物理教育多維探討的論文
我從1986年開始，從科學(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《物理教育的多維探討》。下面就物理教育問題作些簡要的論述，請批評(píng)指正。
一、物理教育必須適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要
本世紀(jì)40年代以來，世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)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)加速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)成果迅速增長，科學(xué)發(fā)明、發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的周期愈來愈短，新產(chǎn)品、新技術(shù)過時(shí)的速度愈來愈快。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)分化的基礎(chǔ)上，由于各學(xué)科的相互依存，相互轉(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。各門學(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)系和深刻表達(dá)事物本質(zhì)的工具和方法。第四，科學(xué)、技術(shù)、生產(chǎn)一體化�？茖W(xué)研究已成為現(xiàn)代生產(chǎn)的組成部分，要保證生產(chǎn)的持續(xù)增長，離不開新技術(shù)，而新技術(shù)源于科學(xué)研究。
為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，世界各國紛紛改革教育，研究教育思想，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，更新教學(xué)方法。從總體上來說，世界教育呈現(xiàn)兩大趨勢；終生教育和發(fā)展智能。
終生教育作為教育發(fā)展的必然趨勢，使人們不得不對學(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，是終生教育的基礎(chǔ)部分。那種把學(xué)校正規(guī)教育看作人的一生唯一的教育，認(rèn)為學(xué)校教師在這一階段應(yīng)給學(xué)生灌輸盡可能多的知識(shí)，使他們畢業(yè)后能從事某一專門職業(yè)，無需再學(xué)習(xí)的思想已經(jīng)落后于時(shí)代�，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢告訴我們，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)發(fā)展學(xué)生的智能的軌道上來。因而物理教育必須適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，以培養(yǎng)學(xué)生的能力、智力為中心，提高學(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)和方法來了解環(huán)境、關(guān)心社會(huì)、解決問題，不斷地追求進(jìn)步，掌握更多的技能。
二、物理教育應(yīng)介紹杰出物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)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)的發(fā)展是一個(gè)漫長的過程，它包含無數(shù)代科學(xué)家前赴后繼的共同努力，它是人類智慧的結(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，開創(chuàng)科學(xué)的新紀(jì)元。如伽里略否定了亞里士多德的“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)的基礎(chǔ)。第二，創(chuàng)造性地綜合已有理論，集科學(xué)之大成，建立完整的科學(xué)體系。如牛頓在伽里略、開普勒等人的基礎(chǔ)上，對力學(xué)理論進(jìn)行創(chuàng)造性的綜合，提出著名的萬有引力定律，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)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，一些重要的實(shí)驗(yàn)往往能深化人類的認(rèn)識(shí)，將物理學(xué)推向一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。如1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X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)揭開了現(xiàn)代物理的序幕。第四，突破前人的思想方法，創(chuàng)立新的科學(xué)思想。物理學(xué)的每一項(xiàng)重大突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)，突破了牛頓等人的因果決定論思想。第五，提出著名假說，構(gòu)建新理論。如在解釋黑體輻射問題時(shí)，普郎克提出能量量子化假說，為量子力學(xué)的創(chuàng)立作出重要貢獻(xiàn)。再如愛因斯坦提出光速不變原理和相對性原理，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立狹義相對論。第六，進(jìn)行重要的驗(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)家吳健雄用鉆60做實(shí)驗(yàn)，證實(shí)楊振寧、李政道提出的弱相互作用下宇宙不守恒的著名假說。
杰出物理學(xué)家能夠?qū)ξ锢韺W(xué)發(fā)展作出不可磨滅的貢獻(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)發(fā)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)驗(yàn)。
