基于潛科學(xué)視野下的物理教學(xué)思考

程建華①

(連云港外國語學(xué)校江蘇 連云港222000)

摘 要：物理教學(xué)中要“重視科學(xué)方法教育”，“要滲透物理學(xué)史教育”已基本取得共識(shí).在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步探討如何使?jié)摽茖W(xué)(展現(xiàn)形成科學(xué)結(jié)論之前的一些潛在的科學(xué)問題、思想、方法和經(jīng)驗(yàn))滲透于物理教學(xué)之中，使學(xué)生深刻地了解科學(xué)結(jié)論形成的過程，提升學(xué)生的思維能力，進(jìn)而轉(zhuǎn)變學(xué)生的物理學(xué)習(xí)方式.

關(guān)鍵詞：潛科學(xué)物理教育科學(xué)素養(yǎng)學(xué)生發(fā)展

作者簡介：程建華(1959-)，男，中教高級(jí)，連云港市首批名師，市學(xué)科帶頭人，跨世紀(jì)園丁工程國家級(jí)骨干教師，江蘇省首批中考優(yōu)秀指導(dǎo)教師，享受政府津貼.研究方向?yàn)槲锢斫逃c實(shí)驗(yàn).

收稿日期：(2015-05-23)

在當(dāng)今，中學(xué)的課堂教學(xué)改革，可以說，關(guān)注點(diǎn)基本落在了“教學(xué)”上，于是催生出了名目繁多的各種教學(xué)模式.如山東杜郎口中學(xué)自主創(chuàng)新的“三三六”自主學(xué)習(xí)模式；江蘇洋思中學(xué)的“先學(xué)后教，當(dāng)堂訓(xùn)練”教學(xué)模式；江蘇連云港的“六模塊”教學(xué)模式；河北衡水中學(xué)的“三轉(zhuǎn)五讓”教學(xué)模式；兗州一中“三步六段”教學(xué)法和“35+10”課堂循環(huán)教學(xué)模式等等.以上的種種做法，應(yīng)該說，對(duì)于課堂教學(xué)改革起到了引領(lǐng)示范作用.縱觀這些教學(xué)模式，其基本共性是：突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體，優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效益.筆者認(rèn)為，這些做法都是以知識(shí)的掌握為前提，立足于如何讓學(xué)生學(xué)得主動(dòng)、學(xué)得有效，因而課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)、活動(dòng)形式、師生主體發(fā)生了一些根本性的變化，但歸根結(jié)底這只是在“教學(xué)”層面上的進(jìn)步.就中學(xué)物理教學(xué)而言，只停留在物理“教學(xué)”上，即知識(shí)的掌握上是不夠的.在物理教學(xué)中，我們的教學(xué)思想、教學(xué)行為應(yīng)該向物理“教育”層面轉(zhuǎn)變.雖一字之差，但賦予物理教師的責(zé)任、物理教學(xué)的內(nèi)容是完全不同的.物理“教學(xué)”更多的是組織、引導(dǎo)學(xué)生積極、自覺地學(xué)習(xí)和加速掌握文化科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，而物理“教育”是物理“教學(xué)”的上位追求，它更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)的提升和綜合能力的提高.在中學(xué)物理教學(xué)中滲透潛科學(xué)教學(xué)正是物理教育的一種具體體現(xiàn).

1潛科學(xué)之釋義

潛科學(xué)，就是潛在形態(tài)的科學(xué)，它是相對(duì)于顯科學(xué)而言的.那些處在孕育狀態(tài)和不確定階段，尚未得到嚴(yán)格證實(shí)和學(xué)界公認(rèn)的科學(xué)思想，稱為潛科學(xué)，如科學(xué)問題、科學(xué)幻想、科學(xué)猜測(cè)、科學(xué)經(jīng)驗(yàn)等.潛科學(xué)就是要了解科學(xué)的起源萌發(fā)、思維方法、研究過程的歷史演變經(jīng)歷.縱觀物理思想方法的任何重大發(fā)現(xiàn)和新理論的誕生，幾乎無不經(jīng)歷從孕育到誕生的漫長時(shí)期，少則十幾年，多則幾十年，甚至一輩子或幾代人艱苦的努力.物理學(xué)的發(fā)展過程，實(shí)質(zhì)上就是揭示科學(xué)及科學(xué)家的思維活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)探究——如何從潛到顯的歷史過程.

