物理學科學教育

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摘要：物理學是現代科學技術的基礎科學，它對于培養年輕一代具備基本的科學思想和科學素養起著十分突出的作用。在物理課程標準中，特別提出要關心學生的進步，培養學生掌握認識世界的科學方法。“物理科學方法教育”的重要問題就是對科學方法進行準確定位。為此從學生的實際出發，探討科學方法的教育分類，并在此基礎上，為有效地實施物理科學方法教育進行了教育策略分析。

關鍵詞：物理教育；科學方法；意義準備

科學方法教育在物理教育研究中始終是一個重要的課題，無論從當前的課程改革的實踐還是從提升民族的整體素質的角度來看，做好物理科學方法教學工作，都具有鮮明而深遠的時代意義。然而，反思我們過去的教育，卻存在著許多不令人滿意的狀況：教學過程中沒有令人產生震撼感覺的突發奇想；沒有對知識的演進進行提示性的剖析；對某些前人曾有的謬誤也只字不提；在學校實驗課堂中，所做的實驗就是去證實那些業已擺到面前的、且早知如此的實驗；我們對興趣和方法所進行的探討也難以得到應有的鼓勵。實際上，多年以來在進行物理教學的過程中，教師都在自覺或者不自覺地進行著某種物理學思想和物理學方法的教育，而造成以上弊端的主要原因就是對科學方法缺乏較深入的教育實踐研究。

美國著名的認知派教育心理學家奧蘇伯爾在他的著作《教育心理學：一種認知觀》（EducationalPsychology:acognitiveview）（1978年）中，認為教學的組織不能只考慮學科知識的邏輯體系，也要考慮學生的生理特點和心理發展特點；同時，基于發展心理學的研究，課程與教學論專家也形成了一個共識：課程與教學應當建立在學生的認知基礎上，要考慮并且符合學生的認知特征，以此為基礎來開展教學，使科學方法教育與學生的實際狀況相吻合。因此，鑒于不同年齡階段學生的認知發展情況不同、心理素質的成熟狀況不一的實際，應該分階段、各有側重地對他們的科學方法的培養提出要求。正是從這個意義出發，本文擬對科學方法進行探討性的教育分類，以期為教育工作者提供一個可遵循、便于探討的科學方法分類體系，在此基礎上提出科學方法教育的策略構想。

一、中學生科學方法發展狀況分析

僅以歸納推理法、演繹推理法和邏輯法則的學生認知狀況為例，對以下幾個年級（年齡段）的調查取樣比較，我們便能發現在不同時期青少年的差異，[1]見下頁表。

這里的得分率的高低說明一個問題，即如果訓練得法的話，那么在某階段得分率較高的項目可能就意味著訓練時間已經遲于該類別方法的開發最佳期；如果得分率較低，就有可能是該項目的訓練符合或者尚早于該開發期。同時說明，青少年的心理發展是呈現遞進性和可塑性的，而且進一步的研究表明，特定的科目（如物理、幾何）針對某種科學方法的掌握具有顯著作用。考慮到中學生的認知心理發展的漸進性，從教育角度有必要對科學方法進行客觀的科學的教育分類，以此來加強科學方法教育的操作性和研究性。

二、科學方法的教育分類定位

在整個教學體系中，學生和教師是一個密不可分的有機整體，因此我們可以著眼于這兩個維度──學生學習內容維度和教師品質維度，把科學方法進行有針對性的定位。從這個意義上說，無論是具體的科學方法，例如觀察法、實驗法，還是普遍意義上的諸如哲學的科學方法，都會因為教學時機的不同，被定位在不同的分類體系中。決定科學方法分類體系的簡單圖解如下。

（一）維度說明

學生學習內容維度，包括學生在觀察科學現象、形成科學認識、認識科學規律以及分析解決科學問題的過程中，所涉及的認知結構以及有關知識內容和科學方法基礎的準備程度等。表現在學生已有的科學方法的基礎，相關基礎知識的儲備，心理素質的成熟狀況，等等。

教師品質維度，包括教師教學方式的靈活性、知識的準確性、掌握教學時機的及時性、批判性和獨創性等，是教師素質的重要因素。表現為教師對學生的了解程度，教學設計時，能夠審時度勢，統觀整個教學時機，針對本單元（節）提出具體的科學方法目標，并能夠抓住進行科學方法教學的最佳時機。

對于學習環境因素（包括教材、教學設備和教學環境等），它們相對而言是靜態和穩定的。上述兩個維度的范圍在不斷地擴充，其結合程度代表著科學方法教育實施效率的高低，從而也決定著對于一種科學方法進行不同的教育分類。

（二）由這兩個維度的結合點和結合度所產生的教學時機

1.泛基學習類。這是指每個正常兒童能夠很容易接受的、廣泛存在于頭腦中的科學方法。它的教學實現無需特定的知識儲備以及固定的教學場景的制約，而是常常能夠很容易被學生接受的科學方法。例如，解決問題時經常用到的唯物法、運動法等基本的科學方法。

