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試談物理教育的多維探討（上）
我從1986年開始，從科學學、科學方法論、教育理論、創(chuàng)造學、系統(tǒng)科學等學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。1993年底出版了應用教育科學專著《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，請批評指正。
一、物理教育必須適應科學技術發(fā)展的需要
本世紀40年代以來，世界科學技術飛速發(fā)展，出現(xiàn)了有別于在此之前的任何時代的特點。第一，科學技術加速發(fā)展，科學技術成果迅速增長，科學發(fā)明、發(fā)現(xiàn)到應用的周期愈來愈短，新產品，新技術過時的速度愈來愈快。第二，現(xiàn)代科學的高度分化和綜合化。一方面知識的某些分支不斷地出現(xiàn)，形成獨立的學科，另一方面，在科學分化的基礎上，由于各學科的相互依存，相互轉化，又形成具有新質的內涵更大的綜合學科。第三，科學的數(shù)學化趨勢。各門學科日益把數(shù)學和數(shù)學方法作為研究事物現(xiàn)象、數(shù)量關系和深刻表達事物本質的工具和方法。第四，科學、技術、生產一體化�？茖W研究已成為現(xiàn)代生產的組成部分，要保證生產的持續(xù)增長，離不開新技術，而新技術源于科學研究。
為了適應科學技術發(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，使人們不得不對學校正規(guī)教育的地位作出新的認識。職前學校的正規(guī)教育只是受教育的一個階段，是終生教育的基礎部分。那種把學校正規(guī)教育看作人的一生唯一的教育，認為學校教師在這一階段應給學生灌輸盡可能多的知識，使他們畢業(yè)后能從事某一專門職業(yè)，無需再學習的思想已經落后于時代。
現(xiàn)代科學技術發(fā)展趨勢告訴我們，學校傳授給學生的知識再多，也不能滿足其日后的工作需要。因此，學校教育應從單純的傳授知識轉移到在傳授知識的同時發(fā)展學生的智能的軌道上來。
因而物理教育必須適應科學技術發(fā)展的需要，以培養(yǎng)學生的能力、智力為中心，提高學生的科學素質，使其具有科學知識、科學方法，并應用這些知識和方法來了解環(huán)境、關心社會、解決問題，不斷地追求進步，掌握更多的技能。
二、物理教育應介紹杰出物理學家對物理學發(fā)展的作用，引導學生學習物理學家的科學精神
物理學的發(fā)展是一個漫長的過程，它包含無數(shù)代科學家前赴后繼的共同努力，它是人類智慧的結晶。
物理學家的主要作用表現(xiàn)為：第一，推翻前人的錯誤論斷，建立科學的概念，開創(chuàng)科學的新紀元。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”的錯誤觀點，提出勻速運動和勻加速度等概念，奠定了力學的基矗第二，創(chuàng)造性地綜合已有理論，集科學之大成，建立完整的科學體系。如牛頓在伽里略、開普勒等人的基礎上，對力學理論進行創(chuàng)造性的綜合，提出著名的萬有引力定律，牛頓運動三定律，完成物理學的第一次大綜合。第三，在科學實驗中的重要發(fā)現(xiàn)。
在科學發(fā)展的關鍵時期，一些重要的實驗往往能深化人類的認識，將物理學推向一個新的發(fā)展時期。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，正是這三大實驗發(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)立新的科學思想。物理學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(tǒng)計方法徹底地引入物理學，突破了牛頓等人的因果決定論思想。第五，提出著名假說，構建新理論，如在解釋黑體輻射問題時，普郎克提出能量量子化假說，為量子力學的創(chuàng)立作出重要貢獻。再如愛因斯坦提出光速不變原理和相對性原理，并在此基礎上創(chuàng)立狹義相對論。第六，進行重要的驗證性實驗。如赫茲實驗證實了麥克斯韋電磁學理論，并使之很快得到應用。再如華裔物理學家吳健雄用鈷60做實驗，證實楊振寧、李政道提出的弱相互作用下宇稱不守恒的著名假說。
杰出物理學家能夠對物理學發(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發(fā)展的關鍵時期有關，同時他們還受益于前輩科學家已有的成果和經驗。
