物理教育多維探討的論文
我從1986年開(kāi)始，從科學(xué)、科學(xué)方法論、教育理論、創(chuàng )造學(xué)、系統科學(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(guān)點(diǎn)。1993年底出版了應用教育科學(xué)專(zhuān)著(zhù)《物理教育的多維探討》。下面就物理教育問(wèn)題作些簡(jiǎn)要的論述，請批評指正。
一、物理教育必須適應科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要
本世紀40年代以來(lái)，世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，出現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(cháng)，科學(xué)發(fā)明、發(fā)現到應用的周期愈來(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，現代科學(xué)的高度分化和綜合化。一方面知識的某些分支不斷地出現，形成獨立的學(xué)科，另一方面，在科學(xué)分化的基礎上，由于各學(xué)科的相互依存，相互轉化，又形成具有新質(zhì)的內涵更大的綜合學(xué)科。第三，科學(xué)的數學(xué)化趨勢。各門(mén)學(xué)科日益把數學(xué)和數學(xué)方法作為研究事物現象、數量關(guān)系和深刻表達事物本質(zhì)的工具和方法。第四，科學(xué)、技術(shù)、生產(chǎn)一體化�？茖W(xué)研究已成為現代生產(chǎn)的組成部分，要保證生產(chǎn)的持續增長(cháng)，離不開(kāi)新技術(shù)，而新技術(shù)源于科學(xué)研究。
為了適應科學(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)化課程結構，更新教學(xué)方法。從總體上來(lái)說(shuō)，世界教育呈現兩大趨勢；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)校正規教育的地位作出新的認識。職前學(xué)校的正規教育只是受教育的一個(gè)階段，是終生教育的基礎部分。那種把學(xué)校正規教育看作人的一生唯一的教育，認為學(xué)校教師在這一階段應給學(xué)生灌輸盡可能多的知識，使他們畢業(yè)后能從事某一專(zhuān)門(mén)職業(yè)，無(wú)需再學(xué)習的思想已經(jīng)落后于時(shí)代�，F代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢告訴我們，學(xué)校傳授給學(xué)生的知識再多，也不能滿(mǎn)足其日后的工作需要。因此，學(xué)校教育應從單純的傳授知識轉移到在傳授知識的同時(shí)發(fā)展學(xué)生的智能的軌道上來(lái)。因而物理教育必須適應科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，以培養學(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、科學(xué)方法，并應用這些知識和方法來(lái)了解環(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、物理教育應介紹杰出物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)展的作用，引導學(xué)生學(xué)習物理學(xué)家的科學(xué)精神
物理學(xué)的發(fā)展是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，它包含無(wú)數代科學(xué)家前赴后繼的共同努力，它是人類(lèi)智慧的結晶。
物理學(xué)家的主要作用表現為：第一，推翻前人的錯誤論斷，建立科學(xué)的概念，開(kāi)創(chuàng )科學(xué)的新紀元。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”的錯誤觀(guān)點(diǎn)，提出勻速運動(dòng)和勻加速度等概念，奠定了力學(xué)的基礎。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(kāi)普勒等人的基礎上，對力學(xué)理論進(jìn)行創(chuàng )造性的綜合，提出著(zhù)名的萬(wàn)有引力定律，牛頓運動(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)驗中的重要發(fā)現。在科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，一些重要的實(shí)驗往往能深化人類(lèi)的認識，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X射線(xiàn)，1896年貝克勒耳發(fā)現放射性，1897年湯姆生發(fā)現電子，正是這三大實(shí)驗發(fā)現揭開(kāi)了現代物理的序幕。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)的每一項重大突破都需要新的思想方法的指導。例如玻耳茲曼和吉布斯在麥克斯韋之后將統計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(zhù)名假說(shuō)，構建新理論。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 )立作出重要貢獻。再如愛(ài)因斯坦提出光速不變原理和相對性原理，并在此基礎上創(chuàng )立狹義相對論。第六，進(jìn)行重要的驗證性實(shí)驗。如赫茲實(shí)驗證實(shí)了麥克斯韋電磁學(xué)理論，并使之很快得到應用。再如華裔物理學(xué)家吳健雄用鉆60做實(shí)驗，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(zhù)名假說(shuō)。