2物理學(xué)史 科學(xué)方法與滲透潛科學(xué)思想教育的聯(lián)系與區(qū)別

物理學(xué)史是研究物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，它也是研究物理學(xué)知識(shí)、理論和方法的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律的歷史科學(xué).通過物理學(xué)史的教育，能讓學(xué)生了解物理概念和規(guī)律形成的來龍去脈，加深對(duì)概念和規(guī)律的理解，啟迪學(xué)生對(duì)新問題的思考與認(rèn)識(shí)；有助于學(xué)生了解物理學(xué)每一個(gè)成果誕生與發(fā)展的全貌，幫助學(xué)生掌握物理思想和研究方法，有利于鞏固和加深對(duì)物理知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；有助于學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提高，使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí).所以，物理學(xué)史揭示了物理學(xué)家在每一次重大探究過程中的思維活動(dòng)和科學(xué)本身.物理學(xué)史既是對(duì)物理學(xué)發(fā)展中，事件、人物、時(shí)間和成就的全面記述，也是呈現(xiàn)在科學(xué)探究過程中多樣性的科學(xué)研究方法.

在物理教學(xué)中，科學(xué)方法是我們教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，方法的傳授重于知識(shí)的教學(xué)已經(jīng)得到了物理教師的教學(xué)價(jià)值認(rèn)同.方法是認(rèn)識(shí)問題、探究問題、解決問題的一種工具；是認(rèn)清物理現(xiàn)象，深入探究物理規(guī)律的重要方式；是打開問題之門的一把鑰匙.我們每進(jìn)行一次物理概念教學(xué)，探究一種物理現(xiàn)象，物理方法都如影隨形地伴隨在我們的教學(xué)過程中，與我們的教學(xué)緊密相連.

然而，潛科學(xué)進(jìn)入物理教學(xué)，能夠使教學(xué)結(jié)合重大理論成果，追溯科學(xué)思想在科學(xué)家頭腦中的個(gè)體發(fā)育過程，揭示科學(xué)家在重大發(fā)現(xiàn)中所運(yùn)用的創(chuàng)造性研究方法和思維方法；揭示科學(xué)胚胎到它成熟演變的規(guī)律，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)孕育中的科學(xué)新思想、新觀點(diǎn)的識(shí)別能力.它能探索培養(yǎng)人才的新方法，使培養(yǎng)出來的人不僅擁有知識(shí)，更具有很強(qiáng)的多方面的能力：首先有很強(qiáng)的自學(xué)能力，不靠教師，自己有辦法不斷增加新知識(shí)；其次有提出問題、探究問題的能力與方法；再有分析問題，概括問題，在解決問題中提出新的想法、新的看法、新的理解的能力.

物理學(xué)史闡述的是宏觀的，它側(cè)重于研究物理學(xué)重大事件連續(xù)發(fā)展中的作用；而潛科學(xué)則是從微觀的動(dòng)態(tài)加以揭示，它側(cè)重于由潛到顯轉(zhuǎn)化中的作用.所以，物理學(xué)史一般不包含潛科學(xué)內(nèi)容，而潛科學(xué)則是對(duì)物理學(xué)史過程中每一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)的深入剖析.因此，在潛科學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，可以對(duì)科學(xué)家的科學(xué)思想有更深入的了解，對(duì)科學(xué)方法有更準(zhǔn)確的把握，對(duì)物理知識(shí)有更深刻的理解.所以，物理學(xué)史、科學(xué)方法和潛科學(xué)三者之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別.

