試談物理教育的多維探討（上）

1、試談物理教育的多維討論上我從1986年開(kāi)場(chǎng)，從科學(xué)學(xué)、科學(xué)方法論、教育理論、創(chuàng)造學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等學(xué)科多角度地研究物理教育問(wèn)題，逐步形成了自己的一些教育觀點(diǎn)。1993年底出版了應(yīng)用教育科學(xué)專著?物理教育的多維討論?。下面就物理教育問(wèn)題作些簡(jiǎn)要的闡述，請(qǐng)批評(píng)指正。一、物理教育必須適應(yīng)科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的需要本世紀(jì)40年代以來(lái)，世界科學(xué)技術(shù)飛速開(kāi)展，出現(xiàn)了有別于在此之前的任何時(shí)代的特點(diǎn)。第一，科學(xué)技術(shù)加速開(kāi)展，科學(xué)技術(shù)成果迅速增長(zhǎng)，科學(xué)創(chuàng)造、發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的周期愈來(lái)愈短，新產(chǎn)品，新技術(shù)過(guò)時(shí)的速度愈來(lái)愈快。第二，現(xiàn)代科學(xué)的高度分化和綜合化。一方面知識(shí)的某些分支不斷地出現(xiàn)，形成獨(dú)立的學(xué)科，另一方面，在科學(xué)分化的根底

2、上，由于各學(xué)科的互相依存，互相轉(zhuǎn)化，又形成具有新質(zhì)的內(nèi)涵更大的綜合學(xué)科。第三，科學(xué)的數(shù)學(xué)化趨勢(shì)。各門(mén)學(xué)科日益把數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)方法作為研究事物現(xiàn)象、數(shù)量關(guān)系和深入表達(dá)事物本質(zhì)的工具和方法。第四，科學(xué)、技術(shù)、消費(fèi)一體化。科學(xué)研究已成為現(xiàn)代消費(fèi)的組成局部，要保證消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)，離不開(kāi)新技術(shù)，而新技術(shù)源于科學(xué)研究。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的需要，世界各國(guó)紛紛改革教育，研究教育思想，優(yōu)化課程構(gòu)造，更新教學(xué)方法。從總體上來(lái)說(shuō)，世界教育呈現(xiàn)兩大趨勢(shì)：終生教育和開(kāi)展智能。終生教育作為教育開(kāi)展的必然趨勢(shì)，使人們不得不對(duì)學(xué)校正規(guī)教育的地位作出新的認(rèn)識(shí)。職前學(xué)校的正規(guī)教育只是受教育的一個(gè)階段，是終生教育的根底局部。那種把學(xué)

3、校正規(guī)教育看作人的一生唯一的教育，認(rèn)為學(xué)校老師在這一階段應(yīng)給學(xué)生灌輸盡可能多的知識(shí)，使他們畢業(yè)后能從事某一專門(mén)職業(yè)，無(wú)需再學(xué)習(xí)的思想已經(jīng)落后于時(shí)代?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)開(kāi)展趨勢(shì)告訴我們，學(xué)校傳授給學(xué)生的知識(shí)再多，也不能滿足其日后的工作需要。因此，學(xué)校教育應(yīng)從單純的傳授知識(shí)轉(zhuǎn)移到在傳授知識(shí)的同時(shí)開(kāi)展學(xué)生的智能的軌道上來(lái)。因此物理教育必須適應(yīng)科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的需要，以培養(yǎng)學(xué)生的才能、智力為中心，進(jìn)步學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，使其具有科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法，并應(yīng)用這些知識(shí)和方法來(lái)理解環(huán)境、關(guān)心社會(huì)、解決問(wèn)題，不斷地追求進(jìn)步，掌握更多的技能。二、物理教育應(yīng)介紹出色物理學(xué)家對(duì)物理學(xué)開(kāi)展的作用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)家的科學(xué)精神物理學(xué)

4、的開(kāi)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，它包含無(wú)數(shù)代科學(xué)家前赴后繼的共同努力，它是人類(lèi)智慧的結(jié)晶。物理學(xué)家的主要作用表現(xiàn)為：第一，推翻前人的錯(cuò)誤論斷，建立科學(xué)的概念，創(chuàng)始科學(xué)的新紀(jì)元。如伽里略否認(rèn)了亞里士多德的“重的物體比輕的物體落得快的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，提出勻速運(yùn)動(dòng)和勻加速度等概念，奠定了力學(xué)的基矗第二，創(chuàng)造性地綜合已有理論，集科學(xué)之大成，建立完好的科學(xué)體系。如牛頓在伽里略、開(kāi)普勒等人的根底上，對(duì)力學(xué)理論進(jìn)展創(chuàng)造性的綜合，提出著名的萬(wàn)有引力定律，牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，完成物理學(xué)的第一次大綜合。第三，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要發(fā)現(xiàn)。在科學(xué)開(kāi)展的關(guān)鍵時(shí)期，一些重要的實(shí)驗(yàn)往往能深化人類(lèi)的認(rèn)識(shí)，將物理學(xué)推向一個(gè)新的開(kāi)展時(shí)期。1895年倫

