楊映川 石志青

(1. 秦皇島市教育科學(xué)研究所,河北 秦皇島 066000; 2. 秦皇島市新世紀高級中學(xué),河北 秦皇島 066000)

物理學(xué)的發(fā)展是人類精神、智慧和能力的結(jié)晶,物理學(xué)的內(nèi)容是科學(xué)思維、方法和品質(zhì)的體現(xiàn),所以,無論是物理學(xué)的發(fā)展歷史還是物理學(xué)的內(nèi)容無不蘊含著豐富的育人價值.中學(xué)物理作為文化背景豐富、實驗特色明顯、與社會生活聯(lián)系廣泛的學(xué)科,有著獨特的教育功能.因此,面對未來的挑戰(zhàn),物理教師在重視物理教學(xué)的同時更要關(guān)注物理知識的文化取向,充分挖掘并利用物理學(xué)科的育人價值,更多掌握物理知識的知識,從傳統(tǒng)的以知識為本的物理教學(xué)走向以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的物理教育.

1 在科學(xué)方法教育中發(fā)展科學(xué)思維

物理學(xué)是科學(xué)方法和科學(xué)思維的重要來源,從物理概念的建立、物理定律的獲得、物理定理的推演、物理知識的學(xué)習(xí)以及運用等過程中,無不體現(xiàn)著精妙的科學(xué)方法和嚴密的科學(xué)思維.這些方法和思維的習(xí)得不僅有助于學(xué)生物理學(xué)科和其他學(xué)科的學(xué)習(xí),更會對其一生產(chǎn)生積極的影響.

1.1 科學(xué)方法

方法是活的知識,方法教育是教學(xué)的重要組成部分,它與知識教學(xué)、能力培養(yǎng)、品德培育密不可分,并對其有重大的指導(dǎo)、帶動和促進作用.中學(xué)物理中常見的方法有控制變量、等效替代、理想實驗、模型構(gòu)建、數(shù)學(xué)應(yīng)用、極限、對稱、分類、類比等等. 在日常課堂教學(xué)中,應(yīng)有意識地滲透這些方法,在涉及方法的有關(guān)教學(xué)內(nèi)容時,可設(shè)計一些相關(guān)的情境或問題引導(dǎo)學(xué)生自主思考和解決,通過問題的解決讓學(xué)生感悟和應(yīng)用有關(guān)方法.例如在瞬時速度的教學(xué)中,可以在平均速度的基礎(chǔ)上提出:如果所取的時間越來越短,那么對應(yīng)的速度對物體運動的描述和原來比較有什么不同? 如何描述物體在某一瞬間運動的快慢?然后引導(dǎo)學(xué)生思考、討論和解決問題,最后教師說明這就是物理學(xué)中常用的極限方法.在這個過程中,學(xué)生無形中感悟和運用了極限的方法,將會對極限的方法留下深刻的印象.再如在牛頓第一定律的教學(xué)中,可以演示物塊在同一斜面高度下滑到由粗糙到平滑的不同平面上的滑行距離,然后引導(dǎo)學(xué)生思考平面光滑程度與物塊滑行距離的關(guān)系,最后提出如果平面足夠長且足夠光滑,那么物塊會怎樣運動?這樣在學(xué)生自行得出牛頓第一定律的同時又能夠體會到“抓住主要問題忽略次要因素”的理想實驗方法.