物理教育活動(dòng)中教師要適時(shí)地介紹物理學(xué)家奮斗和創(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，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)：
強(qiáng)烈的求知欲和好奇心；
熱衷于科學(xué)研究；
喜歡并有能力長時(shí)間地艱苦工作；
良好的獨(dú)立思考習(xí)慣和創(chuàng)新精神；
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)也要樹立這樣一個(gè)觀念：物理學(xué)家是人，而不是生而知之的圣賢；物理學(xué)是人創(chuàng)造的，因而有局限性，還需要發(fā)展；既要尊重科學(xué)，又不盲目崇拜書本；學(xué)習(xí)物理學(xué)家永無止境的探索精神、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)造思維能力
要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力，首先要認(rèn)識(shí)創(chuàng)造性物理教育的意義。概括地說，實(shí)施創(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，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維潛能。愛因斯坦曾經(jīng)指出：“一個(gè)由沒有個(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)沒有發(fā)展可能的不幸的社會(huì)�！蔽覈獙�(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化，不僅需要提高民族的整體素質(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)造思維能力，有助于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，有助于學(xué)生舉一反三，觸類旁通，利用已有知識(shí)創(chuàng)造性地解決問題。
創(chuàng)造性的物理教育是在物理教育過程中，使學(xué)生掌握物理知識(shí)和物理方法，樹立創(chuàng)造意識(shí)和志向，提高創(chuàng)造思維能力。進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)造需要掌握深厚的物理學(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，教師應(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、比較、分類、類比等方法，學(xué)會(huì)進(jìn)行科學(xué)假設(shè)和建立簡單數(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)，它能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索提供啟示。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，從同一來源中產(chǎn)生各種各樣的輸出。即是說在思維過程中從某一具體的對象出發(fā)，充分發(fā)揮想象力，通過知識(shí)、觀念的重新組合，找出更多、更新可能的答案。物理教學(xué)過程中可以利用典型習(xí)題進(jìn)行發(fā)散討論，以訓(xùn)練發(fā)散思維能力。打破習(xí)題本身原有條件的局限，讓學(xué)生以原題為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)出盡可能多的問題進(jìn)行解答。
聚合思維是從不同的角度把思維指向中心以達(dá)到目的。怎樣提高學(xué)生的聚合思維能力呢？可以利用“智力激勵(lì)法”對物理問題進(jìn)行討論。
“智力激勵(lì)”的原理是：眾人圍繞一個(gè)確定的問題提出自己的設(shè)想，問題成為刺激人們思考的因素，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思考的因素。如此循環(huán)，推動(dòng)人們更廣泛、更深刻、更具體地思考，于是產(chǎn)生出眾多解決問題的方法。物理教學(xué)中通�？梢宰寣W(xué)生分組討論一些沒有統(tǒng)一答案的問題，如“請你以物理知識(shí)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一個(gè)家用防盜系統(tǒng)”。這個(gè)問題會(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)，達(dá)到訓(xùn)練思維能力的目的。
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)結(jié)構(gòu)，擺脫死記硬背的傾向，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探索性。
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，所以物理教師應(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)濃厚的學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)研究的內(nèi)容很廣，大到天體，小到基本粒子，各種電器、無線電裝置都與物理知識(shí)有關(guān)，這會(huì)給學(xué)生產(chǎn)生一種自發(fā)的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，光憑這點(diǎn)還是不夠的，教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)（教師自制的演示實(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，提高他們的學(xué)習(xí)興趣。第二，爭取保持學(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)開始，可以增強(qiáng)和保持強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。如果學(xué)習(xí)的壓力過大，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)過程，對學(xué)生的進(jìn)步給予及時(shí)的鼓勵(lì)。學(xué)習(xí)過程中盡量讓學(xué)生動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦。