杰出物理學(xué)家能夠對物理學(xué)發(fā)展作出不可磨滅的貢獻，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。
物理教育活動(dòng)中教師要適時(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)習的東西，歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：
強烈的求知欲和好奇心；
熱衷于科學(xué)研究；
喜歡并有能力長(cháng)時(shí)間地艱苦工作；
良好的獨立思考習慣和創(chuàng )新精神；
堅持真理，敢于為科學(xué)獻身。
學(xué)習物理學(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(guān)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(shū)本；學(xué)習物理學(xué)家永無(wú)止境的探索精神、創(chuàng )新精神，敢于糾正錯誤，堅持真理。
三、大力培養學(xué)生的創(chuàng )造思維能力
要培養學(xué)生創(chuàng )造思維能力，首先要認識創(chuàng )造性物理教育的意義。概括地說(shuō)，實(shí)施創(chuàng )造性物理教育有助于改變以知識為中心的物理教育觀(guān)，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)人獨創(chuàng )和個(gè)人志愿的規格統一的個(gè)人所組成的社會(huì )，將是一個(gè)沒(méi)有發(fā)展可能的不幸的社會(huì )�！蔽覈獙�(shí)現四個(gè)現代化，不僅需要提高民族的整體素質(zhì)，而且還需要培養大批的創(chuàng )造型人才。在物理教育中有意識地培養學(xué)生的創(chuàng )造思維能力，有助于開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造潛能，有助于學(xué)生舉一反三，觸類(lèi)旁通，利用已有知識創(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)生掌握物理知識和物理方法，樹(shù)立創(chuàng )造意識和志向，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，需要產(chǎn)生各種聯(lián)想、想象和設想，更需要加強物理方法的學(xué)習。因此，教師應幫助學(xué)生認識融匯在教材中的方法論思想，逐步建立理想模型，設計理想實(shí)驗，掌握分析、綜合、比較、分類(lèi)、類(lèi)比等方法，學(xué)會(huì )進(jìn)行科學(xué)假設和建立簡(jiǎn)單數學(xué)模型。同時(shí)還要學(xué)會(huì )物理實(shí)驗中的科學(xué)方法。方法是活的知識，它能夠為學(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(lái)源中產(chǎn)生各種各樣的輸出。即是說(shuō)在思維過(guò)程中從某一具體的對象出發(fā)，充分發(fā)揮想象力，通過(guò)知識、觀(guān)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題進(jìn)行發(fā)散討論，以訓練發(fā)散思維能力。打破習題本身原有條件的局限，讓學(xué)生以原題為基礎，充分發(fā)揮想象力，設計出盡可能多的問(wèn)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“智力激勵法”對物理問(wèn)題進(jìn)行討論。
“智力激勵”的原理是：眾人圍繞一個(gè)確定的問(wèn)題提出自己的設想，問(wèn)題成為刺激人們思考的因素，它引發(fā)出各種不同的設想，而每一個(gè)設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(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)有統一答案的問(wèn)題，如“請你以物理知識為基礎，設計一個(gè)家用防盜系統”。這個(gè)問(wèn)題會(huì )引發(fā)出學(xué)生的眾多設想，有利于學(xué)生創(chuàng )造性地應用物理知識，達到訓練思維能力的目的。
四、幫助學(xué)生建立有效的學(xué)習策略
學(xué)生要學(xué)好物理，必須具有良好的心理狀態(tài)，建立良好的知識結構，擺脫死記硬背的傾向，增強學(xué)習的主動(dòng)性和探索性。