1.2 科學(xué)思維

科學(xué)思維是人腦對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)部規(guī)律性及事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的和能動的反映,是在表象、概念的基礎(chǔ)上進行分析比較、綜合判斷、抽象概括、推理論證等認識活動的過程.在教學(xué)中讓學(xué)生感受和體會這些物理學(xué)最典型的特點,培養(yǎng)學(xué)的科學(xué)思維品質(zhì),不僅有助于學(xué)生物理的學(xué)習(xí),而且會影響學(xué)生思維的方式和習(xí)慣,提高學(xué)生理解、思考、分析、判斷和評價各種事物的能力.教師要明白能力不是講給學(xué)生的,是在學(xué)生的經(jīng)歷、體驗、感悟和應(yīng)用中逐步培養(yǎng)的.教學(xué)過程要從“知識的重演”走向“知識的重演”,以問題驅(qū)動的方式引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷、體驗、感悟科學(xué)家曾經(jīng)發(fā)生的思維活動,以潛移默化的方式逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.在習(xí)題的教學(xué)中,盡量做到一題多變、一題多解,多題歸一,要引導(dǎo)學(xué)生善于從一般性中尋找特殊性,從特殊性中歸納一般性.要給學(xué)生足夠的時間與空間,放手讓學(xué)生思考、討論并自行解決問題.

1.3 質(zhì)疑創(chuàng)新

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學(xué)思維的重要組成部分,是未來社會發(fā)展所需要的最主要能力,也是我國教育最為欠缺的方面.一個真正的創(chuàng)新人才應(yīng)該具有追求和堅持真理的精神;具有好奇心和求知欲,具有創(chuàng)造性思維和想象;要勤于思考,敏于思考,善于思考.以實驗為基礎(chǔ),以客觀世界為對象的物理學(xué),在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面具有獨特的作用.

(1) 寬松自由、和諧民主的學(xué)習(xí)氛圍,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的必要環(huán)境.教師要弱化對課堂的控制,盡量減少對學(xué)生行為和思維的無謂限制,讓學(xué)生成為課堂的主人.要給學(xué)生足夠的空間和時間讓其自由馳騁、自由表現(xiàn), 獲得創(chuàng)造最寬松的思維想象空間,真正體會到學(xué)習(xí)的心理自由.

(2) 質(zhì)疑是創(chuàng)新的前提, 教師要淡化自己的權(quán)威,鼓勵學(xué)生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威,敢于開口,敢于質(zhì)疑,敢于提問,敢于說“不”.同時,教師要對學(xué)生的獨特的想法和做法給予及時的褒獎評價, 從而建立起創(chuàng)新學(xué)習(xí)的自信心.

(3) 愛因斯坦說過“我并沒有什么特殊的才能,我只不過是喜歡尋根問底的追究問題罷了”.問題是創(chuàng)新的土壤,創(chuàng)新總是在問題解決中發(fā)展起來的.要充分利用學(xué)生對生活、生產(chǎn)和科技前沿的興趣,在教學(xué)中要充分聯(lián)系學(xué)生熟悉的生活、生產(chǎn)和現(xiàn)代科技實際,創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容和要求的真實問題情境.通過學(xué)生的主動參與、積極思考、質(zhì)疑問難、真實感悟,調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新意識,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維,通過對前沿科技科的展望,激發(fā)學(xué)生的探知欲望.

(4) 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,離不開實踐活動,實驗是物理教學(xué)中的主要實踐活動,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑.要引領(lǐng)和提倡學(xué)生利用生活常見器材設(shè)計新實驗,鼓勵學(xué)生對原實驗進行新思維、提出新見解、發(fā)表新觀點.

2 在科學(xué)史教學(xué)中提升科學(xué)態(tài)度

物理學(xué)的發(fā)展史是一部科學(xué)家們的奮斗史,其中充分體現(xiàn)了科學(xué)家們大膽創(chuàng)新、不畏艱難、勇于探索、堅持真理、堅韌不拔等科學(xué)精神,凸顯了科學(xué)家們實事求是、嚴謹認真、勤于思考以及強烈的求知欲與好奇心等科學(xué)態(tài)度.在教學(xué)中注重對學(xué)生科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng),不僅有助于學(xué)生物理學(xué)科的學(xué)習(xí),更有利于學(xué)生一生的發(fā)展.