人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是一個(gè)長期和復(fù)雜的過程。從認(rèn)知心理學(xué)的角度看，物理學(xué)習(xí)過程是用物理學(xué)的理論去同化、改造原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
物理學(xué)的基本概念、基本規(guī)律以及它們之間的聯(lián)系，構(gòu)成一幅完整的物理圖象。這幅圖象就是物理學(xué)的基本結(jié)構(gòu)。要學(xué)好物理學(xué)，必須要理解物理學(xué)的基本結(jié)構(gòu)，而不只是了解一些孤立的、零碎的物理知識(shí)。要理解物理學(xué)的基本結(jié)構(gòu)，不單靠背誦和記憶基本概念、公式。而要在記憶的基本上，搞清物理概念、定律、公式的來龍去脈，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)地接受，機(jī)械地記憶，而是在教師的啟發(fā)下，積極地思考，認(rèn)真地探究。探究式學(xué)習(xí)是讓學(xué)生通過主動(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)往往通過尋找概念、定律之間的聯(lián)系，加深對知識(shí)的理解和記憶。
五、有效地控制物理教學(xué)過程
物理教學(xué)是由教師、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)生了解以前所不知道的東西，即獲取信息，而教師給學(xué)生傳遞的信息是否已被學(xué)生接收，這就需要學(xué)生反饋信息，反饋信息是聯(lián)接教學(xué)雙方的紐帶。
教師根據(jù)自己的計(jì)劃進(jìn)行教學(xué)，常常需要調(diào)節(jié)和修改計(jì)劃，對自己的教學(xué)進(jìn)行控制。教學(xué)過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)、書信那樣簡單，只要輸出端發(fā)出信息，輸入端就能接收到。教師向?qū)W生發(fā)出信息，有的學(xué)生完全接收了，有的只是部分接收，有的完全沒有接收。成熟的教師常常通過學(xué)生的回答性語言、情緒變化、細(xì)微動(dòng)作接收到學(xué)生的反饋信息，以不斷調(diào)整自己的教學(xué)，取得好的教學(xué)效果。而那些無視學(xué)生反饋信息，只按自己既定計(jì)劃單向輸出信息，其輸出信息常常是低效的，不能收到好的教學(xué)效果。物理教師課堂教學(xué)的自我調(diào)節(jié)控制可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
第一，控制信息量。教師的教學(xué)必須使學(xué)生獲得某些信息，如果一次課教師所教的內(nèi)容過于簡單，信息量就少，完全重復(fù)學(xué)生已學(xué)過的內(nèi)容，學(xué)生就會(huì)感到無興趣。反之，如果一次課信息量過大，學(xué)生會(huì)感到疲勞，接收困難。怎樣了解信息量是否適當(dāng)呢？可以通過學(xué)生在課堂上的面部表情、課堂氣氛、回答問題等非語言和語言反饋信息進(jìn)行判斷，從而對信息量進(jìn)行控制。
第二，控制信息輸出速率。在一節(jié)課的45分鐘內(nèi)，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，開始上課和臨下課的幾分鐘學(xué)生的精力都可能不太集中。因此教師要善于創(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)生最佳吸叫狀態(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教師應(yīng)多幫幾手準(zhǔn)備，通過雙向信息交流，靈活地變換信息輸出主式，以提高字生的接收率。
學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的過程，要取得好的學(xué)習(xí)效果，離不于教師的正確控制。教師可以通過以下方式對學(xué)生進(jìn)行控制：
第一，評(píng)價(jià)控制。學(xué)生知道自己的學(xué)習(xí)結(jié)果將對他們的學(xué)習(xí)態(tài)度產(chǎn)生深刻的影響，所以，教師應(yīng)充分發(fā)揮評(píng)價(jià)對教學(xué)的控制作和。教師對學(xué)生的評(píng)價(jià)，可以是習(xí)題對、錯(cuò)判斷、評(píng)語，可以是回答提問時(shí)的評(píng)語，也可以是測驗(yàn)分?jǐn)?shù)的其他評(píng)優(yōu)、獎(jiǎng)勵(lì)等。
第二，目標(biāo)控制。教師在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)總的培養(yǎng)目標(biāo)，制定基本知識(shí)目標(biāo)，能力目標(biāo)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行定向，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)到，來調(diào)節(jié)、控制學(xué)生的學(xué)習(xí)。
第三，學(xué)習(xí)方式控制。教師設(shè)計(jì)各種學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生有效地學(xué)習(xí)。對學(xué)習(xí)方式的控制，應(yīng)考慮到教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生素質(zhì)和教學(xué)藝術(shù)等因素�？傊凶兓苷{(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)習(xí)過程處于最佳狀態(tài)。
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