Aps-ajp-11-1001-Book indb

Improving the preparation of K-12 teachers through physics
education research
Lillian C. McDermott, Paula R. L. Heron, Peter S. Shaffer, and MacKenzie R. Stetzer
Department of Physics, University of Washington, Seattle, Washington 98195-1560
共Received 28 November 2005; accepted 5 May 2006兲
Physics education research can contribute to efforts by college and university faculty to improve the
preparation of K-12 teachers to teach physics and physical science. Examples from topics included
in precollege and university curricula are used to demonstrate the need to help K-12 teachers deepen
their understanding of basic physics, to illustrate how research-based instructional materials can
assist in this process, and to examine the impact on student learning in K-12 classrooms. ©
2006
American Association of Physics Teachers.
关DOI: 10.1119/1.2209244兴
I. INTRODUCTION
Noting that “teachers are the key to improving student
performance,” several recent reports have called for greatly
increasing the number of teachers able to teach science.
1
Pro-
ducing well-qualified teachers is a complex task that in-
volves college and university faculty, experienced teachers,
and school administrators. Ideally, K-12 certification is based
on a sound undergraduate education that is supplemented by
specialized courses. The process of becoming an effective
teacher continues through early mentoring and ongoing pro-
fessional development. This paper focuses on an aspect of
the process that requires direct involvement by physics
faculty.
2
We illustrate how research conducted in physics de-
partments can help identify and address the intellectual prob-
lems that teachers
共and students兲 encounter with the con-
cepts, reasoning, and formal representations of physics.
The Physics Education Group at the University of Wash-
ington
共UW兲 has been engaged in preparing K-12 teachers to
teach physics and physical science by inquiry for more than
30 years.
3
The environment in which our interactions with
teachers take place has provided an ongoing opportunity to
examine how prospective and practicing teachers think about
physics and to develop curriculum based on this research.
The work described here involved prospective and practicing
K-12 teachers, introductory students in calculus-based phys-
ics, and physics graduate students. The preservice high
school teachers were enrolled in a special physics course that
consists of students with a major or minor in physics, math-
ematics, or other sciences. The inservice teachers were par-
ticipants in an intensive six-week NSF Summer Institute, for
which admission is nationally competitive. The undergradu-
ate and graduate students were enrolled at UW and at other
universities.
Several of the examples given here have been discussed in
papers in which the emphasis was on undergraduate
education.
4–8
However, most of the data related to K-12
teachers have not been published and are presented as evi-
dence of the need for, and utility, of providing special prepa-
ration in physics and physical science for teachers.
9