5、琴發(fā)現(xiàn)射線，1896年貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射性，1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，正是這三大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了現(xiàn)代物理的序幕。第四，打破前人的思想方法，創(chuàng)立新的科學(xué)思想。物理學(xué)的每一項(xiàng)重大打破都需要新的思想方法的指導(dǎo)。例如玻耳茲曼和吉布斯在麥克斯韋之后將統(tǒng)計(jì)方法徹底地引入物理學(xué)，打破了牛頓等人的因果斷定論思想。第五，提出著名假說(shuō)，構(gòu)建新理論，如在解釋黑體輻射問(wèn)題時(shí)，普郎克提出能量量子化假說(shuō)，為量子力學(xué)的創(chuàng)立作出重要奉獻(xiàn)。再如愛(ài)因斯坦提出光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理，并在此根底上創(chuàng)立狹義相對(duì)論。第六，進(jìn)展重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。如赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋電磁學(xué)理論，并使之很快得到應(yīng)用。再如華裔物理學(xué)家吳健雄用鈷60做實(shí)驗(yàn)，證

6、實(shí)楊振寧、李政道提出的弱互相作用下宇稱不守恒的著名假說(shuō)。出色物理學(xué)家可以對(duì)物理學(xué)開(kāi)展作出不可磨滅的奉獻(xiàn)，除了他們非凡的智力和優(yōu)秀的性格特征外，還與他們處在物理學(xué)開(kāi)展的關(guān)鍵時(shí)期有關(guān)，同時(shí)他們還受益于前輩科學(xué)家已有的成果和經(jīng)歷。物理教育活動(dòng)中老師要適時(shí)地介紹物理學(xué)家?jiàn)^斗和創(chuàng)造的歷史事實(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)家的科學(xué)精神和心理品質(zhì)。優(yōu)秀物理學(xué)家有許多值得我們學(xué)習(xí)的東西，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：1強(qiáng)烈的求知欲和好奇心；2熱衷于科學(xué)研究；3喜歡并有才能長(zhǎng)時(shí)間地艱辛工作；4良好的獨(dú)立考慮習(xí)慣和創(chuàng)新精神；5堅(jiān)持真理，敢于為科學(xué)獻(xiàn)身。學(xué)習(xí)物理學(xué)家的優(yōu)秀品質(zhì)和創(chuàng)新精神，同時(shí)也要樹(shù)立這樣一個(gè)觀念：物理學(xué)家是人，而不

7、是生而知之的圣賢；物理學(xué)是人創(chuàng)造的，因此有局限性，還需要開(kāi)展；既要尊重科學(xué)，又不盲目崇拜書(shū)本；學(xué)習(xí)物理學(xué)家永無(wú)止境的探究精神、創(chuàng)新精神，敢于糾正錯(cuò)誤，堅(jiān)持真理。三、大力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維才能要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維才能，首先要認(rèn)識(shí)創(chuàng)造性物理教育的意義。概括地說(shuō)，施行創(chuàng)造性物理教育有助于改變以知識(shí)為中心的物理教育觀，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維潛能。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)指出：“一個(gè)由沒(méi)有個(gè)人獨(dú)創(chuàng)和個(gè)人志愿的規(guī)格統(tǒng)一的個(gè)人所組成的社會(huì)，將是一個(gè)沒(méi)有開(kāi)展可能的不幸的社會(huì)。我國(guó)要實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化，不僅需要進(jìn)步民族的整體素質(zhì)，而且還需要培養(yǎng)大批的創(chuàng)造型人才。在物理教育中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維才能，有助于開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，有

8、助于學(xué)生舉一反三，觸類(lèi)旁通，利用已有知識(shí)創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。創(chuàng)造性的物理教育是在物理教育過(guò)程中，使學(xué)生掌握物理知識(shí)和物理方法，樹(shù)立創(chuàng)造意識(shí)和志向，進(jìn)步創(chuàng)造思維才能。進(jìn)展科學(xué)創(chuàng)造需要掌握深沉的物理學(xué)知識(shí)，需要產(chǎn)生各種聯(lián)想、想象和設(shè)想，更需要加強(qiáng)物理方法的學(xué)習(xí)。因此，老師應(yīng)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)融匯在教材中的方法論思想，逐步建立理想模型，設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)，掌握分析、綜合、比擬、分類(lèi)、類(lèi)比等方法，學(xué)會(huì)進(jìn)展科學(xué)假設(shè)和建立簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型。同時(shí)還要學(xué)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法。方法是活的知識(shí)，它可以為學(xué)生進(jìn)展科學(xué)探究提供啟示。創(chuàng)造思維的核心是發(fā)散思維和聚合思維。發(fā)散思維是從給定的信息中產(chǎn)生信息，從同一來(lái)源中產(chǎn)生各種各樣的輸出。