2.1 科學(xué)精神

在物理教學(xué)中,適時介紹各個科學(xué)家的個人事跡,學(xué)術(shù)成果以及他們的人生閱歷,讓學(xué)生了解并感悟他們?yōu)檎胬矶鴬^斗的艱苦經(jīng)歷,可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神.例如在進行開普勒定律的教學(xué)時,先介紹為“三大定律”奠定基礎(chǔ)的哥白尼的“日心說”以及堅持真理為此付出生命的布魯諾和慘受迫害的伽利略,然后介紹第谷20年堅持不懈的辛勤觀測和記錄,最后介紹開普勒受著個人在家庭方面遭受的巨大不幸,在很少有人理解和支持的困難條件下,大膽質(zhì)疑統(tǒng)治人類思想達2000年之久的"勻速圓周運動"偏見,歷經(jīng)4年加9年的艱苦計算和辛勤探索,創(chuàng)造性地得出了在他有生之年沒有得到承認的開普勒三大定律,并為牛頓運動定律的建立打下了基礎(chǔ).

2.2 科學(xué)態(tài)度

物理學(xué)的最大特點就是以實驗為基礎(chǔ),從實驗出發(fā),去尋找發(fā)現(xiàn)規(guī)律,再用實驗來驗證規(guī)律,其本質(zhì)就是基于客觀事實、尋找客觀規(guī)律,其中充分體現(xiàn)了熱愛科學(xué)、實事求是、一絲不茍、嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度.在物理教學(xué)中要充分挖掘和利用有關(guān)素材,逐步培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度.

2.2.1 利用物理學(xué)本質(zhì)的客觀性

物理的學(xué)習(xí)是前人基于客觀事實而得出的客觀規(guī)律的學(xué)習(xí),因此,物理的學(xué)習(xí)離不開尊重事實、實事求是、嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度,容不得絲毫的粗心大意,可謂“失之毫厘謬以千里”.在日常的教學(xué)中要嚴格要求學(xué)生逐步培養(yǎng)這種態(tài)度,例如物體的受力分析必須要尊重事實、一絲不茍,不容半點的馬虎,否則,問題的解決將無從談起.

2.2.2 利用物理學(xué)史

物理學(xué)史上所有物理學(xué)家都是出于好奇心或?qū)茖W(xué)的熱愛,以實事求是、嚴謹認真、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度,堅持不懈地進行著對自然規(guī)律的探索而取得了偉大的成績.在進行有關(guān)內(nèi)容的教學(xué)時都從這個問題的歷史開始講起,適時給學(xué)生介紹相關(guān)科學(xué)家們的事跡和所持態(tài)度,讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識的同時也明白科學(xué)態(tài)度的重要性.例如介紹如果沒有第谷持之以恒長達20年對天文現(xiàn)象的觀察與記錄,就沒有開普勒三大定律等.

2.2.3 利用物理實驗

物理學(xué)科以實驗為基礎(chǔ),要充分利用學(xué)生喜歡實驗的特點,對學(xué)生進行科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng).在學(xué)生參與實驗的過程中,根據(jù)實驗需要對學(xué)生提出嚴格的要求,讓學(xué)生認識到實事求是、嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度在物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)中的重要性.在教學(xué)過程中,利用學(xué)生身邊的生活或?qū)W習(xí)用具設(shè)計一些新奇、生動、真實、直觀、精巧有趣的演示實驗,能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣； 還可以將自然現(xiàn)象實驗化,用課堂中實驗來模擬演示自然現(xiàn)象以促進學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度,例如用實驗?zāi)M演示雷電和雷擊現(xiàn)象等.

2.2.4 利用物理學(xué)的實踐性

物理學(xué)是通過實踐的方式來認識和改造自然的,與生活、社會和自然密不可分.在教學(xué)中,以學(xué)生熟悉的生活生產(chǎn)為情境,讓學(xué)生“身臨其境”,不僅有利于增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識,也有利于學(xué)生形成尊重事實、熱愛學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度.向?qū)W生介紹物理與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的關(guān)系以及物理知識在實際中的廣泛應(yīng)用,讓學(xué)生知道物理不僅是有用的而且是有趣的,例如通信技術(shù)、航天技術(shù)、能源技術(shù)、人工智能等.還可以在教學(xué)中把一些簡單的問題復(fù)雜化,讓學(xué)生去探究、合作,從而在成功中感受學(xué)習(xí)探索的樂趣.