3滲透潛科學(xué)思想教育的兩大因素

(1)轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念是實(shí)現(xiàn)潛科學(xué)教育的關(guān)鍵因素

作為基礎(chǔ)物理教育者，應(yīng)該明確物理教學(xué)的兩大功能：一是關(guān)注物理教學(xué)思想，激發(fā)學(xué)生熱愛物理的興趣；二是傳授物理學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、探究問題、解決問題的能力.不可否認(rèn)，在當(dāng)下，由于受到中、高考的影響，片面的追求升學(xué)率使教師忙得喘不過氣來，再加上教學(xué)評(píng)價(jià)的嚴(yán)重扭曲，使得一線教師迷失了正確的教學(xué)方向，抓學(xué)生成績，提高學(xué)生分?jǐn)?shù)也就成為教師最現(xiàn)實(shí)的教學(xué)追求.要扭轉(zhuǎn)這種局面，教師的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的出臺(tái)，鮮明地表明，中學(xué)物理教學(xué)已經(jīng)不僅僅是知識(shí)的傳授、技能的訓(xùn)練，而是對(duì)中學(xué)生創(chuàng)新精神、思想方法、動(dòng)手能力、綜合素質(zhì)提出了更高的要求.

關(guān)注學(xué)生的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的能力是教師應(yīng)有的責(zé)任.潛科學(xué)恰恰是強(qiáng)調(diào)物理思想，培養(yǎng)學(xué)生能力的有效切入口.因?yàn)椋瑵摽茖W(xué)是強(qiáng)調(diào)每一個(gè)物理概念、結(jié)論、規(guī)律的產(chǎn)生和發(fā)展過程，其間闡釋了一些物理思想、方法以及遇到的疑難和困惑，這也符合新課程中提出的，關(guān)注物理教學(xué)中過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的要求.作為一名物理教師應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)一些物理學(xué)的潛科學(xué)理論，掌握物理學(xué)的潛科學(xué)發(fā)展歷程及思想脈搏，只有這樣，才能把潛科學(xué)思想運(yùn)用自如地滲透于物理教學(xué)之中，才能啟迪學(xué)生的智慧，影響學(xué)生的思想，開啟學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的能力，讓學(xué)生真正意義上的會(huì)學(xué)物理，感受物理的真諦.唯有這樣，教師才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的穿新鞋，走新路，撥開霧霾，引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)素質(zhì)教育的新天地.

(2)改變教學(xué)方式是實(shí)現(xiàn)潛科學(xué)教育的重要因素

有什么樣的教學(xué)方式就會(huì)有什么樣的教學(xué)結(jié)果，它將可能影響著學(xué)生的未來發(fā)展.

不可否認(rèn)，現(xiàn)在有不少物理教師在教學(xué)中只注重概念和規(guī)律的敘述，只注重傳授知識(shí)，很少論及這些知識(shí)成果形成的過程、豐富的思想方法、感人的故事及其建立前的潛科學(xué)形態(tài).因而，難以有效地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、判斷能力和在創(chuàng)新研究中所需要的科學(xué)洞察力.把潛科學(xué)融入課堂教學(xué)，追溯科學(xué)思想系統(tǒng)發(fā)育的歷史，揭示科學(xué)胚胎演變的規(guī)律，對(duì)學(xué)科知識(shí)成果的演進(jìn)歷史作出必要的闡述，做到史論結(jié)合，思想和方法結(jié)合，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)孕育中的科學(xué)新思想、新觀點(diǎn)的識(shí)別能力和學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造能力，有助于開發(fā)學(xué)生的智力潛能，提高學(xué)生的思維能力.

4兩個(gè)教學(xué)案例

在現(xiàn)有的教材中不乏可以滲透潛科學(xué)教育的內(nèi)容，去啟迪學(xué)生的智慧，讓學(xué)生真正了解知識(shí)背后物理學(xué)的豐富內(nèi)涵，傳遞物理學(xué)的魅力.下面，選兩個(gè)案例，談?wù)勅绾伍_展課堂教學(xué).

4.1牛頓第一定律的建立

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，很多教師只是演示完伽利略實(shí)驗(yàn)之后，便直接給出牛頓第一定律的結(jié)論，顯得整個(gè)教學(xué)過程很干癟、簡單.