9、即是說(shuō)在思維過(guò)程中從某一詳細(xì)的對(duì)象出發(fā)，充分發(fā)揮想象力，通過(guò)知識(shí)、觀念的重新組合，找出更多、更新可能的答案。物理教學(xué)過(guò)程中可以利用典型習(xí)題進(jìn)展發(fā)散討論，以訓(xùn)練發(fā)散思維才能。打破習(xí)題本身原有條件的局限，讓學(xué)生以原題為根底，充分發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)出盡可能多的問(wèn)題進(jìn)展解答。聚合思維是從不同的角度把思維指向中心以到達(dá)目的。怎樣進(jìn)步學(xué)生的聚合思維才能呢？可以利用“智力鼓勵(lì)法對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)展討論?！爸橇膭?lì)的原理是：眾人圍繞一個(gè)確定的問(wèn)題提出自己的設(shè)想，問(wèn)題成為刺激人們考慮的因素，它引發(fā)出各種不同的設(shè)想，而每一個(gè)設(shè)想又成為新的刺激人們考慮的因素。如此循環(huán)，推動(dòng)人們更廣泛、更深入、更詳細(xì)地考慮，于是產(chǎn)生出眾多解

10、決問(wèn)題的方法。物理教學(xué)中通?？梢宰寣W(xué)生分組討論一些沒(méi)有統(tǒng)一答案的問(wèn)題，如“請(qǐng)你以物理知識(shí)為根底，設(shè)計(jì)一個(gè)家用防盜系統(tǒng)。這個(gè)問(wèn)題會(huì)引發(fā)出學(xué)生的眾多設(shè)想，有利于學(xué)生創(chuàng)造性地應(yīng)用物理知識(shí)，到達(dá)訓(xùn)練思維才能的目的。四、幫助學(xué)生建立有效的學(xué)習(xí)策略學(xué)生要學(xué)好物理，必須具有良好的心理狀態(tài)，建立良好的知識(shí)構(gòu)造，擺脫死記硬背的傾向，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探究性。強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是有效學(xué)習(xí)的推動(dòng)力量，所以物理老師應(yīng)結(jié)合物理教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。第一，激發(fā)好奇心，培養(yǎng)濃重的學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)研究的內(nèi)容很廣，大到天體，小到根本粒子，各種電器、無(wú)線電裝置都與物理知識(shí)有關(guān)，這會(huì)給學(xué)消費(fèi)生一種自發(fā)的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，光憑這點(diǎn)還是

11、不夠的，老師還要常常用物理學(xué)史中精彩片斷。高質(zhì)量的演示實(shí)驗(yàn)老師自制的演示實(shí)驗(yàn)更好、物理學(xué)的新進(jìn)展、物理學(xué)在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用等材料和手段吸引學(xué)生，進(jìn)步他們的學(xué)習(xí)興趣。第二，爭(zhēng)取保持學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)的原因，又是學(xué)習(xí)的結(jié)果。增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的有效方法之一是讓學(xué)生學(xué)懂，學(xué)生從成功的學(xué)習(xí)開(kāi)場(chǎng)，可以增強(qiáng)和保持強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。假如學(xué)習(xí)的壓力過(guò)大，學(xué)生心理上就難以承受，就得不到學(xué)習(xí)成功的愉快體驗(yàn)，從而減弱學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。第三，讓學(xué)生參與學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)學(xué)生的進(jìn)步給予及時(shí)的鼓勵(lì)。學(xué)習(xí)過(guò)程中盡量讓學(xué)生動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦。人的認(rèn)知構(gòu)造的形成是一個(gè)長(zhǎng)期和復(fù)雜的過(guò)程。從認(rèn)知心理學(xué)的角度看，物理學(xué)習(xí)過(guò)程是用物理學(xué)的理論