3 在STSE教育中增強社會責(zé)任

在古代和近現(xiàn)代歷史上,我國有許多物理學(xué)家為物理學(xué)以及我國的科技發(fā)展做出了巨大的貢獻,也留下了許多可歌可泣的事跡;歷史上也發(fā)生過多次由于技術(shù)的運用或管理不當(dāng)而造成的災(zāi)難性事件,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)介紹這些有利于增強學(xué)生的社會責(zé)任感和愛國熱情.

3.1 社會責(zé)任

教師要具有STSE教育理念,在教學(xué)活動中,適時滲透STSE意識,讓學(xué)生理解物理學(xué)與技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系.在近現(xiàn)代,為我國科技事業(yè)的發(fā)展有許多科學(xué)家做出了卓越貢獻和感人的事跡,如錢學(xué)森艱難曲折的回國經(jīng)歷以及為我國航空航天和導(dǎo)彈事業(yè)做出的突出貢獻；鄧稼先為我國核武器的研制做出的貢獻以及犧牲時還不忘保護資料的感人事跡，黃大年為我國深潛技術(shù)做出的卓越貢獻以及累死在工作崗位上的動人事跡，為我國潛艇事業(yè)隱名埋姓三十年的黃旭華等等.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適時向?qū)W生介紹他們的貢獻和事跡,有利于促進學(xué)生獻身科技、造福人類、振興國家的責(zé)任和意識.

和任何事物一樣,物理學(xué)的發(fā)展對人類也是把雙刃劍,在促進人類文明發(fā)展的同時,如果運用不當(dāng),也會對人類產(chǎn)生災(zāi)難性后果.如由核能的研究而產(chǎn)生的核武器以及二戰(zhàn)中在日本的原子彈爆炸、切爾諾貝利和福島核電站泄露、由于技術(shù)的進步而造成的資源的過度開發(fā)和環(huán)境污染問題等,在教學(xué)中適當(dāng)介紹有關(guān)的事件,有利于增強學(xué)生的社會責(zé)任意識.

3.2 愛國熱情

我國是四大文明古國之一,歷史悠久,文化繁榮昌盛.早在春秋戰(zhàn)國之際,已出現(xiàn)《考工記》、《墨經(jīng)》這樣記載有豐富物理知識的典籍,如《墨金》中所言“力,刑之所以奮也”,即給出“力是使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因”的正確判斷,明代朱載堉的《樂律全書》是世界上最早以數(shù)學(xué)方法解決等程律問題的音樂與聲學(xué)的杰作.在近代我國科學(xué)家們也為物理學(xué)的發(fā)展做出了杰出的貢獻,取得了非凡的成績.如楊振寧、丁肇中、吳健雄等華裔物理學(xué)家因在物理學(xué)上的特殊貢獻而獲得諾貝爾物理學(xué)獎,再如我國在量子通訊、核聚變控制、超大型計算機、人工智能、航天技術(shù)等方面的研究與應(yīng)用走在世界的前列等.在日常教學(xué)中,適時向?qū)W生介紹我國的這些貢獻和成績,有利于激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和增強學(xué)生的民族自豪感.

3.3 環(huán)境知識與環(huán)保教育

環(huán)境是人類生存的基本前提,隨著技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,環(huán)境問題已成為當(dāng)今世界突出的問題.物理學(xué)中的核、聲、光、電、力等都與環(huán)境存在著密切的聯(lián)系,具有豐富的環(huán)境教育資源.在物理教學(xué)中滲透環(huán)境教育可以使學(xué)生更加了解環(huán)境知識,培養(yǎng)學(xué)生對環(huán)境的責(zé)任感,提高可持續(xù)發(fā)展觀念.

