高中物理科研成果

更多文章信息来自:hhtp://面对新课程的思考任何教学改革都必须直面并回答三个本原的问题，即为何教（教学目标）、教什么（教学内容）、如何教（教学方法）。通过对新课程理念的学习领会，以及对传统物理教学利弊的反思与扬弃，我们认为在新课改背景下，物理教学应该做到：在教学目标上，要从知识本位回归到三维目标；在教学内容上，要由学术形态深入到教育形态；在教学方法上，要让学生重演知识的发生过程。一、从知识本位回归到三维目标在我校网站的论坛上，有学生发了一则题为“学习物理有毛用”的贴子，结果引发了一片议论：“我发现物理不仅烦，而且学了觉得一点用都没有”“不学不行啊，如果你老爸有足够的实力，还上什么学呢？”“物理很重要的，高考100分呢。”……如此等等。这反映出许多学生对于为什么要学物理的认识还是模糊不清的。由于学无目标，进而导致了学无章法。许多学生是把物理学习等同于物理知识的学习，再等同于物理公式的记诵，最后等同于数学式子的运算。他们将物理当作数学来学，把物理学成了“无理”。不妨看一个实例。图5如图5，A、B为两个小物块，用一根穿过光滑水平圆盘中心小孔的细线相连。物块A以角速度做匀速圆周运动，B保持静止。若使A的角速度突然增大，则其半径r将如何变化？结果多数学生都认为r会减小，他们的推理看起来似乎顺理成章：以A为研究对象，根据由于F、m均不变，因此随着的增大r必然减小。出错的原因是他们缺乏相关的知识吗？不是。在这个问题上学生并不缺物理知识，他们缺乏的是物理见识，即未能深入领会所学知识的本质含义，并形成正确的见解。就以而言，学生仅注意到公式表达的相关物理量之间的数量关系，而没有把握住它所体现的实质是：做匀速圆周运动物体所受的合外力与它所需的向心力，这一对“供”“求”矛盾之间的辩证关系。而上例是属于“供不应求”的情况，硬套公式自然就错了。学生听了这番讲评，也知道了错在何处，可仍令他们困惑的是：“我当时为什么就没想到要这样分析呢？”这又进一步暴露出，学生更缺的还是一种物理意识，即自觉地运用物理思维方式去分析、解决问题的习惯和能力。“知识”“见识”与“意识”，看起来虽仅一字之差，却反映了学习者三种截然不同的层次和水平，对于学生的长远发展来说，后者的影响与作用往往会更大。实践告诉我们：一个人更多文章信息来自:hhtp://如果缺少知识，他可以在任何时候补上；但如果一旦错过时机，在学习能力或在情感、态度等精神层面上造成了缺陷，以后将是很难弥补的。其原因就在于，任何生命体的成长都存在着一定的关键期。正如农民种地要“不违农时”，学生读书也应“不违学时”。高中阶段是一个人成长的关键时期，有许多东西放在小学、初中学习可能太早，到了大学再去补课则又太晚，必须要在高中阶段打好基础才行。学生对“为什么学物理”认识的模糊，根子在于教师对“为什么教物理”的认识存在偏差。就我而言，很长一段时期都认为教物理就是把尽可能多的物理知识传授给学生，以供他们终生受用。因为“知识就是力量”“知识改变命运”。然而令人困惑的是，尽管我们授予学生那么多的物理知识，但在他们往后的生活和工作中，却很少显示出有多少直接的功用，用他们的话说，“全都还给老师了”。我为此感到深深的失落；但当向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时，这些离开学校多年的学生，又都会异口同声地做出否定的回答，一致认为高中阶段的学习对于他们的成长和事业所起的奠基作用，然而，他们又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用。──这犹如谁都明白吃饭对于生存的意义，可又谁都说不清楚吃了这顿饭究竟会在身上什么地方长了块肉。还是著名教育家斯金纳说的好：“当我们将学过的东西忘得一干二净时，最后剩下来的，就是教育的本质了。”而这称之为本质的东西，就是思维方式与价值观念，它们构成了文化基因的核心。其实“为什么教物理”这个问题，也可以反过来设问：“如果我们不教物理，学生不学物理，今后将会对他们的发展带来怎样的缺憾？”一种显而易见的回答是，学生将因此学不到许多重要的物理知识。这话没错，但不够全面。因为除此之外，学生还将失去更为重要的有关科学方法，科学精神等方面的培养与熏陶，从而最终影响他们的科学素养的提升。因为在这方面，物理学科具有其他学科无可比拟的优势与作用。在当前物理已经深入到社会的各方面，成为每一位有教养的现代公民都必须懂得的知识。对于大多数学生来说，他今天学习物理的目的，恐怕不是为了明天去进一步研究物理，而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题，为他们今后一生的文明、健康、高质量的生活奠定基础。因此，对于“为什么教物理”这个问题，最确切的回答应该是：为提高全体学生的科学素养而教。──这正是新课标确立的物理教学的价值取向。为此，我们就应突破知识本位的局限，使物理教学回归到三维目标上来。如果说过去我们关心的是上了一堂课，学生能学到哪些知识；那么今天更值得我们关注的是，学生除了学到这些知识外，还能使他们获得些什么。如果我们树立了这样的目标意识，就等于长了一双慧眼，在教学中就会自觉地将每一个知识都置于三维目标的框架之中，去认真分析它在各个维度上的投射点，从而找到落实三维目标的切入点。例如开普勒第三定律的教学。如果仅从知识目标而言，让学生知道公式以及相关内容也就够了，但若以三维目标衡量，是否还应该引导学生去领略、体味这个公式的简约之美？