馮 杰

(上海師范大學數理學院,上海 200234)

我國高中課程體系的改革實現了從03版《普通高中物理課程標準(實驗稿)》的“三維目標”到17版《普通高中物理課程標準(修改稿)》的“核心素養(yǎng)”的跨越,物理核心素養(yǎng)是對物理課程基礎教育目標的一種升華．然而,基于物理核心素養(yǎng)教學目標指導下的物理學科教學的難度似乎是一個沒有解決的實際問題．物理新課程的改革不僅沒有帶來基礎教育物理學科教學歡欣鼓舞的喜悅,反而導致物理教學的難度成為目前社會性的焦慮癥．[1，2]

形成和掌握概念與發(fā)現和建立規(guī)律是中學物理教學的中心任務．然而,一直以來我們的中學物理教育者,沒有很好地分析物理概念與物理規(guī)律的知識點特征及其差異性;沒有很好地區(qū)分物理概念教學過程與物理規(guī)律教學過程的特質;沒有很好地分清物理概念教學模式與物理規(guī)律模式的巨大差別．一方面,由認知過程的同一性掩蓋了物理概念教學設計與物理規(guī)律教學設計的差異性,另一方面也同時迫切要求我們物理教育者的物理學科理論素養(yǎng)亟待提高．嘗試找到恰當的切入點方有可能發(fā)現解決物理學科教與學難度的突破口．[3]

1 物理概念及其思維特征

概念是反映客觀事物本質屬性的思維形式．概念的內涵是對同一類事物本質屬性的反映,概念的外延是具有概念所反映的本質屬性的那些事物．概念的內涵和外延成反變關系．

物理概念是某類物理現象和物理過程的共同性質和本質特性在人們頭腦中的反映,是對物理現象、物理過程抽象化和概括化的思維形式．物理概念是自然科學概念體系的一個子范疇．所以,物理概念既有一般自然科學概念的共性,又有其自身的個性,根據物理學本身的特點,物理概念有如下的一些特性．[4]

(1) 抽象性.

物理概念是從同一類物理現象中概括和抽象出來的,反映了物理研究對象的本質屬性和內在聯(lián)系,而這種本質屬性和內在聯(lián)系是物體固有的客觀存在．物理概念產生的源泉是對物理現象和科學實驗的觀察、總結、概括和抽象．比如,質點,理想氣體,平行光,等等．

(2) 確定性.

物理概念是在大量的物理事實(包括物理實驗)的基礎上建立起來的,是對物理事實一種近似,然而又是突出其本質的反映,其具有普遍意義的客觀確定性．比如,加速度,溫度,電場強度,等等．

(3) 主觀性.

物理概念來源于實踐,但卻高于實踐．愛因斯坦認為:“我們的一切思想和概念都是由感覺經驗引起的,它們只有在涉及這些感覺經驗時才有意義．但在另一面,它們又都是我們頭腦中的自發(fā)活動的產物．所以它們絕不是這些感覺經驗內容的邏輯推論．因此如果我們要掌握抽象觀念復合的本質,我們就必須一方面研究這些概念同那些對它們所作的論斷之間的相互關系,另一方面,我們還必須研究它們同經驗是怎樣聯(lián)系起來的．”也就是說,物理概念的形成與人的感性經驗內容有關,但是物理概念又不能從感性經驗邏輯地推導出來,說明物理概念與具體的客體和過程有密切聯(lián)系,但又超越了具體的客體和過程,所以,物理概念具有主觀性．比如,能量、場,等等．

(4) 階段性.

