本科毕业设计（论文）

外文翻译

物理学史对物理教育的贡献

作者：范妮·瑟瑞格鲁和帕纳约提斯·库马拉斯

国籍：希腊

出处：科学amp;教育

中文译文：

摘要

我们的研究重点是选择、分类和比较各种在上个世纪提出的建议，而在这些建议是作为研究和课程发展的一部分而设计或执行的，且有关物理学史在物理学教育中所作贡献。该分类框架是对物理教与学目标研究的结果，自20世纪60年代以来，物理教与学目标就被提出，随着当前科学教育的趋势，包括20世纪60年代的发现学习和如今的建构主义。对物理学史在物理教育中所作贡献的研究揭示了许多不同的观点，并导致了初步框架新范畴的产生。为了对分类有一个较全面的了解，我们设计了一个图表，以便能够直观地观察和比较报告中的各项建议。分类的框架是在图表的纵轴上表示的，而从1893年起，也就是最早的参考年份(1893年分会)，直到今天，这些时间节点都是在横轴上表示的。

1.介绍

自1893年(1893年分会)以来，大量的观点被记录下来，这证明了物理学史在物理教育中卓有成效的应用。例如，2006年发表的论文主题:历史和科学与教育(1996年12月)。这样大量的论文关于物理学的历史贡献在物理教育中的建议,为教师和研究人员提供他们所需要的所有信息,以及帮助他们专注于自己的项目。

关于课程发展的出版物中载有以前关于某一主题的精选集。例如，尼尔森和托姆森提出了在物理教育中运用物理学的历史和哲学来改变学生对物理教与学的态度的原因。他们还制定了一套课程来表达一个重点:物理教学不再注重物理的内容，而是把物理作为一种人类活动来呈现(尼尔森和汤姆森1990年)。

惠特利就物理学史在物理教育中的重要作用提出了八项建议，并认为物理学史可能成为物理学教育的重要组成部分，成为课程的基石，也用于考试评估(怀特利1993)。

Sherratt回顾了20世纪上半叶科学教育的发展历程，提出了物理学史在物理教学和课程中应用的各种趋势、建议、应用和问题(Sherratt 1980, 1982)。

《科学教学:历史与科学哲学的作用》(Matthews 1994)提供了一份关于物理学史在物理教育中的应用的重要出版物目录，其数量和质量都很高。这本书是关于历史、哲学和科学教育之间结合可能性的历史报告以及多维性的辩论，其中科学教育的问题是重中之重，而这些问题可以通过科学史和哲学的有益对立而得到有效地解决。他还提出了利用科学史促进科学教与学的观点，以及以此设计的课程，并提出了科学史和科学哲学可以纳入教师准备方案。

2.分类的框架

该分类框架是对自20世纪60年代以来提出的物理教与学目标进行研究的结果，以及对当前科学教育的趋势的研究结果，包括20世纪60年代的发现学习和如今的建构主义。各种趋势带来了许多应加以考虑的因素，以便实现目标，即在建构主义下，学生的思想成为影响物理教与学目标的重要因素。在很多情况下，在我们所谓的目标和我们定义的因素之间有一条关键的联系。这是一个教学和学习过程的结果,未来十年,对教学和学习最近的研究和课程的发展,它可以定义为一个目标。例如，20世纪80年代，学生的元认知技能被认为是影响学习的一个重要因素，而现在，在90年代，物理的元认知目标现代课程(Gunstone和Northfield, 1994;怀特和冈斯通1989年)。

最近的科学教育研究指出，学习之前的概念变化不仅具有认知特征，而且具有元认知和情感特征(Duit 1994;泰森等，1997)。在过去的30年里，物理教学的目标可以分为四类:认知目标、元认知目标、情感目标(或情感目标)和实践目标(Thijs和Bosch 1995)。实际目标,在与他人交流和在工作进行期间，发展中的科学技能——调查数据,分析数据,不包括在我们的分类框架建议的使用历史物理教育。上述每一类目标都表达了教学过程的不同维度。反映的观点是，当前的科学教育框架被定义为认知、元认知和情感三个维度。这些维度中的每一个都包含一些研究领域，这些领域将在下面的章节中简要介绍。

