Aps-ajp-11-1001-Book indb

III. RUTGERS PROGRAM COURSE WORK DETAILS
This section describes two methods courses in detail
共“Development of Ideas in Physical Science” and “Teaching
Physical Science”
兲 and provides an overview of “Multiple
Representations in Physical Science.” Although a great deal
of course work is based on science education literature, the
“meat” of the courses is PER-based. During the two years in
the program, preservice teachers read and discuss seminal
papers of the founders and developers of the PER field
共and
their corresponding research groups
兲 such as A. Arons, L.
McDermott, F. Reif, E. Redish, A. Van Heuvelen, R. Beich-
ner, F. Goldberg, J, Minstrell, D. Hammer, D. Meltzer, and
many others. In the Rutgers program these courses are taught
in the Graduate School of Education, however all of them
can be offered in a physics department, provided that a per-
son in charge is an expert in physics, general pedagogy and
PEDAGOGICAL CONTENT KNOWLEDGE AND PREPARATION
…
PHYS. REV. ST PHYS. EDUC. RES. 6, 020110
共2010兲
020110-9
Teacher Education in Physics
111

---

physics PCK. An important feature of the course content is
that the preservice teachers learn how to teach every concept
of the high school curriculum at least twice in different
courses, from different angles. They also see how those con-
cepts logically build on each other and how to structure the
curriculum so students can benefit from those connections.
A. Development of Ideas in physical science
(first year, fall semester)
1. Overview
“Development of Ideas in Physical Science” is a three-
credit course that meets once a week for 160 min, fifteen
times during the semester. The goal of the course is to help
students learn how physicists developed the ideas and laws
that are a part of the high school physics curriculum. “Ideas”
that students investigate correspond to the major building
blocks of physics and chemistry, such as motion, force, en-
ergy, molecular structure of matter, electric charge, electric
current, magnetic field, light as a wave or a photon, and
atomic and nuclear structure.
One might question why knowing the history of physics is
important for future teachers. There are several answers to
this question. One is that knowing the history allows preser-
vice teachers to develop their content knowledge—the
knowledge of the inquiry processes through which the disci-
pline develops knowledge. In addition, it might help future
teachers develop their PCK. Often student learning re-
sembles scientists’ grappling with ideas
关
47
,
48
兴. For ex-
ample, it took thousands of years for scientists to accept the
concept of a rotating Earth. A major obstacle was the concept
of relative motion. High school students have a tremendous
difficulty with this concept. How might our knowledge of the
arguments made by Galileo help us convince our students
that one is moving while sitting on a chair in class? Another
example is the concept of heat as a flowing material sub-
stance. How did scientists come up with this idea and why
did they end up abandoning it? What lessons can we learn
from their experiences that will help our students understand
that heat is not something that resides in the body? These
examples by no means suggest that all student learning mir-
rors the history of science. However, knowledge of this his-
tory can be an important tool that strengthens teachers’ con-
tent knowledge and such aspects of PCK as knowledge of
students’ ideas and knowledge of curriculum.
In the course, students use the elements of the ISLE cycle
共observational experiments, patterns, explanations 关hypoth-
eses, relations
兴, predictions, testing experiments
2
兲 as a lens
through which they examine the historical process; they
learn when this cycle actually worked and when it did not
and why. They also examine the sequence in which the ideas
were historically developed and determine which ideas were
prerequisites for others. The textbooks used in the course are
Refs.
关
49
,
50
兴; however students also read original scientific
writings
共for example passages from “Two Sciences” by Ga-
lileo; Newton’s “Principia;” Joule’s “Mechanical equivalent
of heat;” Faraday’s “Experimental researches in electricity”
兲
and physics education research papers on student learning of