物理學(xué)科學(xué)教育

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摘要：物理學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)，它對(duì)于培養(yǎng)年輕一代具備基本的科學(xué)思想和科學(xué)素養(yǎng)起著十分突出的作用。在物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，特別提出要關(guān)心學(xué)生的進(jìn)步，培養(yǎng)學(xué)生掌握認(rèn)識(shí)世界的科學(xué)方法。“物理科學(xué)方法教育”的重要問(wèn)題就是對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行準(zhǔn)確定位。為此從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，探討科學(xué)方法的教育分類(lèi)，并在此基礎(chǔ)上，為有效地實(shí)施物理科學(xué)方法教育進(jìn)行了教育策略分析。

關(guān)鍵詞：物理教育；科學(xué)方法；意義準(zhǔn)備

科學(xué)方法教育在物理教育研究中始終是一個(gè)重要的課題，無(wú)論從當(dāng)前的課程改革的實(shí)踐還是從提升民族的整體素質(zhì)的角度來(lái)看，做好物理科學(xué)方法教學(xué)工作，都具有鮮明而深遠(yuǎn)的時(shí)代意義。然而，反思我們過(guò)去的教育，卻存在著許多不令人滿意的狀況：教學(xué)過(guò)程中沒(méi)有令人產(chǎn)生震撼感覺(jué)的突發(fā)奇想；沒(méi)有對(duì)知識(shí)的演進(jìn)進(jìn)行提示性的剖析；對(duì)某些前人曾有的謬誤也只字不提；在學(xué)校實(shí)驗(yàn)課堂中，所做的實(shí)驗(yàn)就是去證實(shí)那些業(yè)已擺到面前的、且早知如此的實(shí)驗(yàn)；我們對(duì)興趣和方法所進(jìn)行的探討也難以得到應(yīng)有的鼓勵(lì)。實(shí)際上，多年以來(lái)在進(jìn)行物理教學(xué)的過(guò)程中，教師都在自覺(jué)或者不自覺(jué)地進(jìn)行著某種物理學(xué)思想和物理學(xué)方法的教育，而造成以上弊端的主要原因就是對(duì)科學(xué)方法缺乏較深入的教育實(shí)踐研究。

美國(guó)著名的認(rèn)知派教育心理學(xué)家?jiàn)W蘇伯爾在他的著作《教育心理學(xué)：一種認(rèn)知觀》（EducationalPsychology:acognitiveview）（1978年）中，認(rèn)為教學(xué)的組織不能只考慮學(xué)科知識(shí)的邏輯體系，也要考慮學(xué)生的生理特點(diǎn)和心理發(fā)展特點(diǎn)；同時(shí)，基于發(fā)展心理學(xué)的研究，課程與教學(xué)論專(zhuān)家也形成了一個(gè)共識(shí)：課程與教學(xué)應(yīng)當(dāng)建立在學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)上，要考慮并且符合學(xué)生的認(rèn)知特征，以此為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展教學(xué)，使科學(xué)方法教育與學(xué)生的實(shí)際狀況相吻合。因此，鑒于不同年齡階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展情況不同、心理素質(zhì)的成熟狀況不一的實(shí)際，應(yīng)該分階段、各有側(cè)重地對(duì)他們的科學(xué)方法的培養(yǎng)提出要求。正是從這個(gè)意義出發(fā)，本文擬對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行探討性的教育分類(lèi)，以期為教育工作者提供一個(gè)可遵循、便于探討的科學(xué)方法分類(lèi)體系，在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)方法教育的策略構(gòu)想。

一、中學(xué)生科學(xué)方法發(fā)展?fàn)顩r分析

僅以歸納推理法、演繹推理法和邏輯法則的學(xué)生認(rèn)知狀況為例，對(duì)以下幾個(gè)年級(jí)（年齡段）的調(diào)查取樣比較，我們便能發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)期青少年的差異，[1]見(jiàn)下頁(yè)表。