物理教育活動中教師要適時地介紹物理學家奮斗和創(chuàng)造的歷史事實，激發(fā)學生學習物理學家的科學精神和心理品質。優(yōu)秀物理學家有許多值得我們學習的東西，歸納起來主要有以下幾點： 1．強烈的求知欲和好奇心； 2．熱衷于科學研究； 3．喜歡并有能力長時間地艱苦工作； 4．良好的獨立思考習慣和創(chuàng)新精神； 5．堅持真理，敢于為科學獻身。
學習物理學家的優(yōu)秀品質和創(chuàng)新精神，同時也要樹立這樣一個觀念：物理學家是人，而不是生而知之的圣賢；物理學是人創(chuàng)造的，因而有局限性，還需要發(fā)展；既要尊重科學，又不盲目崇拜書本；學習物理學家永無止境的探索精神、創(chuàng)新精神，敢于糾正錯誤，堅持真理。
三、大力培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維能力
要培養(yǎng)學生創(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，實施創(chuàng)造性物理教育有助于改變以知識為中心的物理教育觀，開發(fā)學生的創(chuàng)造思維潛能。愛因斯坦曾經指出：“一個由沒有個人獨創(chuàng)和個人志愿的規(guī)格統(tǒng)一的個人所組成的社會，將是一個沒有發(fā)展可能的不幸的社會。我國要實現(xiàn)四個現(xiàn)代化，不僅需要提高民族的整體素質，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地培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維能力，有助于開發(fā)學生的創(chuàng)造潛能，有助于學生舉一反三，觸類旁通，利用已有知識創(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，使學生掌握物理知識和物理方法，樹立創(chuàng)造意識和志向，提高創(chuàng)造思維能力。
試談物理教育的多維探討（下）
進行科學創(chuàng)造需要掌握深厚的物理學知識，需要產生各種聯(lián)想、想象和設想，更需要加強物理方法的學習。因此，教師應幫助學生認識融匯在教材中的方法論思想，逐步建立理想模型，設計理想實驗，掌握分析、綜合、比較、分類、類比等方法，學會進行科學假設和建立簡單數(shù)學模型。同時還要學會物理實驗中的科學方法。方法是活的知識，它能夠為學生進行科學探索提供啟示。
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生信息，從同一來源中產生各種各樣的輸出。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、觀念的重新組合，找出更多、更新可能的答案。物理教學過程中可以利用典型習題進行發(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，讓學生以原題為基礎，充分發(fā)揮想象力，設計出盡可能多的問題進行解答。
聚合思維是從不同的角度把思維指向中心以達到目的。怎樣提高學生的聚合思維能力呢？可以利用“智力激勵法”對物理問題進行討論。
“智力激勵”的原理是：眾人圍繞一個確定的問題提出自己的設想，問題成為刺激人們思考的因素，它引發(fā)出各種不同的設想，而每一個設想又成為新的刺激人們思考的因素。如此循環(huán)，推動人們更廣泛、更深刻、更具體地思考，于是產生出眾多解決問題的方法。物理教學中通�？梢宰寣W生分組討論一些沒有統(tǒng)一 答案的問題，如“請你以物理知識為基礎，設計一個家用防盜系統(tǒng)”。這個問題會引發(fā)出學生的眾多設想，有利于學生創(chuàng)造性地應用物理知識，達到訓練思維能力的目的。
四、幫助學生建立有效的學習策略
學生要學好物理，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，增強學習的主動性和探索性。
強烈的學習動機是有效學習的推動力量，所以物理教師應結合物理教學增強學生的學習動機。第一，激發(fā)好奇心，培養(yǎng)濃厚的學習興趣。物理學研究的內容很廣，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有關，這會給學生產生一種自發(fā)的好奇心和學習興趣，光憑這點還是不夠的，教師還要常常用物理學史中精彩片斷。高質量的演示實驗（教師自制的演示實驗更好）、物理學的新進展、物理學在其它領域中的應用等材料和手段吸引學生，提高他們的學習興趣。第二，爭取保持學習的良性循環(huán)。學習動機是學習的原因，又是學習的結果。增強學生學習動機的有效方法之一是讓學生學懂，學生從成功的學習開始，可以增強和保持強烈的學習動機。如果學習的壓力過大，學生心理上就難以承受，就得不到學習成功的愉快體驗，從而減弱學習動機。第三，讓學生參與學習過程，對學生的進步給予及時的鼓勵。學習過程中盡量讓學生動口、動手、動腦。