3.3.1 課堂教學(xué)中的滲透

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,將環(huán)保知識融入到課堂教學(xué)之中,不僅可以使學(xué)生認識物理與環(huán)境的關(guān)系,而且可以提高學(xué)生的環(huán)保意識.例如在涉及到能量守恒及能源的開發(fā)利用時,可以介紹傳統(tǒng)能源的枯竭趨勢和利用所造成的環(huán)境污染、新能源的開發(fā)利用以及對環(huán)境的影響;再如講核能時可以介紹人類利用重核裂變制造的原子彈和核電站以及對社會環(huán)境的影響,還可以介紹輕核聚變的環(huán)境優(yōu)勢及其存在的技術(shù)難題和研究現(xiàn)狀等.

3.3.2 實驗教學(xué)中的體驗

實驗具有直觀性和可操作性,是滲透環(huán)保教育的重要途徑.可以利用實驗演示自然環(huán)境現(xiàn)象,將自然環(huán)境現(xiàn)象實驗化,例如自制器材演示雷電現(xiàn)象、靜電除塵以及避雷針等.讓學(xué)生在直觀中感悟、動手中體驗物理對環(huán)境改善的積極作用.同時,要親自并鼓勵學(xué)生利用廢舊材料進行實驗,例如利用塑料杯、易拉罐等廢舊材料做膨脹、失重、除塵裝置等實驗,使實驗更加親切直觀的同時更有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識.

3.3.3 實踐活動中的經(jīng)歷

環(huán)保意識的培養(yǎng)離不開學(xué)生的親自參與,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容組織開展一些以教學(xué)內(nèi)容為主、滲透環(huán)境教育的實踐活動,有利于增強學(xué)生的環(huán)保意識,提升環(huán)保能力.組織學(xué)生參加如“統(tǒng)計計算家庭用電的情況并提出節(jié)能措施”、“家用電器在待機狀態(tài)下斷不斷電源的耗能比較”、“學(xué)?；蚣彝ブ車胍粑廴镜膩碓凑{(diào)查及應(yīng)對措施”、“建筑材料對環(huán)境的影響”、“各種取暖方式對能源消耗的比較分析”等實踐活動,讓學(xué)生在活動中培養(yǎng)環(huán)保意識和提高環(huán)保能力.同時,要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容不斷引領(lǐng)學(xué)生觀察自然、了解自然、走向自然,讓學(xué)生懂得在向自然索取的同時,更重要的是改善和保護自然,樹立可持續(xù)發(fā)展的理念.

4 在物理知識教學(xué)中滲透美育

楊振寧提出物理學(xué)具有“物理現(xiàn)象之美”、“理論描述之美”、“理論結(jié)構(gòu)之美”. 物理學(xué)發(fā)展史是一部美學(xué)發(fā)展史,很多物理定律就是在追求美和藝術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的.物理學(xué)的美學(xué)特征主要表現(xiàn)為“多樣統(tǒng)一美”、“和諧奇異美”、“簡潔明快美”等.在教學(xué)中適時滲透和展示物理之美,以美感人、以美育人,能大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,有助于提高學(xué)生的整體素質(zhì),科學(xué)素養(yǎng)和審美能力.

4.1 物理學(xué)的簡單之美

物理學(xué)將紛繁的自然界中蘊含的復(fù)雜規(guī)律以簡單的方式呈現(xiàn)出來,從而產(chǎn)生簡單之美,這種簡單之美主要體現(xiàn)在理論和方法上.物理理論的簡單美體現(xiàn)在概念和規(guī)律表達上,如牛頓只用幾條簡單的定律就概括了宏觀世界從天上到地上的運動規(guī)律;麥克斯韋只用四個方程就概括了復(fù)雜的電磁運動;量子力學(xué)使行蹤飄忽不定的微觀粒子眉目清晰等,這些都體現(xiàn)了物理學(xué)理論的簡單之美.簡單之美體現(xiàn)在物理方法上,就是物理學(xué)巧妙地從復(fù)雜的真實世界中,抽象出最簡單的物理模型,諸如質(zhì)點、彈簧振子、單擺、 電荷、光線等,這些理想模型和理想方法本身就是遵循簡單性原則.

