物理教育多维探讨论文

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我从1986年开始，从科学学、科学方法论、教育理论、创造学、系统科学等学科多角度地研究物理教育问题，逐步形成了自己的一些教育观点。1993年底出版了应用教育科学专著《物理教育的多维探讨》。下面就物理教育问题作些简要的论述，请批评指正。

一、物理教育必须适应科学技术发展的需要

本世纪40年代以来，世界科学技术飞速发展，出现了有别于在此之前的任何时代的特点。第一，科学技术加速发展，科学技术成果迅速增长，科学发明、发现到应用的周期愈来愈短，新产品，新技术过时的速度愈来愈快。第二，现代科学的高度分化和综合化。一方面知识的某些分支不断地出现，形成独立的学科，另一方面，在科学分化的基础上，由于各学科的相互依存，相互转化，又形成具有新质的内涵更大的综合学科。第三，科学的数学化趋势。各门学科日益把数学和数学方法作为研究事物现象、数量关系和深刻表达事物本质的工具和方法。第四，科学、技术、生产一体化。科学研究已成为现代生产的组成部分，要保证生产的持续增长，离不开新技术，而新技术源于科学研究。

为了适应科学技术发展的需要，世界各国纷纷改革教育，研究教育思想，优化课程结构，更新教学方法。从总体上来说，世界教育呈现两大趋势：终生教育和发展智能。

终生教育作为教育发展的必然趋势，使人们不得不对学校正规教育的地位作出新的认识。职前学校的正规教育只是受教育的一个阶段，是终生教育的基础部分。那种把学校正规教育看作人的一生唯一的教育，认为学校教师在这一阶段应给学生灌输尽可能多的知识，使他们毕业后能从事某一专门职业，无需再学习的思想已经落后于时代。

现代科学技术发展趋势告诉我们，学校传授给学生的知识再多，也不能满足其日后的工作需要。因此，学校教育应从单纯的传授知识转移到在传授知识的同时发展学生的智能的轨道上来。

因而物理教育必须适应科学技术发展的需要，以培养学生的能力、智力为中心，提高学生的科学素质，使其具有科学知识、科学方法，并应用这些知识和方法来了解环境、关心社会、解决问题，不断地追求进步，掌握更多的技能。

二、物理教育应介绍杰出物理学家对物理学发展的作用，引导学生学习物理学家的科学精神

物理学的发展是一个漫长的过程，它包含无数代科学家前赴后继的共同努力，它是人类智慧的结晶。

物理学家的主要作用表现为：第一，推翻前人的错误论断，建立科学的概念，开创科学的新纪元。如伽里略否定了亚里士多德的“重的物体比轻的物体落得快”的错误观点，提出匀速运动和匀加速度等概念，奠定了力学的基矗第二，创造性地综合已有理论，集科学之大成，建立完整的科学体系。如牛顿在伽里略、开普勒等人的基础上，对力学理论进行创造性的综合，提出著名的万有引力定律，牛顿运动三定律，完成物理学的第一次大综合。第三，在科学实验中的重要发现。

在科学发展的关键时期，一些重要的实验往往能深化人类的认识，将物理学推向一个新的发展时期。1895年伦琴发现X射线，1896年贝克勒耳发现放射性，1897年汤姆生发现电子，正是这三大实验发现揭开了现代物理的序幕。第四，突破前人的思想方法，创立新的科学思想。物理学的每一项重大突破都需要新的思想方法的指导。例如玻耳兹曼和吉布斯在麦克斯韦之后将统计方法彻底地引入物理学，突破了牛顿等人的因果决定论思想。第五，提出著名假说，构建新理论，如在解释黑体辐射问题时，普郎克提出能量量子化假说，为量子力学的创立作出重要贡献。再如爱因斯坦提出光速不变原理和相对性原理，并在此基础上创立狭义相对论。第六，进行重要的验证性实验。如赫兹实验证实了麦克斯韦电磁学理论，并使之很快得到应用。再如华裔物理学家吴健雄用钴60做实验，证实杨振宁、李政道提出的弱相互作用下宇称不守恒的著名假说。

杰出物理学家能够对物理学发展作出不可磨灭的贡献，除了他们非凡的智力和优秀的性格特征外，还与他们处在物理学发展的关键时期有关，同时他们还受益于前辈科学家已有的成果和经验。

