邢紅軍

☆專欄：物理科學(xué)方法教育☆

物理科學(xué)方法顯化教育的理論與實(shí)踐研究

邢紅軍

編者按：

首都師范大學(xué)課程與教學(xué)論博士生導(dǎo)師邢紅軍教授領(lǐng)導(dǎo)的物理教育研究團(tuán)隊(duì)，近年來(lái)在北京市“十一五”規(guī)劃教育科學(xué)課題的資助下，致力于物理科學(xué)方法教育的顯化研究，在科學(xué)方法教育的基本理論、科學(xué)方法教育的分類理論、科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化等方面取得了重要的進(jìn)展，促進(jìn)了科學(xué)方法教育研究的發(fā)展，本期發(fā)表他們的系列研究成果，以饗讀者。

我國(guó)物理科學(xué)方法教育研究已經(jīng)開展多年，時(shí)至今日，仍然有一些理論和實(shí)踐問(wèn)題沒(méi)有得到很好解決。如，科學(xué)方法教育的地位、科學(xué)方法的分類、科學(xué)方法的教育內(nèi)容。圍繞這些重要的理論問(wèn)題，首都師范大學(xué)物理教育研究團(tuán)隊(duì)開展了卓有成效的研究，取得了顯著進(jìn)展。

一、物理科學(xué)方法教育的理論進(jìn)展

科學(xué)方法教育的地位問(wèn)題，即科學(xué)方法教育與知識(shí)教育的關(guān)系問(wèn)題，歷來(lái)是一個(gè)爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)教育界一直對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入探討并逐漸形成了知識(shí)中心教育觀。美國(guó)的霍爾頓提出了物理學(xué)三維結(jié)構(gòu)模型，前蘇聯(lián)的費(fèi)多琴柯提出了經(jīng)典力學(xué)結(jié)構(gòu)平面圖?；魻栴D認(rèn)為物理學(xué)的任何一部分內(nèi)容的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展都可以分解為3種因素或3個(gè)坐標(biāo)：x—實(shí)驗(yàn)(事實(shí))，y—物理思想(邏輯、方法論等)，z—數(shù)學(xué)(表述形式或計(jì)量公式)。這一普適性的物理學(xué)科結(jié)構(gòu)模式也為物理學(xué)各分支學(xué)科、各單元課題的結(jié)構(gòu)及其教學(xué)規(guī)律指出了道路。費(fèi)多琴柯的學(xué)科結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步把三維結(jié)構(gòu)投影到平面上，形成上(實(shí)驗(yàn))、中(核心理論)左(科學(xué)方法論)、右(數(shù)學(xué))、下(延伸與應(yīng)用)5個(gè)區(qū)域，從而全面地反映了物理學(xué)科上述5個(gè)特點(diǎn)和物理學(xué)知識(shí)的3個(gè)主要成分及其相互關(guān)系，特別是反映了知識(shí)和方法的關(guān)系(如圖1所示)。

當(dāng)然，這一立體結(jié)構(gòu)模型及其投影還有待進(jìn)一步探索。但這樣的結(jié)構(gòu)啟發(fā)我們進(jìn)一步具體探索知識(shí)—方法—能力的相互關(guān)系。從這種基本思想出發(fā)，我們提出了科學(xué)方法中心的物理學(xué)知識(shí)—方法結(jié)構(gòu)圖(如圖2所示)。

圖2 知識(shí)—方法結(jié)構(gòu)圖

圖2表明，知識(shí)—方法結(jié)構(gòu)圖主要包括5個(gè)部分：科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、數(shù)學(xué)以及延伸與應(yīng)用?？茖W(xué)方法處于結(jié)構(gòu)圖的中心，分別與其他4個(gè)部分相聯(lián)系。圖中的箭頭表示了不同部分之間的相互關(guān)系，不同部分之間也會(huì)發(fā)生聯(lián)系，但這種聯(lián)系須經(jīng)由科學(xué)方法才能實(shí)現(xiàn)，科學(xué)方法起到橋梁和紐帶的作用。科學(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)論認(rèn)為，現(xiàn)象是科學(xué)的根源，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，科學(xué)現(xiàn)象與科學(xué)理論并不存在直接關(guān)系，科學(xué)現(xiàn)象要借助于科學(xué)方法的參與才能進(jìn)一步形成科學(xué)理論。同樣，科學(xué)理論的應(yīng)用也不是直接完成的，它需要科學(xué)方法的介入才能成功解決問(wèn)題，科學(xué)教育同樣也是如此。我們認(rèn)為這樣的結(jié)構(gòu)圖才能準(zhǔn)確地反映出科學(xué)知識(shí)與科學(xué)方法的關(guān)系。