現(xiàn)用潛科學(xué)的思想方法簡要分析一下牛頓第一定律的課堂教學(xué)片斷(曾是筆者的課堂教學(xué)).本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)主要是：讓學(xué)生了解牛頓第一定律的孕育、誕生及其意義(而不是簡單地讓學(xué)生掌握牛頓第一定律).

課前筆者首先布置學(xué)生上網(wǎng)搜索有關(guān)牛頓第一定律的內(nèi)容任務(wù).課堂上以小組為單位交流和展示搜集到的內(nèi)容.

有的小組展示了牛頓的生平，講述了牛頓成長的故事，介紹了牛頓所做出的貢獻(xiàn).

有的小組學(xué)生通過查閱資料說，“2 000多年前古希臘著名學(xué)者亞里士多德提出，力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，有力就有運(yùn)動(dòng)，沒有力就沒有運(yùn)動(dòng).現(xiàn)在我們帶來了一個(gè)玩具小汽車，把它放在講臺(tái)上，我們用力推小汽車，小汽車就運(yùn)動(dòng)，不推,則小汽車就會(huì)慢慢停下來，這個(gè)現(xiàn)象和亞里士多德提出的一致啊.”

有的小組學(xué)生根據(jù)查閱的資料說，“16世紀(jì)意大利物理學(xué)家伽利略認(rèn)為，物體運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，力是改變物體速度的原因”，并且他們還展示了下面的動(dòng)畫：(以下是學(xué)生上講臺(tái)的講解)讓一個(gè)小球沿斜面由靜止?jié)L下，它將滾上另一個(gè)斜面，若無摩擦，小球?qū)L上原來的高度，如圖1所示.若減小第二個(gè)斜面的傾角，小球要達(dá)到同樣的高度要通過更長的距離，如圖2所示.根據(jù)這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，繼續(xù)減小傾角最終成為一個(gè)水平面，小球必將沿水平面以恒定的速度運(yùn)動(dòng)下去，如圖3所示.

圖1 圖2

圖3

頓時(shí)，課堂上學(xué)生活動(dòng)非常踴躍，學(xué)生對(duì)產(chǎn)生的兩種結(jié)論也爭論不休，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生了沖突.

此時(shí)，筆者適時(shí)地介入并提問，“物體運(yùn)動(dòng)到底是否需要力？”學(xué)生們立刻安靜了下來，“現(xiàn)在老師也談?wù)勛约旱南敕ê徒榻B相關(guān)內(nèi)容.”

“有的同學(xué)是憑著生活經(jīng)驗(yàn)，得出的結(jié)論是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?剛才有一個(gè)小組展示了用力推小汽車，不知大家仔細(xì)觀察了沒有，小汽車運(yùn)動(dòng)一段距離才停下，為什么小汽車不再運(yùn)動(dòng)下去，而會(huì)停止？能否得出力是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因呢？”

伽利略認(rèn)識(shí)到要想知道一個(gè)結(jié)論是不是正確，必須要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了依靠實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證觀點(diǎn)的科學(xué)研究方法.在地球上，不受力的物體是不存在的，但伽利略以獨(dú)特的思維方法，巧妙地設(shè)計(jì)了斜面小車實(shí)驗(yàn)，研究物體在某一方向不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

法國科學(xué)家笛卡兒指出：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，沒有其他物體的作用，它的運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒉粫?huì)改變.很顯然，笛卡兒彌補(bǔ)了伽利略的不足.他明確指出，除非物體受到外力的作用，否則物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)改變.

英國物理學(xué)家牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行了深入研究和用科學(xué)推理的方法概括得出：一切物體在沒有受到外力作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).這就是牛頓第一定律.顯然，牛頓的貢獻(xiàn)是他提出了保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是物體固有屬性的觀點(diǎn).由此可見，牛頓第一定律的形成，體現(xiàn)出一定的科學(xué)思想(從局部到一般)、科學(xué)方法(實(shí)驗(yàn)加邏輯推理)和科學(xué)精神(眾多科學(xué)家艱辛研究).