根據中學生的思維特點和學習能力,一個完整物理概念的形成需要一個發(fā)展過程．不同的階段,有不同的教學要求,這是物理概念教學階段性的含義．

例如,機械功概念,初中階段提出:力與物體在力的方向上通過的距離的乘積．做功的兩個必要因素是作用在物體上的力,物體在力的方向上通過的一段距離,給出的是定量的公式:W=Fs,這是與初中階段相適應的教學要求．到高中階段,因為力和位移都是矢量,給出的是矢量公式:W=F·s=Fscosθ,并且還從功能原理層面上理解:功實質上是能量變化的量度,表現出了“機械功”物理概念教學的階段性．

2 物理規(guī)律及其思維特征

規(guī)律就是自然界和社會諸現象之間必然、本質、穩(wěn)定和反復出現的關系．物理規(guī)律是物理現象或物理過程在一定的條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質聯(lián)系的反映．物理規(guī)律反映相關物理概念之間的必然聯(lián)系,包括定律、定理、原理和定則等．

物理規(guī)律與物理概念的區(qū)別在于前者是客觀規(guī)律,后者是思維形式;前者是有條件的,后者是無條件的．相對于物理概念,物理規(guī)律有如下特性．

(1) 以概念為基礎單元,以理想過程為中介.

物理規(guī)律的建立必須以概念為基礎單元,理想過程作為中介．理想過程是一種高度概括,是一種多維的思維的形式,必須在大量感性材料認識的基礎上,經過分析、綜合、比較、概括和抽象等思維環(huán)節(jié),構成相關物理概念之間因果的邏輯和必然的關系,這就是發(fā)現或建立物理規(guī)律最基本的思維過程．這也是學生學習物理的困難所在之一．比如,我們研究牛頓第二定律時,首先必須借助于“質點”概念,然后要對“質點”的運動過程進行理想化處理(忽略摩擦力或摩擦力很小),通過測量,建立“質點”所受合外力與其運動狀態(tài)變化之間的關系……．

在中學物理教學中,通常有運用兩種實際的物理過程可以純化為理想過程．其一是研究對象的范圍和條件很接近理想狀態(tài)．比如,從真實氣體到理想氣體的氣態(tài)方程,只要滿足“壓強不太大、溫度不太低”的條件——真實氣體的實際過程就與理想氣體的理想過程一致;其二是研究對象與理想狀態(tài)有明顯的差距．比如,實際的熱機與理想的熱機都存在著巨大差別,實際過程的每一個環(huán)節(jié)都必須可以理想化,否則,研究難以進行下去．

(2) 物理規(guī)律的思維形式具有多級性.

自然規(guī)律是相互聯(lián)系的,一個物理規(guī)律牽涉到許多物理過程和環(huán)節(jié)．物理規(guī)律建立所經歷的思維過程,往往需要分作多個過程或多個階段．須經歷分析、綜合的多次轉換,往復循環(huán),逐級上升,即物理思維的多級性．比如,庫侖定律反映了靜止電荷的之間的相互作用力,該力是由靜電場傳遞的,靜電場是由靜止電荷產生的,而電荷的靜止與否是與參照系的選擇相聯(lián)系的;電荷有正電荷與負電荷,正負電荷之間有相應的吸引力或排斥力,……．

(3) 理想實驗具有不可替代的功用.

物理學發(fā)展過程中,理想實驗在發(fā)現新規(guī)律、反駁謬論和建立新理論等方面具有不可替代的功用．從思維的角度,“理想實驗”不是真實的實驗,也稱為“假想實驗”、“思想實驗”或“思維實驗”,它是人們在頭腦中按實驗特點塑造的理想過程,是一種邏輯推理的思維過程．這種理想化思維方式,是進行理論研究和物理規(guī)律教學必不可少的一種手段．比如,牛頓第一定律,熱力學第三定律,概率波干涉現象客觀解釋,等等．

3 物理概念教學過程與物理規(guī)律教學過程的同一性

從認知的角度,無論是概念的形成還是規(guī)律的發(fā)現,都需要思維的加工．在教與學的起始階段,都必須創(chuàng)設好便于發(fā)現問題的物理情境;在教學過程中,都必須引導學生通過實踐體驗,獲得進行思維加工必要材料,已達到形成和掌握物理概念或獲得探索發(fā)現和建立物理規(guī)律所必要的感性知識;這就是物理概念教學過程與物理規(guī)律教學過程的同一性．

3.1 物理概念教學的一般過程

在物理概念教學中,我們應當摒棄用“二八錯位”(教師講“二”,學生練“八”),貫徹新課程標準關于全面提高學生科學素養(yǎng)的理念,順應學生學習心理特點．物理概念的教學一般過程具有如下的4個環(huán)節(jié)．

(1) 物理概念的引入.