這里的得分率的高低說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，即如果訓(xùn)練得法的話，那么在某階段得分率較高的項(xiàng)目可能就意味著訓(xùn)練時(shí)間已經(jīng)遲于該類(lèi)別方法的開(kāi)發(fā)最佳期；如果得分率較低，就有可能是該項(xiàng)目的訓(xùn)練符合或者尚早于該開(kāi)發(fā)期。同時(shí)說(shuō)明，青少年的心理發(fā)展是呈現(xiàn)遞進(jìn)性和可塑性的，而且進(jìn)一步的研究表明，特定的科目（如物理、幾何）針對(duì)某種科學(xué)方法的掌握具有顯著作用。考慮到中學(xué)生的認(rèn)知心理發(fā)展的漸進(jìn)性，從教育角度有必要對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行客觀的科學(xué)的教育分類(lèi)，以此來(lái)加強(qiáng)科學(xué)方法教育的操作性和研究性。

二、科學(xué)方法的教育分類(lèi)定位

在整個(gè)教學(xué)體系中，學(xué)生和教師是一個(gè)密不可分的有機(jī)整體，因此我們可以著眼于這兩個(gè)維度──學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容維度和教師品質(zhì)維度，把科學(xué)方法進(jìn)行有針對(duì)性的定位。從這個(gè)意義上說(shuō)，無(wú)論是具體的科學(xué)方法，例如觀察法、實(shí)驗(yàn)法，還是普遍意義上的諸如哲學(xué)的科學(xué)方法，都會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)時(shí)機(jī)的不同，被定位在不同的分類(lèi)體系中。決定科學(xué)方法分類(lèi)體系的簡(jiǎn)單圖解如下。

（一）維度說(shuō)明

學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容維度，包括學(xué)生在觀察科學(xué)現(xiàn)象、形成科學(xué)認(rèn)識(shí)、認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律以及分析解決科學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，所涉及的認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及有關(guān)知識(shí)內(nèi)容和科學(xué)方法基礎(chǔ)的準(zhǔn)備程度等。表現(xiàn)在學(xué)生已有的科學(xué)方法的基礎(chǔ)，相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備，心理素質(zhì)的成熟狀況，等等。

教師品質(zhì)維度，包括教師教學(xué)方式的靈活性、知識(shí)的準(zhǔn)確性、掌握教學(xué)時(shí)機(jī)的及時(shí)性、批判性和獨(dú)創(chuàng)性等，是教師素質(zhì)的重要因素。表現(xiàn)為教師對(duì)學(xué)生的了解程度，教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)，統(tǒng)觀整個(gè)教學(xué)時(shí)機(jī)，針對(duì)本單元（節(jié)）提出具體的科學(xué)方法目標(biāo)，并能夠抓住進(jìn)行科學(xué)方法教學(xué)的最佳時(shí)機(jī)。

對(duì)于學(xué)習(xí)環(huán)境因素（包括教材、教學(xué)設(shè)備和教學(xué)環(huán)境等），它們相對(duì)而言是靜態(tài)和穩(wěn)定的。上述兩個(gè)維度的范圍在不斷地?cái)U(kuò)充，其結(jié)合程度代表著科學(xué)方法教育實(shí)施效率的高低，從而也決定著對(duì)于一種科學(xué)方法進(jìn)行不同的教育分類(lèi)。

（二）由這兩個(gè)維度的結(jié)合點(diǎn)和結(jié)合度所產(chǎn)生的教學(xué)時(shí)機(jī)

1.泛基學(xué)習(xí)類(lèi)。這是指每個(gè)正常兒童能夠很容易接受的、廣泛存在于頭腦中的科學(xué)方法。它的教學(xué)實(shí)現(xiàn)無(wú)需特定的知識(shí)儲(chǔ)備以及固定的教學(xué)場(chǎng)景的制約，而是常常能夠很容易被學(xué)生接受的科學(xué)方法。例如，解決問(wèn)題時(shí)經(jīng)常用到的唯物法、運(yùn)動(dòng)法等基本的科學(xué)方法。