4.2 物理學(xué)的對稱之美

對稱現(xiàn)象是辯證法的生動體現(xiàn),物理學(xué)因揭示自然世界的對稱性而產(chǎn)生對稱美.對稱美主要體現(xiàn)在時空對稱、數(shù)學(xué)對稱和抽象對稱.如單擺的運動、圓周運動、天體的運動、平面鐿成像、磁感線分布、電場線分布等體現(xiàn)了時空的對稱性;萬有引力定律和庫侖定律、簡諧振動圖線、波動圖線等體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的對稱性.物理學(xué)家通過某個已知的現(xiàn)象或規(guī)律,根據(jù)對稱性來探索未知的現(xiàn)象或規(guī)律,這就是抽象的對稱性.如電磁學(xué)知識結(jié)構(gòu)的形成過程就是物理學(xué)家追求對稱之美的過程,由“電生磁”,為了追求對稱之美,終于實現(xiàn)了“磁生電”,從而完成了電與磁之間完美的對稱統(tǒng)一.正是這些基于對稱性的抽象思考,才逐步解開了宇宙密碼,推動了物理學(xué)的發(fā)展.

4.3 物理學(xué)的和諧之美

和諧是美學(xué)的一個重要法則,自然萬物之所以美,是因為它們是和諧的,物理理論關(guān)于自然規(guī)律的“統(tǒng)一”“對應(yīng)”是宇宙和諧的反映.物理學(xué)龐大的知識體系,既遵循各自內(nèi)在的規(guī)律,又相互聯(lián)系,構(gòu)成一個和諧統(tǒng)一體.例如,牛頓運動定律和萬有引力定律將地上與天上統(tǒng)一起來;麥克斯韋方程把電、磁、光統(tǒng)一起來;而愛因斯坦相對論,又把牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁場理論統(tǒng)一了起來.而三大守恒定律乃是自然界和諧性最完美的體現(xiàn).

4.4 物理學(xué)之奇妙之美

物理教學(xué)尤其是物理實驗教學(xué)中,會產(chǎn)生許多學(xué)生在日常生活中難以看到的奇妙現(xiàn)象,學(xué)生對這些奇妙現(xiàn)象的產(chǎn)生、觀察和解釋過程,也是體驗和感悟美的過程.如光的色散現(xiàn)象;聲音的共鳴與反射;失重情況下的各種奇妙的現(xiàn)象;電和磁以及電磁感應(yīng)中的各種新奇美妙的現(xiàn)象等.

4.5 物理學(xué)對美學(xué)藝術(shù)的促進

物理學(xué)的發(fā)展也有助于美學(xué)藝術(shù)的發(fā)展,許多藝術(shù)作品的創(chuàng)作靈感源自于物理知識和物理學(xué)的發(fā)展.如《流浪地球》源自于“天體的運動”、“碰撞和反沖”等物理知識,尤其是以愛因斯坦相對論為理論的有關(guān)時空穿越的優(yōu)秀影視作品和藝術(shù)作品更是不計其數(shù).這些都可以作為物理教學(xué)和美學(xué)藝術(shù)融合的切入點,在物理教學(xué)中滲透,使學(xué)生有興趣關(guān)注美學(xué)藝術(shù),提升學(xué)生對藝術(shù)的鑒賞能力.

總之,物理教師要順應(yīng)時代潮流、轉(zhuǎn)變教育觀念、破解“五唯”困境,充分挖掘和利用物理學(xué)科的育人價值,從“物理教學(xué)”走向“物理教育”,真正做一個“我是用物理教學(xué)生的”物理教師.