二、物理科學(xué)方法教育的內(nèi)容進(jìn)展

科學(xué)方法的分類問(wèn)題，同樣是困擾物理教育工作者的問(wèn)題。不解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)方法教育內(nèi)容問(wèn)題就很難得到恰當(dāng)?shù)慕鉀Q。我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的理論思考，逐漸形成自己的觀點(diǎn)。

在“智力—技能—認(rèn)知結(jié)構(gòu)”能力理論中，我們從能力因素的來(lái)源出發(fā)，區(qū)分“硬能力”與“軟能力”。我們認(rèn)為，由于智力和技能均是人的大腦的功能，因此，定義其為“硬能力”。而人們通過(guò)后天學(xué)習(xí)在大腦中擁有的知識(shí)、科學(xué)方法所形成廣義知識(shí)結(jié)構(gòu)——即認(rèn)知結(jié)構(gòu)，其功能就相當(dāng)于人的能力的“軟件”，因此，定義其為“軟能力”。

在能力結(jié)構(gòu)中區(qū)分“硬能力”與“軟能力”有著重要的意義。因?yàn)楦鶕?jù)這種區(qū)分，我們不僅清楚了能力因素中的智力、技能、知識(shí)和科學(xué)方法的不同屬性，更為重要的是，我們進(jìn)一步明確了在能力因素中，智力的提高和技能的形成主要是靠訓(xùn)練而達(dá)成的，而能力因素中的知識(shí)和科學(xué)方法則可以通過(guò)傳授、探究或發(fā)現(xiàn)使學(xué)生掌握。

從這種基本思想出發(fā)，我們把科學(xué)方法分為了思維方法和學(xué)科方法。前者是主觀的，是大腦的功能，需要訓(xùn)練才能使學(xué)生形成與掌握，后者是客觀的，不是大腦的功能，需要傳授才能使學(xué)生習(xí)得與掌握。這樣一種分類方式，不僅來(lái)源清晰，而且與教育方式在邏輯上是自洽的。它有效地避免了將思維方法與學(xué)科方法混為一體的分類方式，使科學(xué)方法教育內(nèi)容的研究豁然開朗。進(jìn)一步，我們把學(xué)科方法分為獲得知識(shí)的方法和應(yīng)用知識(shí)的方法，這就使得科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化順理成章。

按照對(duì)應(yīng)原則，我們分別顯化了獲得物理知識(shí)的物理方法和應(yīng)用物理知識(shí)的物理方法，見表1和表2：

表1 獲得物理知識(shí)的物理方法

表2 應(yīng)用物理知識(shí)的物理方法

這樣，就初步顯化了物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育內(nèi)容。

三、物理科學(xué)方法教育的實(shí)踐進(jìn)展

在物理科學(xué)方法教育顯化研究中，我們認(rèn)為，科學(xué)方法與知識(shí)不同，它所涉及的不是物質(zhì)世界本身，而是人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的途徑與方式，是高度抽象的。如果只從隱性教育角度進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生也可能從中學(xué)到一些科學(xué)方法，但只能是零星的、不連貫的，收效甚微。但若脫離具體物理知識(shí)去傳授科學(xué)方法，則更不可取。這樣，就形成了一種科學(xué)方法教育途徑的兩難處境。因此，我們嘗試尋找一種恰當(dāng)?shù)慕逃绞?，在顯化科學(xué)方法的同時(shí)，進(jìn)行科學(xué)方法教育途徑的創(chuàng)新，使學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的了解切中要害。我們認(rèn)為，這就是結(jié)合科學(xué)方法的物理概念與規(guī)律教學(xué)。