12、去同化、改造原有的認(rèn)知構(gòu)造，并形成新的認(rèn)知構(gòu)造。物理學(xué)的根本概念、根本規(guī)律以及它們之間的聯(lián)絡(luò)，構(gòu)成一幅完好的物理圖象。這幅圖象就是物理學(xué)的根本構(gòu)造。要學(xué)好物理學(xué)，必需要理解物理學(xué)的根本構(gòu)造，而不只是理解一些孤立的、零碎的物理知識(shí)。要理解物理學(xué)的根本構(gòu)造，不單靠背誦和記憶根本概念、公式。而要在記憶的根本上，搞清物理概念、定律、公式的來(lái)朧去脈，以及它們是怎樣構(gòu)成一個(gè)嚴(yán)密、和諧的知識(shí)體系的。有效的學(xué)習(xí)，學(xué)生不是被動(dòng)地承受，機(jī)械地記憶，而是在老師的啟發(fā)下，積極地考慮，認(rèn)真地探究。探究式學(xué)習(xí)是讓學(xué)生通過(guò)主動(dòng)的觀察和實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，糾正錯(cuò)誤的前概念，形成科學(xué)的概念，探究式學(xué)習(xí)往往通過(guò)尋找概念、定律之間

13、的聯(lián)絡(luò)，加深對(duì)知識(shí)的理解和記憶。五、有效地控制物理教學(xué)過(guò)程物理教學(xué)是由老師、學(xué)生、教學(xué)媒體組成的復(fù)雜系統(tǒng)。為了學(xué)習(xí)目的而組成的物理教學(xué)系統(tǒng)，必須使學(xué)生理解以前所不知道的東西，即獲取信息，而老師給學(xué)生傳遞的信息是否已被學(xué)生接收，這就需要學(xué)生反應(yīng)信息，反應(yīng)信息是聯(lián)接教學(xué)雙方的紐帶。老師根據(jù)自己的方案進(jìn)展教學(xué)，常常需要調(diào)節(jié)和修改方案，對(duì)自己的教學(xué)進(jìn)展控制。教學(xué)過(guò)程是人與人之間的活動(dòng)，可能出現(xiàn)許多偶發(fā)事件，教學(xué)信息的交流不像電報(bào)、書(shū)信那樣簡(jiǎn)單，只要輸出端發(fā)出信息，輸入端就能接收到。老師向?qū)W生發(fā)出信息，有的學(xué)生完全接收了，有的只是局部接收，有的完全沒(méi)有接收。成熟的老師常常通過(guò)學(xué)生的答復(fù)性語(yǔ)言、情緒變化、

14、細(xì)微動(dòng)作接收到學(xué)生的反應(yīng)信息，以不斷調(diào)整自己的教學(xué)，獲得好的教學(xué)效果。而那些無(wú)視學(xué)生反應(yīng)信息，只按自己既定方案單向輸出信息，其輸出信息常常是低效的，不能收到好的教學(xué)效果。物理老師課堂教學(xué)的自我調(diào)節(jié)控制可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)展：第一，控制信息量。老師的教學(xué)必須使學(xué)生獲得某些信息，假如一次課老師所教的內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單，信息量就少，完全重復(fù)學(xué)生己學(xué)過(guò)的內(nèi)容，學(xué)生就會(huì)感到無(wú)興趣。反之，假如一次課信息量過(guò)大，學(xué)生會(huì)感到疲勞，接收困難。怎樣理解信息量是否適當(dāng)呢？可以通過(guò)學(xué)生在課堂上的面部表情、課堂氣氛、答復(fù)下列問(wèn)題等非語(yǔ)言和語(yǔ)言反應(yīng)信息進(jìn)展判斷，從而對(duì)信息量進(jìn)展控制。第二，控制信息輸出速率。在一節(jié)課的45分鐘內(nèi)

15、，學(xué)生所能接收的信息是有限的，而接收的速率也并非均勻。例如，開(kāi)場(chǎng)上課和臨下課的幾分鐘學(xué)生的精力都可能不太集中。因此老師要擅長(zhǎng)創(chuàng)造良好的課堂氣氛，集中學(xué)生的注意力，并將大量新信息集中在學(xué)生最正確吸收狀態(tài)時(shí)傳遞。學(xué)生的情緒、注意力受多種因素的影響，成熟的老師可以捕捉和創(chuàng)造最正確信息吸收狀態(tài)。第三，控制信息傳遞方式。老師傳遞信息可以通過(guò)多種方式，可以讓學(xué)生聽(tīng)、看、讀、寫(xiě)、做、討論等。老師應(yīng)多做幾手準(zhǔn)備，通過(guò)雙向信息交流，靈敏地變換信息輸出方式，以進(jìn)步學(xué)生的接收率。學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要獲得好的學(xué)習(xí)效果，離不開(kāi)老師的正確控制。老師可以通過(guò)以下方式對(duì)學(xué)生進(jìn)展控制：第一，評(píng)價(jià)控制。學(xué)生知道自己的學(xué)習(xí)結(jié)果將對(duì)他們的學(xué)習(xí)態(tài)度產(chǎn)生深入的影響，所以，老師應(yīng)充分