可見，從以上角度來理解牛頓第一定律的發(fā)展過程，才是一個(gè)比較完整的過程.它使學(xué)生更加懂得，一個(gè)物理定律從人類開始有這個(gè)潛意識(shí)，到最后形成，要經(jīng)歷一個(gè)起源萌發(fā)、孕育演變、在科學(xué)方法指導(dǎo)下的抽象思維和反復(fù)實(shí)驗(yàn)并不斷完善的漫長過程，才能最終成為公認(rèn)的科學(xué)結(jié)論.

4.2法拉第電磁感應(yīng)定律

1822年，當(dāng)法拉第從自然界各種力都是相互聯(lián)系的觀念出發(fā)，在筆記本上寫下了“把磁轉(zhuǎn)化為電”的探索目標(biāo)時(shí)，也只能算是一個(gè)有價(jià)值的猜測(cè).1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，有許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電，磁能否對(duì)電作用的問題.1831年，法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個(gè)線圈，其一為閉合回路，在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關(guān)，形成有電源的閉合回路.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，閉合開關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn)；切斷開關(guān)，磁針反向偏轉(zhuǎn)，這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流.法拉第立即意識(shí)到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng).緊接著他做了大量的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過了10年的艱苦探索才將這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)，才使得這個(gè)直覺的潛思想轉(zhuǎn)化為顯科學(xué)的規(guī)律.

此類事例很多，不再贅述.在今后的物理教學(xué)中，只要教師能以物理教育的視覺，而不再是只盯在知識(shí)的教學(xué)上，開展物理教學(xué)，學(xué)生才能真正理解物理、會(huì)學(xué)物理，學(xué)生的綜合能力才能得到提高，從而培養(yǎng)出有創(chuàng)新精神，有獨(dú)特思維的人.

所以，物理教學(xué)不僅僅是讓學(xué)生掌握知識(shí)的結(jié)論(或者幾個(gè)公式)，更重要的是讓學(xué)生知道每一個(gè)結(jié)論是怎樣由“潛”到“顯”的演化，讓學(xué)生感知在“潛變”過程中失敗的艱辛、成果的喜悅和論爭中科學(xué)思維的火花閃現(xiàn).這就要求教師要有開闊的視野，褪去過于追求功利的教學(xué)色彩，使教學(xué)方式向物理教育方向轉(zhuǎn)化.

5結(jié)語

目前，基礎(chǔ)物理教學(xué)中，現(xiàn)實(shí)講，物理教師在教學(xué)中，很少論及理論形成的過程及其建立前的潛科學(xué)形態(tài)，因而難以有效培養(yǎng)學(xué)生在探究活動(dòng)中的科學(xué)洞察力和識(shí)別力.為彌補(bǔ)現(xiàn)有教學(xué)的這種缺陷，在物理教學(xué)中結(jié)合知識(shí)內(nèi)容滲透潛科學(xué)思想，對(duì)涉及到的物理理論進(jìn)行潛科學(xué)分析， 可以使學(xué)生知曉孕育時(shí)期的一些物理概念、規(guī)律或結(jié)論，了解重要的規(guī)律(結(jié)論)、重要實(shí)驗(yàn)等問題中孕育的科學(xué)思想和科學(xué)方法以及科學(xué)家的探索創(chuàng)造性思維、邏輯思辨能力以及科學(xué)的成敗觀和人生觀；開闊學(xué)生對(duì)問題認(rèn)識(shí)的全面性，拓寬學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)視野，養(yǎng)成對(duì)問題的潛意識(shí)能力，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)中的提問、猜想、探究等能力.

因此，潛科學(xué)作為認(rèn)識(shí)和研究科學(xué)的一種新的綜合性的思想方法，在培養(yǎng)人才的科學(xué)素養(yǎng)和能力等方面，愈來愈發(fā)揮著重要的作用，顯示出卓越的科學(xué)教育功能.同樣，從潛科學(xué)的功能與物理教育的培養(yǎng)目標(biāo)上看，兩者也有著密不可分的關(guān)系，有著共同的培養(yǎng)目標(biāo)——全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì).

參 考 文 獻(xiàn)

1羅紹凱,王明泉,等著．物理學(xué)的潛科學(xué)分析．北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999.2，63，77