2.1 认知维度

认知维度包括物理内容的教与学、物理方法论的教与学、解题技巧的教与学以及学生的另类思维。这些类别都反映了物理教学的认知目标。

物理的内容包括物理的现象和概念，物理的理论和模型，物理的符号和术语，学生在教学和学习过程中必须理解和处理的内容。

物理方法论的教学既可以是在物理的情境中，针对某一物理方法论的教学，也可以是促进学生认知技能发展的有效工具。在过去25年里，科学课程变化的一个重要特点是，以科学教学作为一个既定的知识体系，转向科学经验作为产生和验证这种知识的一种方法(Hodson 1993)。

解决问题涉及到对一组精确概念或关系的知识、理解、分析和应用，这些概念或关系描述的大多是物理现象，需要明确的认知策略，在这些认知策略中，概念和关系具有功能性的使用(Mohopatra 1987)。在20世纪90年代，研究人员提出，解决问题过程中的“问题”概念应该扩展到包括模型等知识的产生和发展。例如，科学模型的使用、创立、改进和修订之间的区别可以被描述为一个问题(Stewart和Hafner 1991)。

建构主义认为，研究学生对物理现象和概念的看法，结合上述研究所得结论，并加以实际应用，可以促进学生概念的转变。在20世纪90年代，学生对物理学方法论的不同观点被记录下来(Guillon 1995)，此外，关于学生对解决问题不同观点的研究已经成为讨论的焦点(Stewart和Hafner 1991)。

2.2 元认知维度

使用生成性自我调节认知策略，使个人能够反思、构建自己活动的意义并控制自己的活动，通过观察知识的使用和促进知识随着情景的变化来更新，以此来增强知识的获取(Glaser 1994;Duschl和Erduran 1996)。如果鼓励学生自我思考，他们更有可能学会更多的思维技能(Nickerson et al. 1985;帕金斯与所罗门1989;Adey and Shayer 1993)。

元认知维度包括对科学本质的理解和对科学与社会相互关系的理解，两者都是科学教与学的基本要素(Driver et al. 1996)。对科学本质的理解既包括对科学内容本质的理解，也包括对科学数学本质的理解。对科学内容本质的理解反映在对解释的哲学角度、实验的哲学角度、模型的哲学角度的理解上，体现在对物理学是解释、理解和预测现象演化的功能模型的认识上。关于科学本质理解的研究表明，研究应集中于“对科学探究过程的了解”(Durant等，1989;罗宾逊1965)。对观察和实验的作用、证据和理论之间的关系以及它们对某种研究方法的选择和应用影响的反思是理解科学的一个重要组成部分(Driver et al. 1996)。

科学和技术知识在很大程度上是由文化决定的，并反映了科学和技术所处的社会、宗教、政治、经济和环境环境(Hodson 1993)。当前关于多元文化科学教育的辩论试图考察科学在多大程度上是由文化决定的，以及科学是否超越人类差异，成为跨文化、跨地域和跨种族共同参与的来之不易的工具(Matthews 1994)。科学与社会的相互关系具有民主性、功利性、文化性和道德性，这与托马斯和杜兰特对促进公众理解科学的文献论述一致(托马斯和杜兰特1987)。

此外,现在作为学生的选择关于物理概念和现象在认知层面上,他们也可能存在对科学性质的误解(例如,学生认为科学知识是“绝对真理”)以及科学与社会之间的相互关系(如科技发展导致越来越多的环境问题)在元认知水平。记录这些不同的想法，并在课堂上发展如何处理这些想法的方法和策略，可能会鼓励学生的学习热情。

2.3 情感维度

直到20世纪80年代，虽然教育工作者和科学教育研究者在教学策略的发展中使用动机理论，但动机的影响实际上被减少到为认知发展提供动力的程度，而对认知结构本身没有任何影响。在80年代中期，心理学研究重新发现了兴趣和动机，从那时起，人们进行了许多调查，以阐明它的作用。根据国际上关于动机和学习的元分析，动机和情感因素可以用来预测学生与学习有关的行为。目前的研究集中在学习的情感/动机和认知因素之间所具有的相关性(Fischer和Horstenhalt, 1997)。

该框架的情感维度代表了物理教育研究者和课程设计者为吸引学生进入物理世界而开发和应用(可观察的、可测量的和可改进的)方法的尝试。这方面的努力从唤醒学生的兴趣，到他们的动机，到研究态度，最后到研究行为意向。