物理教育活动中教师要适时地介绍物理学家奋斗和创造的历史事实，激发学生学习物理学家的科学精神和心理品质。优秀物理学家有许多值得我们学习的东西，归纳起来主要有以下几点：1．强烈的求知欲和好奇心；2．热衷于科学研究；3．喜欢并有能力长时间地艰苦工作；4．良好的独立思考习惯和创新精神；5．坚持真理，敢于为科学献身。

学习物理学家的优秀品质和创新精神，同时也要树立这样一个观念：物理学家是人，而不是生而知之的圣贤；物理学是人创造的，因而有局限性，还需要发展；既要尊重科学，又不盲目崇拜书本；学习物理学家永无止境的探索精神、创新精神，敢于纠正错误，坚持真理。

三、大力培养学生的创造思维能力

要培养学生创造思维能力，首先要认识创造性物理教育的意义。概括地说，实施创造性物理教育有助于改变以知识为中心的物理教育观，开发学生的创造思维潜能。爱因斯坦曾经指出：“一个由没有个人独创和个人志愿的规格统一的个人所组成的社会，将是一个没有发展可能的不幸的社会。我国要实现四个现代化，不仅需要提高民族的整体素质，而且还需要培养大批的创造型人才。在物理教育中有意识地培养学生的创造思维能力，有助于开发学生的创造潜能，有助于学生举一反三，触类旁通，利用已有知识创造性地解决问题。

创造性的物理教育是在物理教育过程中，使学生掌握物理知识和物理方法，树立创造意识和志向，提高创造思维能力。

进行科学创造需要掌握深厚的物理学知识，需要产生各种联想、想象和设想，更需要加强物理方法的学习。因此，教师应帮助学生认识融汇在教材中的方法论思想，逐步建立理想模型，设计理想实验，掌握分析、综合、比较、分类、类比等方法，学会进行科学假设和建立简单数学模型。同时还要学会物理实验中的科学方法。方法是活的知识，它能够为学生进行科学探索提供启示。

创造思维的核心是发散思维和聚合思维。发散思维是从给定的信息中产生信息，从同一来源中产生各种各样的输出。即是说在思维过程中从某一具体的对象出发，充分发挥想象力，通过知识、观念的重新组合，找出更多、更新可能的答案。物理教学过程中可以利用典型习题进行发散讨论，以训练发散思维能力。打破习题本身原有条件的局限，让学生以原题为基础，充分发挥想象力，设计出尽可能多的问题进行解答。

聚合思维是从不同的角度把思维指向中心以达到目的。怎样提高学生的聚合思维能力呢？可以利用“智力激励法”对物理问题进行讨论。

“智力激励”的原理是：众人围绕一个确定的问题提出自己的设想，问题成为刺激人们思考的因素，它引发出各种不同的设想，而每一个设想又成为新的刺激人们思考的因素。如此循环，推动人们更广泛、更深刻、更具体地思考，于是产生出众多解决问题的方法。物理教学中通常可以让学生分组讨论一些没有统一答案的问题，如“请你以物理知识为基础，设计一个家用防盗系统”。这个问题会引发出学生的众多设想，有利于学生创造性地应用物理知识，达到训练思维能力的目的。

四、帮助学生建立有效的学习策略

学生要学好物理，必须具有良好的心理状态，建立良好的知识结构，摆脱死记硬背的倾向，增强学习的主动性和探索性。

强烈的学习动机是有效学习的推动力量，所以物理教师应结合物理教学增强学生的学习动机。第一，激发好奇心，培养浓厚的学习兴趣。物理学研究的内容很广，大到天体，小到基本粒子，各种电器、无线电装置都与物理知识有关，这会给学生产生一种自发的好奇心和学习兴趣，光凭这点还是不够的，教师还要常常用物理学史中精彩片断。高质量的演示实验（教师自制的演示实验更好）、物理学的新进展、物理学在其它领域中的应用等材料和手段吸引学生，提高他们的学习兴趣。第二，争取保持学习的良性循环。学习动机是学习的原因，又是学习的结果。增强学生学习动机的有效方法之一是让学生学懂，学生从成功的学习开始，可以增强和保持强烈的学习动机。如果学习的压力过大，学生心理上就难以承受，就得不到学习成功的愉快体验，从而减弱学习动机。第三，让学生参与学习过程，对学生的进步给予及时的鼓励。学习过程中尽量让学生动口、动手、动脑。