強烈的學(xué)習動(dòng)機是有效學(xué)習的推動(dòng)力量，所以物理教師應結合物理教學(xué)增強學(xué)生的學(xué)習動(dòng)機。第一，激發(fā)好奇心，培養濃厚的學(xué)習興趣。物理學(xué)研究的內容很廣，大到天體，小到基本粒子，各種電器、無(wú)線(xiàn)電裝置都與物理知識有關(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（教師自制的演示實(shí)驗更好）、物理學(xué)的新進(jìn)展、物理學(xué)在其它領(lǐng)域中的應用等材料和手段吸引學(xué)生，提高他們的學(xué)習興趣。第二，爭取保持學(xué)習的良性循環(huán)。學(xué)習動(dòng)機是學(xué)習的原因，又是學(xué)習的結果。增強學(xué)生學(xué)習動(dòng)機的有效方法之一是讓學(xué)生學(xué)懂，學(xué)生從成功的學(xué)習開(kāi)始，可以增強和保持強烈的學(xué)習動(dòng)機。如果學(xué)習的壓力過(guò)大，學(xué)生心理上就難以承受，就得不到學(xué)習成功的愉快體驗，從而減弱學(xué)習動(dòng)機。第三，讓學(xué)生參與學(xué)習過(guò)程，對學(xué)生的進(jìn)步給予及時(shí)的鼓勵。學(xué)習過(guò)程中盡量讓學(xué)生動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦。
人的認知結構的形成是一個(gè)長(cháng)期和復雜的過(guò)程。從認知心理學(xué)的角度看，物理學(xué)習過(guò)程是用物理學(xué)的理論去同化、改造原有的認知結構，并形成新的認知結構。
物理學(xué)的基本概念、基本規律以及它們之間的聯(lián)系，構成一幅完整的物理圖象。這幅圖象就是物理學(xué)的基本結構。要學(xué)好物理學(xué)，必須要理解物理學(xué)的基本結構，而不只是了解一些孤立的、零碎的物理知識。要理解物理學(xué)的基本結構，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(lái)龍去脈，以及它們是怎樣構成一個(gè)嚴密、和諧的知識體系的。
有效的學(xué)習，學(xué)生不是被動(dòng)地接受，機械地記憶，而是在教師的啟發(fā)下，積極地思考，認真地探究。探究式學(xué)習是讓學(xué)生通過(guò)主動(dòng)的觀(guān)察和實(shí)驗去認識物理現象，糾正錯誤的前概念，形成科學(xué)的概念。探究式學(xué)習往往通過(guò)尋找概念、定律之間的聯(lián)系，加深對知識的理解和記憶。
五、有效地控制物理教學(xué)過(guò)程
物理教學(xué)是由教師、學(xué)生、教學(xué)媒體組成的復雜系統。為了學(xué)習目的而組成的物理教學(xué)系統，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。
教師根據自己的計劃進(jìn)行教學(xué)，常常需要調節和修改計劃，對自己的教學(xué)進(jìn)行控制。教學(xué)過(guò)程是人與人之間的活動(dòng)，可能出現許多偶發(fā)事件，教學(xué)信息的交流不像電報、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。教師向學(xué)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(méi)有接收。成熟的教師常常通過(guò)學(xué)生的回答性語(yǔ)言、情緒變化、細微動(dòng)作接收到學(xué)生的反饋信息，以不斷調整自己的教學(xué)，取得好的教學(xué)效果。而那些無(wú)視學(xué)生反饋信息，只按自己既定計劃單向輸出信息，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)的自我調節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容過(guò)于簡(jiǎn)單，信息量就少，完全重復學(xué)生已學(xué)過(guò)的內容，學(xué)生就會(huì )感到無(wú)興趣。反之，如果一次課信息量過(guò)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呢？可以通過(guò)學(xué)生在課堂上的面部表情、課堂氣氛、回答問(wèn)題等非語(yǔ)言和語(yǔ)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。在一節課的45分鐘內，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)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多幫幾手準備，通過(guò)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)習是一個(gè)復雜的過(guò)程，要取得好的學(xué)習效果，離不于教師的正確控制。教師可以通過(guò)以下方式對學(xué)生進(jìn)行控制：
第一，評價(jià)控制。學(xué)生知道自己的學(xué)習結果將對他們的學(xué)習態(tài)度產(chǎn)生深刻的影響，所以，教師應充分發(fā)揮評價(jià)對教學(xué)的控制作和。教師對學(xué)生的評價(jià)，可以是習題對、錯判斷、評語(yǔ)，可以是回答提問(wèn)時(shí)的評語(yǔ)，也可以是測驗分數的其他評優(yōu)、獎勵等。
第二，目標控制。教師在教學(xué)中應根據總的培養目標，制定基本知識目標，能力目標，對學(xué)生的學(xué)習活動(dòng)進(jìn)行定向，并根據學(xué)生的學(xué)習目標是否達到，來(lái)調節、控制學(xué)生的學(xué)習。
第三，學(xué)習方式控制。教師設計各種學(xué)習方式，引導學(xué)生有效地學(xué)習。對學(xué)習方式的控制，應考慮到教學(xué)內容、學(xué)生素質(zhì)和教學(xué)藝術(shù)等因素�？傊凶兓�，能調動(dòng)學(xué)生學(xué)習積極性，使學(xué)習過(guò)程處于最佳狀態(tài)。
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