幾乎所有大學STEM學位課程都需要入門物理學課程，這不僅是因為物理被認為是這些學科的基礎，而且還因為它為學生提供了應用數學的實踐經驗。后者對于基于微積分的物理課程尤為如此，該課程通常使學生首次接觸到在數學課之外使用微積分的知識。

現在，堪薩斯大學的一組物理學家和教育工作者已經為大學水平的學生開發了一套課程，在幫助入門物理課的學生進一步練習和發展其微積分技能方面，特別是那些考核核心數學能力較低的人，顯示出很大的希望。他們將這種方法稱為“能源至上”。

他們的發現發表在同行評審期刊《物理評論物理教育研究》上。

“幾乎總是在入門物理課程中首先在力的背景下教授力學的情況。后來的課程顯示，他們還可以應用能量的概念來解決他們已經學會解決的大多數問題”，合著者之一，KU的工程物理主管兼物理學與天文學副主席Christopher Fischer說道。“相反，我們決定首先講授能量-因為第一，我們認為這是一種更普遍適用的物理學思維方式。第二，它還使我們能夠實現為學生提供更多機會進行學習的次要目標。使用和練習他們的微積分技能。”

從2015年秋季到今年春季，Fischer和他的KU同事監視了學生，并在KU的兩個物理入門課程中進行了測試，這些課程主要由攻讀物理科學和工程學學位的學生參加。首先，他們設計了“能源第一”課程。另一方面，他們繼續采用更傳統的方法，即在向學生傳授能量之前，先向他們傳授力量。

兩種使用不同課程的物理課程的出現自然為研究人員提供了比較兩門課程學生學習成果的機會。

菲舍爾說：“我們試圖盡最大可能將蘋果與蘋果進行比較。”“換句話說，我們比較了具有相同ACT數學分數但參加了不同物理課程的學生，以確定我們的新物理課程對學生成績產生了什么影響。”

研究人員與KU杰出教學中心和KU機構研究與計劃辦公室合作，獲得了學生的ACT數學成績。

Fischer和他的同事發現，修讀新的“能源優先”物理課程的工程專業學生傾向于在隨后的工程課程中獲得更高的成績(例如，在機械工程課程中，必須要有兩個入門物理課程中的任何一個)。

他說：“我們看到的是正在學習我們新的物理課程的工程專業學生在他們的工程專業上表現更好。”

此外，在下游工程課上對學生表現的最大好處是在數學ACT分數較低但參加了“能量優先”物理課的學生中。

菲舍爾說：“您的初始數學能力越低，收益就越大。”“因此，ACT數學分數較低的工科學生通過參加這一新課程會獲得更大的收益，這使我們認為，也許在本物理課中要求學生使用微積分解決更多問題的方法也可以幫助他們提高其應用數學技能作為他們的物理技能。”

費舍爾大學KU物理與天文學系的KU同事是該論文的主要作者，物理和天文學助理教授Sarah LeGresley。詹妮弗·德爾加多(Jennifer Delgado)，副教授;克里斯托弗·布魯納(Christopher Bruner)，博士研究生;物理與天文學教授Michael Murray。

KU的研究人員通過進行更多評估來檢查學生對物理內容的了解程度，再次發現“能量優先”隊列中的學生比老式入門物理課中的學生具有優勢。

菲舍爾說：“另外，我們在許多不同大學使用的標準化物理概念測試中對學生的表現進行了并排比較。”“而且我們發現，新物理課程的所有學生的表現都比傳統物理課程的學生要好。”

盡管這些結果肯定表明采用“能源第一”方法，但Fischer強調，由于樣本量小且僅在一所大型中西部大學中的學生人數有限，“能源第一”課程將需要在得出結論認為這是向大學生學習入門物理的一種更好的方法之前，我們嘗試了更廣泛的嘗試。

菲舍爾說：“我們的研究沒有成千上萬的學生。”“我們只看了幾千本。因此，其他大學嘗試這種新課程以查看我們的結果是否可以復制是很重要的。的確，我們很高興地歡迎其他機構與我們合作測試我們的結果是否可靠-這是必不可少的。”

此外，KU的研究人員希望開發并實施一種評估，以用于物理課程中，以更好地理解數學遷移。

“這種新的物理教學方法是否可以幫助學生提高應用的微積分技能?”菲舍爾說。“據我們所知，沒有人針對該特定問題進行評估。因此，我們正在嘗試找出如何設計這樣的工具。”

菲舍爾最后說，該團隊希望從實施“能量優先”物理方法中學到的經驗教訓來修改該部門其他課程的課程。

“有沒有辦法設計類似的東西，或者至少對我們系基于代數的物理課利用這種設計方法?”他說。“這自然也激勵我們接觸高中尋找合作者，以幫助我們開發新的和改進的物理教學方法，從而對高中生更有用。”

編輯?∑Gemini

來源：教育新聞網

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總結

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