人的认知结构的形成是一个长期和复杂的过程。从认知心理学的角度看，物理学习过程是用物理学的理论去同化、改造原有的认知结构，并形成新的认知结构。

物理学的基本概念、基本规律以及它们之间的联系，构成一幅完整的物理图象。这幅图象就是物理学的基本结构。要学好物理学，必须要理解物理学的基本结构，而不只是了解一些孤立的、零碎的物理知识。要理解物理学的基本结构，不单靠背诵和记忆基本概念、公式。而要在记忆的基本上，搞清物理概念、定律、公式的来胧去脉，以及它们是怎样构成一个严密、和谐的知识体系的。

有效的学习，学生不是被动地接受，机械地记忆，而是在教师的启发下，积极地思考，认真地探究。探究式学习是让学生通过主动的观察和实验去认识物理现象，纠正错误的前概念，形成科学的概念，探究式学习往往通过寻找概念、定律之间的联系，加深对知识的理解和记忆。

五、有效地控制物理教学过程

物理教学是由教师、学生、教学媒体组成的复杂系统。为了学习目的而组成的物理教学系统，必须使学生了解以前所不知道的东西，即获取信息，而教师给学生传递的信息是否已被学生接收，这就需要学生反馈信息，反馈信息是联接教学双方的纽带。

教师根据自己的计划进行教学，常常需要调节和修改计划，对自己的教学进行控制。教学过程是人与人之间的活动，可能出现许多偶发事件，教学信息的交流不像电报、书信那样简单，只要输出端发出信息，输入端就能接收到。教师向学生发出信息，有的学生完全接收了，有的只是部分接收，有的完全没有接收。

成熟的教师常常通过学生的回答性语言、情绪变化、细微动作接收到学生的反馈信息，以不断调整自己的教学，取得好的教学效果。而那些无视学生反馈信息，只按自己既定计划单向输出信息，其输出信息常常是低效的，不能收到好的教学效果。物理教师课堂教学的自我调节控制可以从以下几个方面进行：第一，控制信息量。教师的教学必须使学生获得某些信息，如果一次课教师所教的内容过于简单，信息量就少，完全重复学生己学过的内容，学生就会感到无兴趣。反之，如果一次课信息量过大，学生会感到疲劳，接收困难。怎样了解信息量是否适当呢？可以通过学生在课堂上的面部表情、课堂气氛、回答问题等非语言和语言反馈信息进行判断，从而对信息量进行控制。

第二，控制信息输出速率。在一节课的45分钟内，学生所能接收的信息是有限的，而接收的速率也并非均匀。例如，开始上课和临下课的几分钟学生的精力都可能不太集中。因此教师要善于创造良好的课堂气氛，集中学生的注意力，并将大量新信息集中在学生最佳吸收状态时传递。学生的情绪、注意力受多种因素的影响，成熟的教师能够捕捉和创造最佳信息吸收状态。

第三，控制信息传递方式。教师传递信息可以通过多种方式，可以让学生听、看、读、写、做、讨论等。教师应多做几手准备，通过双向信息交流，灵活地变换信息输出方式，以提高学生的接收率。

学生的学习是一个复杂的过程，要取得好的学习效果，离不开教师的正确控制。教师可以通过以下方式对学生进行控制：第一，评价控制。学生知道自己的学习结果将对他们的学习态度产生深刻的影响，所以，教师应充分发挥评价对教学的控制作用。教师对学生的评价，可以是习题对、错判断、评语，可以是回答提问时的评语，也可以是测验分数的其他评优、奖励等。

第二，目标控制。教师在教学中应根据总的培养目标，制定基本知识目标，能力目标，对学生的学习活动进行定向，并根据学生的学习目标是否达到，来调节、控制学生的学习。

第三，学习方式控制。教师设计各种学习方式，引导学生有效地学习。对学习方式的控制，应考虑到教学内容、学生素质和教学艺术等因素。总之要有变化，能调动学生的学习积极性，使学习过程处于最佳状态。