物理概念的引入過程是建立和掌握概念的前提．物理概念是在物理表象的基礎上經過思維活動抽象概括而成的,從而反映物理事實的本質屬性．本著“以人為本”的素質教育觀,教師應重視學生的內心體驗與主動參與．通過創(chuàng)設與教材內容相關的物理情境,把學生導入活動情境,引導他們在情境中捕捉信息、產生疑問．

(2) 物理概念的建立.

從認知活動的角度來看,物理概念的建立主要依賴于概念的引入過程是否符合學生的認知規(guī)律,教師提供的典型物理事例是否能夠啟迪學生的物理觀念,教師是否有效地運用邏輯的方法(分析、概括、抽象等)幫助學生積極地思維和主動地構建物理新概念．

(3) 物理概念的應用.

應用有助于學生深化理解和鞏固,以達到掌握物理概念的目的．當學生初步形成一個物理概念之后,就應該讓學生學會應用這個概念．教師應當從多角度提供概念的變式,讓學生判斷或創(chuàng)設問題情境;建設還要設計階梯式問題,引導學生由淺人深地逐步深化提高．

(4) 物理概念教學的階段性.

人們對任何事物的認識都有一個過程,都是有階段性的．在物理概念教學過程中,教師必須準確把握課程目標(不僅僅是教學目標),根據學生的年齡特征、理解能力和實際情況,實施物理概念的階段性．

3.2 物理規(guī)律教學的一般過程.

物理規(guī)律具有兩個特殊性,一是物理規(guī)律的建立是有條件的,物理規(guī)律的外延是受限制的;二是物理規(guī)律是表現物理概念之間因果關系的,即在規(guī)律所指明的具體條件下,能夠產生規(guī)律所揭示的必然結論．

中學物理的規(guī)律教學,重點在于引導學生關注物理規(guī)律發(fā)現和建立的過程,同時使學生感受到每一個物理規(guī)律的發(fā)現對物理學和科學發(fā)展的貢獻．物理規(guī)律教學的一般過程包括提出問題、探索規(guī)律、討論規(guī)律和運用規(guī)律4個階段．

(1) 創(chuàng)設情境,形成問題——現實到物理.

在教學開始階段,在明確相關物理概念的同時,要創(chuàng)設好學生便于發(fā)現問題的物理情境,使學生通過體驗獲得探索物理規(guī)律所必要的感性知識,實現從現實到物理的問題意識．具體途徑有:運用小實驗;利用學生積累的生活經驗;抓新舊知識的邏輯展開;生動有趣的物理學史實或故事;多媒體把學生不易觀察的形象展示出來等．

(2) 探究物理規(guī)律——物理到模型.

從物理教學的角度,可以把物理規(guī)律分為三種類型:即實驗規(guī)律、理想規(guī)律和理論規(guī)律．然后根據其類型,選擇恰當的方法展開探索．所以,探索階段要從兩個方面入手．一是設計定性方案(理論或實驗)是規(guī)律教學的核心環(huán)節(jié)．二是進行定量探究(理論或實驗),完成從物理到模型轉換．

(3) 建立物理規(guī)律——模型到物理.

這一環(huán)節(jié)的關鍵是讓學生領會定量探究(理論或實驗)的作用、建立規(guī)律的思路和過程．因此,一方面,教師創(chuàng)設的物理情境既要能提供探索物理規(guī)律的感性材料,又要有助于激發(fā)學生的學習興趣和求知欲．另一方面,提供的基礎材料的完備性能夠為學生進行一系列的思維加工從而能夠建立物理規(guī)律．完成從模型到數學的定量表征,從而建立規(guī)律．

(4) 討論物理規(guī)律——關注學法.