2.漸進加強類。這里的“漸”并非是隨著時間的推移的“漸”，乃是依學生的知識基礎的發展、心理成熟狀況的演進的“漸”。

以觀察法為例，物理教師很關心在物理教學中發展學生的觀察能力，觀察法是物理教學中出現頻率極高的一種科學方法，科學的觀察法至少有兩個要件：

（1）要與“思”結合，只觀察不思考只能叫做“看”；

（2）要以“量”定論，反復觀察才能防止以點蓋面。此時的觀察有“觀測”的要義。[2]

鑒于這兩個條件，致使我們對各種觀察法（長期觀察法、精細觀察法、歸納法、對比法等方法）進行不同的分類定位。在低年級（例如初中階段），物理教師針對學生的知識含量較低及心理狀態不成熟的實際情況，要把教學重點落在“儀器和簡單現象的觀察”的層次；而在高中階段及日后繼續學習和深造中，應該把“隨時間和空間而展開的觀察和在觀察中進行的正確質疑”的層次作為重點的教學內容加以訓練。

又如，常見的概括方法鑒于學生的維度，在不同時期（時機）可分為：

（1）低水平的概括，即沒有經過思維的積極加工，僅憑直觀的觀察進行的。如鐘擺的擺動、水上浮標的浮動、蒸汽機活塞的往復運動等概括為振動現象。

（2）理性概括則是一種高級水平的概括，它的形成離不開學生的積極思維和對有關內容的深刻了解，方能對事物的本質進行深層次的概括，使研究對象更加純化和簡約。如圓錐擺、飛車走壁、火車轉彎、飛機水平盤旋等，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：上述物體的運動均受到相同情況的力的作用，合力（向心力）均指向圓心。

三、科學方法教育策略分析

（一）學生維度的意義準備

從學生的維度來看，科學方法在學生的頭腦中的形成和發展過程中，一個重要階段就是對科學方法進行卓有成效的意義準備。所謂意義準備，就是指學生在從事新的科學方法學習的時候，原有的物理知識水平或者心理發展水平對新的科學方法的適應性。在一個人的頭腦中，科學方法的認知結構是由或多或少有組織的、穩定的概念、觀念和方法組成的，這一組織的性質是分層次、分階段的，按包容性逐漸下降的方式進行的，從而促使科學方法的意義學習具有使未分化的領域逐漸分化并獲得增長的機制。教師對學生現有的科學方法的掌握情況進行初步的摸底、調查之后，就可以避免把本來富有潛在意義的科學方法的材料當做機械的東西來教，最終使意義學習產生功效。以即時速度為例，我們在學習的時候，是從平均速度過渡到即時速度的，即把一段的平均速度無限地縮小，直至這一小截線段與一點幾乎無異時，平均速度就變成即時速度了。教學中，鑒于學生的思維水平和心理成熟狀況有限，我們所運用的科學方法──微元法，在此可不必明確提出，但應當通過“s-t”圖線或者“實驗研究”給學生創造進行微元法學習的條件，為日后的教和學做好了應有的準備，當我們學習勻速圓周運動時，就可以利用微元法對向心加速度的具體公式進行準確推導和計算了，這時的物理科學方法教學也就成為了真正的意義教學。

（二）教師維度的兩個確保

科學方法作為一種思維領域的知識，有其教學的特殊性，為有效地實施科學方法教育，教師在提高自身品質的同時，應該最大限度地培養和發展學生的積極性。科學方法是通過人類前赴后繼、日積月累的努力所獲取的，隨著科學的不斷發展，科學方法也在不斷地得到豐富和創新。而對于學生來說，凡是通過自身的努力所取得的對科學方法的認識都應該得到鼓勵，如布魯納所說：發現不僅限于尋求人類尚未知曉的事物，確切地說，它包括用自己的頭腦親自獲得知識的一切方法。因此，為使學生在科學方法方面順利發展，教師要確保兩個條件──兩種自由。

其一是內心的自由。

表現為鼓勵學生在思想上不受權威和社會偏見的束縛，能夠自由思考。這種自由是大自然難得賦予的一種禮物，也是值得個人去追求的一個目標。在課堂教學中，教師應當讓學生在充分自由的空間中積極發現并總結獲取知識的方法。對于學生憑著自己的潛能跳躍起來能夠得著的，教師要放手讓學生嘗試，讓學生經歷知識和方法的重構過程，自由選擇自己喜愛的學習方式完成學習活動，教師不可“越俎代庖”。

其二是交換的自由。

學生在課堂內外都會有一些個人的觀點和解題方法，姑且不論其正確與否，我們都應該準許發表、交流，并且能保證他們不用顧忌發表的后果，諸如遇到譏諷、嘲笑等。我們的學校、教師和社會不但要減少負面作用，還要通過“權威”來減少學生在這方面的精神負擔，支持和鼓勵學生的獨立思考和大膽質疑。這就要求教師應該具有廣納博采的氣度，能夠正視新情況、新問題、對這些問題和解決方法進行深層次的思考，最終能發展學生創造性地解決問題、在變化了的條件下也能獨立地解決面臨的新問題的能力。

參考文獻：

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

［2］續佩軍.物理能力測量研究［M］.南寧：廣西教育出版社，1999.148.