2.4 超出当前科学教育的框架

我们分类的框架还包括一个关于物理学史在物理教育中的贡献区域，这些问题是我们在研究过程中可能会遇到的，并且不能在当前的科学教育框架内进行分类。

图1所示

3.对物理学史在物理教育中的贡献提出分类建议

在研究和分类这些提案时，指出了同一主题在同一框架领域的不同方法和不同观点。这导致在原始框架中创建新的子类别。图1显示了原来的框架，其中包含了新的子类别。每个子类别都以学科命名，而学科主要影响待分类提案所表达的观点。

3.1 认知维度

3.1.1 物理内容的教学与学习

这个类别中的建议分类表达方面，三种不同的方法使用物理的历史教学和学习物理学的内容:哲学家的观点,科学教育研究者的观点和物理学家的观点。每一种物理内容的教学方法都同样反映了哲学的视角、科学教育的视角和物理的视角。

(一)哲学视角

上半年的20世纪,当时教育家们支持这样一种观点，即无论是在物理学的历史上，还是在一个人的个人发展中，对理解自然都存在着相同的连续三个阶段的兴趣。这三个阶段分别是好奇、实用和知识系统化。这三个阶段与不同年龄的儿童有关。孩子们应该回应的大多数肯定和积极的回应，即“引人注目的和美丽的现象”。大约在11岁的时候,当他们发现知识的效用更感兴趣,他们应该准备接受和学习知识的系统化后。

1977年皮亚杰提出了一个不同的观念，指出我们发现科学史上的发展与儿童发展阶段相似。例如，在亚里士多德的物理学中，一个物体的运动是由其内部“马达”的激活引起的。因此，一个物体应该朝着某个目标运动。在下一个阶段，内部的“马达”被外部的代替。在第三阶段，用动力的概念来研究物体的运动，在牛顿之前的最后阶段，用加速度的概念来解释物体的运动。还观察到，从4岁到12岁的儿童依次通过这四个阶段。

Nersessian评论认为“个体发生学概括发展史”表明这个重演是既不可行,也不可取,虽然学生和科学家的思想的变化从一个阶段到下一个很相似,但这并不意味着导致这些变化的过程必然是相同的。

在物理学的历史上，许多研究者对当今学生的推理和科学家的推理之间存在的差异和相似之处进行了研究。一方面，科学家通常掌握最先进的水平的知识，而学生没有。科学家对他们的事业有元认知意识。他们知道自己要调查什么，用什么方法来检验他们的假设等等。相反，学生通常在没有意识到他们所拥有的知识的情况下构建物理知识。他所在的大学里的科学家和现在的学生的世界也大不相同，他们在这些世界里的经历也必然大不相同。当代的社会背景为学生们提供了关于仪器和现象的一部分知识和经验，而在过去的几个世纪里，实际上，科学家们忽视了这些知识和经验。科学家与今天的学生使用了不同的概念与不同的含义和解释(例如,抛物运动的中世纪解释重力弹本身的特点,在学生怀孕重力外部向下的力,作用于弹丸)。科学家组成了一个致力于解决特定领域问题的团体。诚然，学生是一个群体中的个体，但并不是一个与科学家们有着共同目标的群体，这个目标就是为科学家们头脑中的特定概念解决问题。他们只是试图正确地解决这个问题。儿童的处理能力和推理能力可能受到限制，但我们不认为这些限制对历史上的科学家是重要的。认知图式的发展因个体而异。认知图式的创造者发展认知图式的方法并不能反映在学生们发展同一图式的实际方法。学生和科学家的思维起点不同，认知背景也不同。

另一方面，历史上的科学家和今天的学生正处于他们知识领域的概念化的初始阶段。也许一些早期的科学是从个人的日常经历中发展起来的，这可能是300年前的科学家和20世纪的个人所共有的。人们认为，历史上的科学家和学生处于同一水平:他们定义理论实体，并试图在一个粗略的理论中将它们因果联系起来。

(二)科学教育视角

自1980年以来，建构主义在物理教育中指出，利用物理学的历史作为教学设计的灵感来源，将有助于概念的改变。物理学的历史可以为研究人员提供关于科学概念是如何构建、改变和传播的重要信息。对历史数据的研究为研究人员提供了关于学生物理学习过程的类似建议。例如，在《前原理》时期，牛顿在形成他的定律之前，他自己处理了一些概念上的困难。牛顿处理他概念上的困难的方法可能表明了一些有助于解决问题的方法。学生克服他们在同一主题上的概念困难。