對物理規(guī)律的討論,一般從以下4方面進行工作．

其一,準確理解規(guī)律表述式中的關鍵詞是學生正確理解規(guī)律和運用規(guī)律的關鍵,因為這些關鍵詞是相關物理概念的再現．

其二,物理規(guī)律的物理意義．明確公式的物理意義是應用公式的基礎．

其三,公式中各物理量的單位．不同的單位對應不同的數量．要在教學中強調其重要性,讓學生養(yǎng)成將物理量中數量與單位作為一個整體來處理的習慣．

其四,要使學生明確物理規(guī)律的三種表達方式．即文字表達、公式表達和圖像表達．特別是圖像表達,其包括物體運動軌跡曲線和物理規(guī)律函數圖像,兩者有本質差別,也是物理規(guī)律教學的傳統(tǒng)難點．

(5) 運用和掌握物理規(guī)律——反思教法.

物理規(guī)律往往都是在一定的條件下建立或推導出來的,只能在一定的范圍內使用,超越這個范圍,物理規(guī)律則不成立,有時甚至會得出錯誤結論．這一點往往容易被學生忽視,學生一遇到具體問題,就亂套用物理規(guī)律,或者盲目外推,得出錯誤結論．

對于運用和掌握規(guī)律的過程,必須圍繞五個方面展開,這就是要有明確的目的性和針對性,而且要有典型的代表性、啟發(fā)性和靈活性．

(6) 物理規(guī)律教學具有階段性.

與概念教學認知目標的階段性不同,物理規(guī)律教學過程的階段性,即一般是指對該規(guī)律認知過程的階段性．所以,切不可隨意對知識加深和擴展．根據物理規(guī)律的類型,其階段性體現在:

其一,實驗規(guī)律都是經過多次觀察和實驗,進行歸納推理得到的．

其二,理想規(guī)律都是由大量的物理事實,經過合理推理而發(fā)現的．

其三,理論規(guī)律是由已知規(guī)律經過理論推導而得到的新規(guī)律．

4 物理概念教學模式與物理規(guī)律教學模式的差異性

物理概念本身具有抽象性、確定性、主觀性和無條件性的特點,而物理規(guī)律具有客觀性、理想化和條件性的特點,由于思維學生因素和學習階段性的制約,物理概念和規(guī)律教學的模式具有較大的差異,在遵循教育心理學原理的同時,必須凸顯兩者教學模式的差異性．

4.1 什么是教學模式

“模式”一詞是英文model．其含義為“模型”、“范式”和“典型”等．一般指被研究對象在理論上的邏輯框架,是經驗與理論之間的一種可操作性的知識系統(tǒng),是再現現實的一種理論性的簡化結構．

美國的喬伊斯和韋爾在《教學模式》一書中認為:“教學模式是構成課程和作業(yè)、選擇教材、提示教師活動的一種范式或計劃．”傳統(tǒng)的教學模式可以定義為是在一定教學思想或教學理論知道下建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結構框架和活動程序．作為框架和程序,突出了教學模式從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內部的關系和功能;作為活動程序則突出了教學模式的有序性和可操作性．教育學或教學論原理中的“教學模式”往往忽視了學科特點和知識點特點．

4.2 教學模式的結構與程序

一般的教學模式通常包括五個因素,這五個因素之間有規(guī)律的相互的有機的聯(lián)系著就形成了教學模式的結構．

(1) 理論依據.

不同的教育觀往往提出不同的教學模式．比如,認知心理學提出概念獲得建構主義模式,人本主義心理學提出有利于體現學生的主體地位和教師主導作用的雙主教學模式等．中學物理概念或規(guī)律的教學模式的構建,既用到相關的教育心理學理論又必須要適合物理學科特點．

(2) 教學目標.

任何教學模式都指向和完成一定的教學目標．教學目標決定著教學模式的操作程序和師生在教學活動中的組合關系,也是教學評價的標準和尺度．中學物理概念或規(guī)律的教學目標由物理課程標準確定．

(3) 操作程序.

每一種教學模式都有其特定的邏輯步驟和操作程序,它規(guī)定了在教學活動中師生先做什么、后做什么,各步驟應當完成的任務．中學物理概念或規(guī)律的教學模式的操作程序有較大的差異．

(4) 實現條件.

