上中学通过新型针对性教学材料进行宇宙学与通用相对论（GR）

宇宙学与通用相对论（GR）因掌握这些主题的高级先决条件，仍基本不可被纳入高中教学。将其纳入上中学教学是一个尚未解决的重大挑战。本文报告了一项 GR 和宇宙学课程在上中学学生身上的实施研究，该课程是作为教育项目的一部分在 GR 百年纪念日期间启动并持续多年测试的。该课程旨在扩展学生的知识，涵盖当前物理学中的主题，同时突出其在牛顿力学、电磁学和波动领域的基础。针对性教学与学习材料侧重于概念和定性理解，同时系统地结合可在上中学水平下实现的数学处理，避免过度简化。关键元素是积极的学习方法，融入与当前研究相关的引人入目的应用、反思练习、思想实验和动手任务。主要研究目标是探讨一种概念深刻且教育有效的 GR 和宇宙学课程能否成功地为非专业的上中学学生实施。通过前后研究评估了概念学习和情感结果，包括兴趣、好奇心、自我概念以及对科学的感知相关性。结果显示，在核心原理的概念学习方面，学习和动机都取得了令人鼓舞的进步，概念学习的效应大小从大到非常大。此外，未观察到性别等预测因子的显著或小效果。我们得出结论，GR 和宇宙学能够以形式、材料、课程，这些形式、材料、课程引人入目、易于理解且具有影响力，成功地整合到上中学物理教学中。