概念與規(guī)律既是物理教學(xué)的核心，又是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。從核心著手貼近教學(xué)本質(zhì)，從起點(diǎn)出發(fā)符合認(rèn)知順序。事實(shí)上，物理知識(shí)與科學(xué)方法本來(lái)就是一種水乳交融的關(guān)系，每一個(gè)概念與規(guī)律的得出，都自始至終貫穿著科學(xué)方法。如果把物理學(xué)喻為珍珠項(xiàng)鏈，那么物理知識(shí)是珍珠，而科學(xué)方法就是串起珍珠的那根“線”。因此，我們認(rèn)為：只有通過(guò)結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)，只有使學(xué)生在每一個(gè)物理概念、規(guī)律得出過(guò)程中真切體會(huì)科學(xué)方法的作用，學(xué)生頭腦中的科學(xué)方法才能顯示出其內(nèi)涵、色彩和格調(diào)，才能顯示出其內(nèi)在的理由、作用和功能，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的科學(xué)方法才能真正活起來(lái)。正是在這個(gè)意義上，我們認(rèn)為結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)，是科學(xué)方法顯化教育途徑的創(chuàng)新。

基于此，我們?cè)谖锢砀拍睢⒁?guī)律教學(xué)中進(jìn)行了結(jié)合科學(xué)方法的顯性教育。

1.被試選擇

在同一所中學(xué)選擇2個(gè)平行班級(jí)，2個(gè)班級(jí)的物理任課教師相同。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用固定組比較設(shè)計(jì)：利用研究之前已經(jīng)形成的兩個(gè)原有整組，僅對(duì)其中一組給予實(shí)驗(yàn)處理，然后對(duì)兩組進(jìn)行后測(cè)比較的一種研究設(shè)計(jì)。其基本設(shè)計(jì)模式如圖3所示：

圖3 固定組比較設(shè)計(jì)模式圖

由圖3可以看出，本研究的2個(gè)組分別為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，且為兩個(gè)隨機(jī)(以“R”表示)等組。實(shí)驗(yàn)組接受實(shí)驗(yàn)處理(以“X”表示)，而對(duì)照組不給予任何實(shí)驗(yàn)處理(以“---”表示)。實(shí)驗(yàn)后，對(duì)2組同時(shí)進(jìn)行同樣的后測(cè)驗(yàn)，并分別獲得測(cè)驗(yàn)結(jié)果O1和O2，通過(guò)比較O1和O2可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

本研究在實(shí)驗(yàn)班中采取科學(xué)方法顯性教育方式，對(duì)照班未施加任何干預(yù)，經(jīng)過(guò)一段教學(xué)之后，用同一試卷進(jìn)行測(cè)試，對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

表3 實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班數(shù)據(jù)差異分析

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)的科學(xué)方法顯化教育途徑是可行的。

[1] 閻金鐸，田世昆.初中物理教學(xué)通論[M].北京：高等教育出版社，1989

[2] 邢紅軍，陳清梅.論物理能力的基本理論研究[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版)，2006，4：27～32

[3] 肖驍.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2010

[4] 趙維和.高中物理知識(shí)應(yīng)用中的科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2011

[5] 陳清梅，邢紅軍，李正福.論物理課程改革背景下的科學(xué)方法教育[J].課程?教材?教法，2009，8：52～56

[6] 劉兆坤.高中物理知識(shí)應(yīng)用中的科學(xué)方法顯化研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2011

[7] 高飛，邢紅軍.以科學(xué)方法引領(lǐng)初中重點(diǎn)物理知識(shí)的教學(xué)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011，4：88

[8] 陳清梅，邢紅軍，李正福.論物理課程改革背景下的科學(xué)方法教育[J].課程?教材?教法2009，8

[9] 邢紅軍，陳清梅.論“智力—技能—認(rèn)知結(jié)構(gòu)”能力理論[J].北京：首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005-9-20

邢紅軍，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

首都師范大學(xué)物理系。

本文系北京市“十一五”規(guī)劃教育科學(xué)重點(diǎn)課題“高中物理科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化的理論與實(shí)踐研究”成果(編號(hào)：ABA08010)。