教學模式發(fā)揮效力的各種條件因素,如教師、學生、教學內容、教學手段、教學環(huán)境、教學時間等等．中學物理概念或規(guī)律教學模式應當與現代教育技術即現代多媒體和計算機網絡技術緊密聯(lián)系．同時必須清醒地認識到,當前我們的物理教育者的物理學科理論素養(yǎng)亟待提高!

4.3 新課程理念下物理概念教學模式的構建

不同特征的物理概念,形成或掌握該物理概念需要提供“情景材料”不同、教學程序不同、認知難易度不同,其教學模式有比較大的差別,以下分別討論．

4.3.1 歸納、概括、抽象教學模式

歸納、概括、抽象模式是在許多個別事例中歸納、概括、抽象出一般性概念的教學模式．這種模式有兩種結構,一種是理想化方法．另一種是實驗舉例法．

(1) 結構1——理想模型方法.

理想模型方法適用于模型類物理概念．理想模型方法是忽略原型的次要因素,集中突出主導因素,摒棄次要矛盾,突出主要矛盾．在物理概念教學中最簡單的理想化方法是理想模型——忽略原型的非本質因素,集中突出原型本質因素．比如,力學中的質點、位移、速度、光滑面、彈簧振子;熱學中的熱、理想氣體、孤立系統(tǒng);電磁學中的點電荷、勻強電場、勻強磁場、純電阻、純電感、純電容、無限長螺線管、理想變壓器;光學中的點光源、光線與光的直線傳播、薄透鏡;近代物理中的絕對黑體等．

物理概念教學的理想模型方法模型流程如圖1所示．

圖1 理想模型流程圖

(2) 結構2——實驗舉例方法.

實驗舉例方法適用于事例類物理概念．實驗舉例方法先通過枚舉多個感性物理實例(材料)的分析,進行概括抽象得到其本質屬性,然后給出文字表達以及(物理量)定義式,說明物理意義(質和量)和適用范圍,最后與相關物理概念對比分析,明確它們之間的區(qū)別和聯(lián)系．該模式的過程環(huán)節(jié)可以簡化為:感性材料(舉事例:3個典型物理事例)→科學抽象→本質屬性→下定義(文字表達)→(物理量)定義式→物理意義(質和量,單位,測量方法)→ 適用范圍→ 對比(有關概念的區(qū)別和聯(lián)系)等．

實驗舉例法流程如圖2所示．

圖2 實驗舉例法流程圖

4.3.2 演繹的教學模式

演繹是依據某類事物都具有的一般屬性、關系來推斷該類事物中個別事物所具有的屬性、關系的推理方法．

演繹的教學模式適用于狀態(tài)量演繹到過程量、或過程量演繹到狀態(tài)量的物理概念．物理概念教學演繹模式的結構:依據新知識→舊知識→邏輯關系,采用數學的方法從舊知識中得到新知識．演繹法模型流程如圖3所示．

圖3 演繹法模型圖

4.3.3 科學探究的教學模式

實驗舉例方法適用于具有確定量化定義的物理概念．實驗探究的目的在于讓學生通過親生體驗,更好的理解知識,并培養(yǎng)學生分析實驗數據,透過表象找到本質的能力．其教學模式根據物理概念的特征,17版修改稿的課程標準提出了不同于03版實驗稿七要素的四要素科學探究模式．前者適用于實驗情境探究物理概念,后者適用于理論邏輯(推理)探究物理概念．

兩種科學探究的教學模式流程可以統(tǒng)一如圖4所示．

圖4 實驗探究教學模式流程圖

4.3.4 類比的教學模式

在物理教學中,常常用已知的物理現象和過程(包括物理學以外的現象和過程)與未知的物理現象和過程相比較,找出它們的共同點、相似點或相聯(lián)系的地方．以此為根據推測未知的物理現象和過程也可能具有已知的現象和過程的某些特性和規(guī)律．

物理概念教學類比模式的結構如圖5所示．

圖5 類比方法的模式

4.3.5 定量物理概念的比值定義法的教學模式

物理學的發(fā)展離不開數學,數學是研究和解決物理問題的工具．定量物理概念(物理量)是用數學方法來定義的．所謂比值定義法,就是在定義一個物理量的時候采取比值的形式．比值法定義的物理概念在物理學中占有相當大的比例．比如速度、密度、壓強、電場強度、磁感應強度、電容等等．

(1) “比值法”的特點.