2.漸進(jìn)加強(qiáng)類(lèi)。這里的“漸”并非是隨著時(shí)間的推移的“漸”，乃是依學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)的發(fā)展、心理成熟狀況的演進(jìn)的“漸”。

以觀察法為例，物理教師很關(guān)心在物理教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的觀察能力，觀察法是物理教學(xué)中出現(xiàn)頻率極高的一種科學(xué)方法，科學(xué)的觀察法至少有兩個(gè)要件：

（1）要與“思”結(jié)合，只觀察不思考只能叫做“看”；

（2）要以“量”定論，反復(fù)觀察才能防止以點(diǎn)蓋面。此時(shí)的觀察有“觀測(cè)”的要義。[2]

鑒于這兩個(gè)條件，致使我們對(duì)各種觀察法（長(zhǎng)期觀察法、精細(xì)觀察法、歸納法、對(duì)比法等方法）進(jìn)行不同的分類(lèi)定位。在低年級(jí)（例如初中階段），物理教師針對(duì)學(xué)生的知識(shí)含量較低及心理狀態(tài)不成熟的實(shí)際情況，要把教學(xué)重點(diǎn)落在“儀器和簡(jiǎn)單現(xiàn)象的觀察”的層次；而在高中階段及日后繼續(xù)學(xué)習(xí)和深造中，應(yīng)該把“隨時(shí)間和空間而展開(kāi)的觀察和在觀察中進(jìn)行的正確質(zhì)疑”的層次作為重點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容加以訓(xùn)練。

又如，常見(jiàn)的概括方法鑒于學(xué)生的維度，在不同時(shí)期（時(shí)機(jī)）可分為：

（1）低水平的概括，即沒(méi)有經(jīng)過(guò)思維的積極加工，僅憑直觀的觀察進(jìn)行的。如鐘擺的擺動(dòng)、水上浮標(biāo)的浮動(dòng)、蒸汽機(jī)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等概括為振動(dòng)現(xiàn)象。

（2）理性概括則是一種高級(jí)水平的概括，它的形成離不開(kāi)學(xué)生的積極思維和對(duì)有關(guān)內(nèi)容的深刻了解，方能對(duì)事物的本質(zhì)進(jìn)行深層次的概括，使研究對(duì)象更加純化和簡(jiǎn)約。如圓錐擺、飛車(chē)走壁、火車(chē)轉(zhuǎn)彎、飛機(jī)水平盤(pán)旋等，雖然這幾種情景大不相同，但是較高層次的歸納整理可以概括為：上述物體的運(yùn)動(dòng)均受到相同情況的力的作用，合力（向心力）均指向圓心。

三、科學(xué)方法教育策略分析

（一）學(xué)生維度的意義準(zhǔn)備

從學(xué)生的維度來(lái)看，科學(xué)方法在學(xué)生的頭腦中的形成和發(fā)展過(guò)程中，一個(gè)重要階段就是對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行卓有成效的意義準(zhǔn)備。所謂意義準(zhǔn)備，就是指學(xué)生在從事新的科學(xué)方法學(xué)習(xí)的時(shí)候，原有的物理知識(shí)水平或者心理發(fā)展水平對(duì)新的科學(xué)方法的適應(yīng)性。在一個(gè)人的頭腦中，科學(xué)方法的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是由或多或少有組織的、穩(wěn)定的概念、觀念和方法組成的，這一組織的性質(zhì)是分層次、分階段的，按包容性逐漸下降的方式進(jìn)行的，從而促使科學(xué)方法的意義學(xué)習(xí)具有使未分化的領(lǐng)域逐漸分化并獲得增長(zhǎng)的機(jī)制。教師對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的科學(xué)方法的掌握情況進(jìn)行初步的摸底、調(diào)查之后，就可以避免把本來(lái)富有潛在意義的科學(xué)方法的材料當(dāng)做機(jī)械的東西來(lái)教，最終使意義學(xué)習(xí)產(chǎn)生功效。以即時(shí)速度為例，我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候，是從平均速度過(guò)渡到即時(shí)速度的，即把一段的平均速度無(wú)限地縮小，直至這一小截線段與一點(diǎn)幾乎無(wú)異時(shí)，平均速度就變成即時(shí)速度了。教學(xué)中，鑒于學(xué)生的思維水平和心理成熟狀況有限，我們所運(yùn)用的科學(xué)方法──微元法，在此可不必明確提出，但應(yīng)當(dāng)通過(guò)“s-t”圖線或者“實(shí)驗(yàn)研究”給學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行微元法學(xué)習(xí)的條件，為日后的教和學(xué)做好了應(yīng)有的準(zhǔn)備，當(dāng)我們學(xué)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以利用微元法對(duì)向心加速度的具體公式進(jìn)行準(zhǔn)確推導(dǎo)和計(jì)算了，這時(shí)的物理科學(xué)方法教學(xué)也就成為了真正的意義教學(xué)。