根据另一项建议，教师通过将课堂上现有的科学思想与历史思想进行比较，帮助学生克服他们的另类思想，接受现有的科学思想。

(三)物理学视角

自1903年以来，有许多报告和研究表明，物理学的历史作为实验的来源，清楚地显示了科学原理。此外，还推荐了一本实验选集供教学使用。这些意见表达了物理学家寻找“好的”实验的观点。

3.1.2。物理学方

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本科毕业设计（论文）

外文翻译

The Contribution of the History of Physics in Physics Education: A Review

作者：FANNY SEROGLOU and PANAGIOTIS KOUMARAS

国籍：Greece

出处：Science amp; Education

原文正文：

Abstract.

Our research is focused on the selection, classification and comparative presentation of the various proposals concerning the contribution of the history of physics in physics education, that have been designed and/or carried out as part of either research or curriculum development during the last century. The framework of the classification is the result of the study of the aims of the teaching-learning of physics, as they have been presented since the 1960s, coupled with the current trends in science education, including discovery learning in the 1960s and constructivism nowadays. The study of the various proposals concerning the contribution of the history of physics in physics education revealed different points of view and led to the creation of new sub-categories of the initial framework. In an attempt to have a better overall view of the classification, we designed a chart so that the various proposals reported could be observed and commented on in a comparative way. The framework of the classification is presented on the vertical axis of a chart, while time from 1893, the year of the earliest reference available (Lodge 1893), till today is presented on the horizontal axis.

1.Introduction

Since 1893 (Lodge 1893), a significant number of ideas have been recorded con- cerning the fruitful use of the history of physics in physics education. For example, 2006 published papers are available from the Personal Library Software of WWW under the topic: History and Science and Education (December 1996). Such a large number of papers concerning the contribution of the history of physics in physics education requires a classification of all the proposals presented that would provide teachers and/or researchers with all the information they need as well as help them concentrate on the proposals touching their own project.

Selective collections of previous proposals on a certain subject are included in publications concerning curriculum development. For example, Nielsen and Thom- sen present the reasons for using the history and philosophy of physics in physics education in order to change studentsrsquo; attitude towards the teaching-learning of physics. They also develop a curriculum that expresses a turning-point: Teaching of physics is no longer focused on the content of physics but on presenting physics as a human activity (Nielsen and Thomsen 1990).

Whiteley reports on eight proposals about the important role of the history of physics in physics education and argues that the history of physics may become the

keystone of a curriculum and also be used in the exams for evaluation (Whiteley 1993).

Sherratt makes a historical review of the evolution of science education during he first half of the 20th century and presents various trends, proposals, applications and problems about the use of the history of physics in the teaching of physics and in the curricula (Sherratt 1980, 1982).

A significant bibliography of publications, in quantity as well as in quality, about the use of the history of physics in physics education is presented in Science Teaching: The Role of History and Philosophy of Science (Matthews 1994). This book is a multidimensional report on the history of debate on the potentials of the rapprochement between history, philosophy and science education and highlights the problems of science education which may be alleviated by the beneficial contri- bution of the history and philosophy of science. It also presents curricula designed with the perspective of facilitating teaching – learning of science with the use of history of science and suggests ways in which the history and philosophy of science can be usefully included in teacher preparation programs.

We support the view that researchers, curriculum designers and teachers, work- ing in this area, either at present or in the future, need a useful tool that will help them to get briefly acquainted with the different trends and the various proposals concerning the use of history of physics in physics education, as well as to define and confine their area of research and, furthermore, study the conditions and the perspectives of its touching on other areas of research. We make an attempt to cover this need with our classification. The framework of the classification is the result of the study of the changing and evolving aims, the current trends and the various factors influencing the teaching – learning of physics education during the years.

2.The Framework of the Classification

The framework of the classification is a result of the study of the aims of the teaching and learning of physics, as they have been presented since the 1960s, coupled with the current trends in science education including discovery learning in the 1960s and constructivism nowadays. The various trends introduce a number of factors that should be taken into account in order to accomplish a certain aim, i.e., in the context of constructivism, pupilsrsquo; ideas become a very important factor influencing the aims of the teaching and learning of physics. In many cases, there is a very thin line between what we call an aim and what we define as a factor. That is a result of the fact that a parameter of the teaching and learning procedure may be defined as a factor in one decade and in the next decade, after the acknowledgement of its contribution to teaching and learning and expressing the recen

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