比值法適用于物質屬性或特征、物體運動特征的定義．可以分為兩類．

一類是用比值法定義物質或物體屬性特征的物理量,如:電場強度E、磁感應強度B、電容C、電阻R等．它們的共同特征是;屬性由本身所決定．定義時,需要選擇一個能反映某種性質的檢驗實體來研究．比如:定義電場強度E,需要選擇檢驗電荷q,觀測其檢驗電荷在場中的電場力F,采用比值F/q就可以進行定義．

另一類是對一些描述物體運動狀態(tài)特征的物理量的定義,如速度v、加速度a、角速度ω等．這些物理量是通過另外的實驗引入的,比如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動．這些物理量定義的共同特征是:相等時間內,某物理量的變化量相等,用變化量與所用的時間之比就可以表示變化快慢的特征．

物理概念比值定義法的模式結構如圖6所示．

圖6 物理概念比值法模式的流程圖

4.4 新課程理念下物理規(guī)律教學模式的構建

從方法論的角度,由實驗直接歸納建立的物理規(guī)律稱為定律,如牛頓運動定律、動量守恒定律等等;由定律出發(fā),用演繹推理(含數學推演)導出的物理規(guī)律稱為物理定理或原理．如動量定理、理想氣體狀態(tài)方程、質能方程、功能原理等．定律、定理和原理用單純的數學表達稱為方程．

物理規(guī)律只能發(fā)現,不能創(chuàng)造．物理學的發(fā)展史表明,發(fā)現物理規(guī)律主要有三條途經:實驗探究、理論演繹和理論假說．對應于中學物理的3種教學模式分別是:實驗探究模式法、理論演繹模式和理論假說模式．

(1) 實驗探究模式.

包括科學探究模式、實驗驗證模式和實驗歸納模式．

其一,科學探究模式——控制變量法．科學探究模式被物理新課程改革冠名為科學探究法,實施探究途徑采用控制變量法,適用于3個變量以上物理規(guī)律的教學．其教學模式一般必須按照03版實驗稿物理新課程標準七要素與程序進行:提出問題→猜想與假設→制定計劃與設計實驗→進行實驗與收集證據→分析論證→評估→交流與合作．

其二,實驗驗證模式是采用實驗方法證明物理規(guī)律的教學,教師指導學生并和學生一起通過觀察分析有關現象和實驗結論,目的在于驗證物理規(guī)律,使學生理解和掌握物理規(guī)律．這是傳統(tǒng)的物理規(guī)律教學模式．

其三,實驗歸納法

從個別事實出發(fā),推出普遍性結論的方法,叫做歸納法．無論完全歸納法還是不完全歸納法,也都可以是通過觀察和實驗進行枚舉物理事例,發(fā)現某類事物中固有的某種屬性,并且不斷重復而沒遇到相反的事例,從而判斷出所有該類對象都有這一屬性的．在中學物理教學中,通過實驗途徑展現同類多個物理現象的共同特征,采用歸納、分析、概括和抽象的邏輯方法得出結論,這就是實驗分析歸納法．

實驗歸納模式的結構與程序:舉實驗事例1、2、3;→分析結論(多變量);→歸納(多變量)1、2、3…;→分析各特征;→概括——共同特征;→抽象——揭示本質;→建立規(guī)律(文字、數學表達式);→討論相關物理量的物理意義;→討論適用條件和范圍;→鞏固與應用．

(2)理論演繹模式.

從已知的物理規(guī)律或物理理論出發(fā),對某特定事物或現象進行演繹、推理,從而得出在一定范圍內有關物理量之間的函數關系或新的論斷,最后通過實驗檢驗就成為規(guī)律．用演繹法得出的規(guī)律一般叫做定理或原理．它們不再僅僅是對經驗事實的概括,而是成為科學理論體系的出發(fā)點．如動量定理、動能定理、功能原理,波的疊加原理、光路可逆原理等等．

物理規(guī)律教學的理論演繹模式程序是:提出問題→依據舊知識→新知識→邏輯關系→采用數學方法．其結構如圖7所示．

圖7 物理規(guī)律教學的理論演繹模式

(3) 理論歸納模式.

