
Shahida老师:Creating a dynamic and inclusive learning environment is the major focus of my teaching approach. I try to include everyone in questioning and other activities and meet the needs of individual students and interests.
创造一个充满活力和包容性的学习环境是我教学方法的主要重点。我尽量让每个人都参与到提问和其他活动中,满足每个学生的个人需求和兴趣。
Q:What are the highlights of this year's science exhibition? What do you hope students will gain from this activity?
今年的科学展有什么亮点?希望学生通过该活动收获什么?
Shahida老师:This year, we organized a combined Science Fair Exhibition rather than individual Physics or Chemistry weeks as in the past to increase collaboration between science departments. Physics, Computer, and Chemistry teachers have collaboratively developed the plan, timeline, and final display.
Many IGCSE students work hard on projects and research in small teams. This group work will develop their communication and teamwork skills. Giving them the freedom to choose a subject and topic will help highlight their interests and intended significance for future studies.
今年我们组织了一次综合科学展览会,而不是像往年那样分别举办物理或化学周,以加强科学部门之间的合作。为此,物理、计算机和化学教师联合制定了活动计划、时间表和作品展示。
许多IGCSE学生在团队中努力完成他们的项目和研究。这种团队合作将培养他们的沟通、团队合作技能,同时,他们通过自由选择感兴趣的活动主题也将有助于培养他们的学习兴趣,以及发现未来的学习方向。
2023年科学展作品
Q:What do you think is the significance of organizing a science exhibition?
你觉得开展科学展的意义是什么?
Shahida老师:Conducting a science exhibition holds several significant benefits. It provides students a platform to showcase their creativity, problem-solving skills, and scientific knowledge. It fosters a hands-on approach to learning, encouraging practical applications of theoretical concepts. In addition, love for science subjects is promoted, and students become familiar with the scientific methodology.
举办科学展览有几个重要的意义:它为学生提供了一个展示他们的创造力、解决问题的能力和科学知识的平台;它重在培养学生的动手实践能力,鼓励学生要有学以致用的意识,掌握运用理论的技能;此外,它还促进了学生对科学科目的热爱,并使学生熟悉科学方法论。
著名的天才物理学家费曼曾经说过:“Nobody ever figures out what life is all about, and it doesn't matter. Explore the world. Nearly everything is interesting if you go into it deeply enough.”(没有人能完全掌握生命的全部。但那也没关系。探索这个世界吧。如果你足够深入,几乎每件事情都让人着迷。)
好奇心和思辨是物理学的精神,也是领科学生培养三大目标之一的“科学精神”。
感谢三位物理老师的精彩分享,让我们对国际课程有了更全面的认识——不仅注重学生的知识储备,更强调培养学生的创新能力、团队协作能力和跨文化沟通能力。这些能力对于学生未来的发展至关重要。
物理老师们对物理学和教育的热爱创造了巨大的“磁场”,以学生为中心的教学方法让喜欢探究的学生们增加了“动量”,越来越多与自主学习“绝缘体”学生开始成为“超导体”。
如果你也喜欢物理,加入领科参加下一届的科学展吧!