（二）教師維度的兩個(gè)確保

科學(xué)方法作為一種思維領(lǐng)域的知識(shí)，有其教學(xué)的特殊性，為有效地實(shí)施科學(xué)方法教育，教師在提高自身品質(zhì)的同時(shí)，應(yīng)該最大限度地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的積極性。科學(xué)方法是通過(guò)人類(lèi)前赴后繼、日積月累的努力所獲取的，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，科學(xué)方法也在不斷地得到豐富和創(chuàng)新。而對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，凡是通過(guò)自身的努力所取得的對(duì)科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)都應(yīng)該得到鼓勵(lì)，如布魯納所說(shuō)：發(fā)現(xiàn)不僅限于尋求人類(lèi)尚未知曉的事物，確切地說(shuō)，它包括用自己的頭腦親自獲得知識(shí)的一切方法。因此，為使學(xué)生在科學(xué)方法方面順利發(fā)展，教師要確保兩個(gè)條件──兩種自由。

其一是內(nèi)心的自由。

表現(xiàn)為鼓勵(lì)學(xué)生在思想上不受權(quán)威和社會(huì)偏見(jiàn)的束縛，能夠自由思考。這種自由是大自然難得賦予的一種禮物，也是值得個(gè)人去追求的一個(gè)目標(biāo)。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在充分自由的空間中積極發(fā)現(xiàn)并總結(jié)獲取知識(shí)的方法。對(duì)于學(xué)生憑著自己的潛能跳躍起來(lái)能夠得著的，教師要放手讓學(xué)生嘗試，讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)和方法的重構(gòu)過(guò)程，自由選擇自己喜愛(ài)的學(xué)習(xí)方式完成學(xué)習(xí)活動(dòng)，教師不可“越俎代庖”。

其二是交換的自由。

學(xué)生在課堂內(nèi)外都會(huì)有一些個(gè)人的觀點(diǎn)和解題方法，姑且不論其正確與否，我們都應(yīng)該準(zhǔn)許發(fā)表、交流，并且能保證他們不用顧忌發(fā)表的后果，諸如遇到譏諷、嘲笑等。我們的學(xué)校、教師和社會(huì)不但要減少負(fù)面作用，還要通過(guò)“權(quán)威”來(lái)減少學(xué)生在這方面的精神負(fù)擔(dān)，支持和鼓勵(lì)學(xué)生的獨(dú)立思考和大膽質(zhì)疑。這就要求教師應(yīng)該具有廣納博采的氣度，能夠正視新情況、新問(wèn)題、對(duì)這些問(wèn)題和解決方法進(jìn)行深層次的思考，最終能發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性地解決問(wèn)題、在變化了的條件下也能獨(dú)立地解決面臨的新問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］閻金鐸，等.物理教學(xué)論［M］.南京：江蘇教育出版社，1991.85—89.

［2］續(xù)佩軍.物理能力測(cè)量研究［M］.南寧：廣西教育出版社，1999.148.