理論歸納模式適用于某物理規(guī)律不能完全有由實驗途徑得出．在中學物理教學中,用理論思維的歸納得出物理規(guī)律或定理,需要充分發(fā)揮學生的積極主動性和邏輯思維的潛質,發(fā)揮非智力因素的重要作用,同時要求充分發(fā)揮計算機多媒體技術和網絡環(huán)境,提供足夠的信息資源進行思維加工,最后抽象得出物理規(guī)律,從而更好地掌握物理規(guī)律,也為更好地應用規(guī)律打下良好的基礎．其結構如圖8所示其結構如圖7所示

(4) 理論假說模式.

假說是在物理事實或理論根據還不充分的情況下,通過想象、猜想或假設提出的對物理現象的理論性解釋．假說的正確與否必須由實驗和邏輯的雙重檢驗．中學物理的理論假說教學模式要求我們的物理教育者必須具備扎實的物理學科理論素養(yǎng)和深厚的邏輯學知識造詣．

圖8 物理規(guī)律教學的理論歸納模式程序

物理規(guī)律教學的假說有三種模式．模式一:根據已知的科學原理和科學事實,對新事實進行假定性的說明．比如,安培的分子電流假說、麥麥克斯韋位移電流假說;模式二:根據已知的科學理論,進行邏輯推演出可以預測的新的現象．比如,麥克斯韋電磁理論假說對電磁波的預言;模式三:不是根據已知的科學原理和科學事實,而是根據新的實驗事實,提出與已知的科學原理不相容的假定性說．比如,普朗克的量子假說．

物理規(guī)律教學的假設模式程序是:提出問題→依據舊知識→新知識→邏輯關系→采用數學方法．其結構如圖8所示．

圖9 假設模式的教學模式結構

物理規(guī)律教學中應用假說模式的目的在于使學生認識到“實驗→假說→新實驗→新假說”是物理發(fā)展的有效途徑,同時是學生體會到科學方法論的多樣性和豐富性．因為通過假說建立物理規(guī)律的模式還要依賴于類比、瑧美和理想實驗3種思維方法．

理論類比模式是通過對兩個不同的物理事實進行比較,找出它們的相似點或相同點,然后以此為依據,把其中某一物理事實的有關知識推移到一種物理事實中去,從而對另一物理事實的規(guī)律做出假定性的說明．其模式有:物理現象之間的類比．比如,惠更斯的聲波與光“波”的類比;托馬斯楊的機械波與光“波”的類比．物理現象與其他事物的類比．比如,盧瑟福的原子模型——用太陽系的行星結構類比．數學形式的類比．比如,庫侖應用萬有引力定律平方反比率類比靜電力得出庫侖定律等．理論臻美模式．臻美就是在創(chuàng)造性思維過程中,按照美的規(guī)律,對尚不完美的對象進行加工,修改以至重構的思維方法．比如,哥白尼的天體運行理論的建立;理想實驗模式．理想實驗是思維中時借助抽象和想象方法建立的理想化對象的思想實驗．比如,伽利略發(fā)現慣性定律、愛因斯坦的相對論理論的建立等．由于篇幅在此不贅述．

物理教學的各種方法的出發(fā)點和歸宿點是相交的,那就是,降低物理學習難度和提高物理教學效率．著眼于新時期新課程的改革,尋找紓解物理學科教與學難點的社會性焦慮,要求我們的廣大物理教師首先要做到,使學生對物理概念和規(guī)律的學習所采用的方法、途經和具體模式有較區(qū)別性的認識;其次,使學生切實理解和掌握物理概念的內涵和外延,使學生明確物理規(guī)律的物理意義,適用范圍和條件;最后,通過應用、變式、遷移和拓展,培養(yǎng)學生物理思維的靈活性、發(fā)散性和獨創(chuàng)性等思維品質,以達到真正提高學生的物理學習能力之目的．