人的認知結構的形成是一個長期和復雜的過程。從認知心理學的角度看，物理學習過程是用物理學的理論去同化、改造原有的認知結構，并形成新的認知結構。
物理學的基本概念、基本規(guī)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的基本結構。要學好物理學，必須要理解物理學的基本結構，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
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物理概念、定律、公式的來朧去脈，以及它們是怎樣構成一個嚴密、和諧的知識體系的。
有效的學習，學生不是被動地接受，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。探究式學習是讓學生通過主動的觀察和實驗去認識物理現(xiàn)象，糾正錯誤的前概念，形成科學的概念，探究式學習往往通過尋找概念、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過程
物理教學是由教師、學生、教學媒體組成的復雜系統(tǒng)。為了學習目的而組成的物理教學系統(tǒng)，必須使學生了解以前所不知道的東西，即獲取信息，而教師給學生傳遞的信息是否已被學生接收，這就需要學生反饋信息，反饋信息是聯(lián)接教學雙方的紐帶。
教師根據(jù)自己的計劃進行教學，常常需要調節(jié)和修改計劃，對自己的教學進行控制。教學過程是人與人之間的活動，可能出現(xiàn)許多偶發(fā)事件，教學信息的交流不像電報、書信那樣簡單，只要輸出端發(fā)出信息，輸入端就能接收到。教師向學生發(fā)出信息，有的學生完全接收了，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生的回答性語言、情緒變化、細微動作接收到學生的反饋信息，以不斷調整自己的教學，取得好的教學效果。而那些無視學生反饋信息，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，不能收到好的教學效果。物理教師課堂教學的自我調節(jié)控制可以從以下幾個方面進行：第一，控制信息量。教師的教學必須使學生獲得某些信息，如果一次課教師所教的內容過于簡單，信息量就少，完全重復學生己學過的內容，學生就會感到無興趣。反之，如果一次課信息量過大，學生會感到疲勞，接收困難。怎樣了解信息量是否適當呢？可以通過學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行判斷，從而對信息量進行控制。
第二，控制信息輸出速率。在一節(jié)課的45分鐘內，學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，集中學生的注意力，并將大量新信息集中在學生最佳吸收狀態(tài)時傳遞。學生的情緒、注意力受多種因素的影響，成熟的教師能夠捕捉和創(chuàng)造最佳信息吸收狀態(tài)。
第三，控制信息傳遞方式。教師傳遞信息可以通過多種方式，可以讓學生聽、看、讀、寫、做、討論等。教師應多做幾手準備，通過雙向信息交流，靈活地變換信息輸出方式，以提高學生的接收率。
學生的學習是一個復雜的過程，要取得好的學習效果，離不開教師的正確控制。教師可以通過以下方式對學生進行控制：第一，評價控制。學生知道自己的學習結果將對他們的學習態(tài)度產生深刻的影響，所以，教師應充分發(fā)揮評價對教學的控制作用。教師對學生的評價，可以是習題對、錯判斷、評語，可以是回答提問時的評語，也可以是測驗分數(shù)的其他評優(yōu)、獎勵等。
第二，目標控制。教師在教學中應根據(jù)總的培養(yǎng)目標，制定基本知識目標，能力目標，對學生的學習活動進行定向，并根據(jù)學生的學習目標是否達到，來調節(jié)、控制學生的學習。
第三，學習方式控制。教師設計各種學習方式，引導學生有效地學習。對學習方式的控制，應考慮到教學內容、學生素質和教學藝術等因素�？傊凶兓�，能調動學生的學習積極性，使學習過程處于最佳狀態(tài)。
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