──它将时间与空间的关系竟然表达得如此准确且简洁；是否有必要介绍开普勒发现这条规律的曲折经历？──尤其是开普勒何以会想到a3和T2的。显然，这里面并没有一条逻辑的通道，他多半是“凑”出来。然而要在数千个看起来杂乱无章的天文数字中找出这种关系，无疑是大海捞针。开普勒正是凭着一种百折不挠的毅力，整整花了九年时间才获得成功。而在这背后，又是靠着一个坚定的信念在支撑：他深信世界是和谐的，和谐世界的更多文章信息来自:hhtp://规律必然是简洁的……。如果能这样让学生深入到精神层面上去感受科学，他们得到的启迪与收获将会丰富得多。再如有一道题：“已知汽车质量为m，行驶速度为v0，汽车安装有防抱死刹车系统(ABS)，制动力恒为f，设驾驶员的反应时间为t0。试问从驾驶员发现情况到紧急制动停车，汽车共经过多少距离？”学生不难解出该题的答案为：，如果仅以知识技能而言，教学目标似已达到。但与三维目标对照，我们还可以联系交通法规，让学生从物理学的角度去解读“三禁”的缘由：汽车的制动距离s与质量m有关，因而要“禁超载”；又与速度v0关，因而要“禁超速”；还与反应时间t0有关，所以要“禁酒后驾驶”。这样做的好处是，使学生感到物理就在我们身边，物理与生活是那么接近，从而增强学物理、用物理的意识。上述教学案例，如果按传统的知识本位的标准衡量，多属节外生枝，似无必要；但从三维目标，从学生的长远发展来看，却有其积极的教育意义。尽管这些东西高考不一定会考，也没有多少实用价值，因而被许多人视作“无用”的知识。然而，教育的“无用性”正是教育的基本属性。美国著名的普林斯顿高等研究院曾对此作过深入的研究，他们的结论是：“只有无用的知识，才是最终有用的。”我国古代先哲庄子也说过：无用之用，是为大用。亦即所谓无用的东西，它们最大用处就在于无所不用，无处不用。因此，在三维目标的观照下，我们的物理教学应让学生多学一些在当下看起来“无用”，而最终却是有用的东西。二、由学术形态深入到教育形态作为教学范畴内的物理知识，一般具有两种形态：一是外显的学术形态，另一种是内隐的教育形态，前者具有实用价值，后者则有教化功能。若将知识比喻为一座冰山，它的学术形态只是露出水面的一角，而它的教育形态犹如水面之下浑厚的山体。比如以“电磁感应”为例，有关这种物理现象的特点、产生条件以及变化规律等知识，教科书是以准确的定义、严密的推理，白纸黑字形式化地写在了上面，它所呈现的就是该知识的学术形态。而它的教育形态，诸如猜想假设、实验探究的科学思想方法，电磁互变、世界多样统一的科学观念，以及法拉第锲而不舍、十年磨一剑的科学态度与精神等等，则大多蕴含于字里行间，不会自动凸现。为了落实新课程的三维目标，我们就必须让物理教学从知识的学术形态深入到它的教育形态中去，引导学生去探寻知识的渊源，揭示知识的本质，感受物理的美感，以充分发挥物理知识的教育价值。教学实践告诉我们，一位学科教师的教学底蕴是否深厚，在很大程度上是取决于他的学科视域有多广阔。所谓学科视域，指的是教师对所任教学科的内涵及其本质的理解与把握。对物理教师而言，也就是要回答“物理是什么”的问题。先从物理学科的内涵来看。我们首先想到的是物理概念、规律和原理等，它们是物理的核心理论，当然很重要，但除此之外，物理还包括实验基础、应用延伸，以及它那丰富的思想方法和严谨的数学表述。正是这五大要素构成了物理学的有机整体(如图6)。显然，那种“斩头去尾取中段”，仅把物理核心知识视作为物理全部的认识与做法是有失偏颇的。更多文章信息来自:hhtp://再看物理学科的本质，我们可以从三个层面去解读它。第一，物理是一门科学。这是不言而喻的，无须赘述。第二，物理是一种智慧。物理学在它的发展历程中，形成一系列独特而又卓有成效的思想和方法，这不仅对物理本身有价值，并且对整个自然科学乃至社会科学的发展都有贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物医学奖，甚至经济学奖的得主中，有一半以上的人具有物理学的背景。这就是说他们从物理学中汲取了智慧，转而在其他非物理领域获得了成功；反之却没有一例是由非物理专业人士获得诺贝尔物理学奖的。这就是物理智慧的力量。难怪国外有专家精锐地说：没有物理修养的民族是愚蠢的民族。第三，物理是一类文化。物理学家在长期的科学实践中创造的大量物质产品与精神产品，就构成了物理文化，它是科学文化的重要组成部分。众所周知，物理学是以实验为基础的科学，它的基本研究方式就是实践，因而在客观上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福人类，它在目的性上体现出“善”；此外，物理学还在人的情感、意识等诸方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性，我们完全有理由说，物理不仅是文化，而且是高层次、高品位的文化。作为一名物理教师，如能对所任教学科的内涵与本质作一番全方位的审视与剖析，不断拓展学科视域的深度和广度，是十分必要的。因为这样可以有效地增强我们开发课程资源的意识，提高理解和驾驭教材的能力，从而使物理教学从传统的学术形态拓展到教育形态中去，为学生营造一个底蕴丰厚的物理课堂，使他们不仅获取知识，还能受到全面的文化浸润。例如奥斯特的电流磁效应与法拉第电磁感应的教学。过去，我们都满足于演示实验一做即成，物理知识一步到位，似乎十分简单。但往深里一想，问题还挺大：教学中我们向学生展示的几乎都是科学家成功的一面，久而久之，他们就会对科学形成一种错误的认知，认为科学发展总是一帆风顺的，只有傻瓜才会犯错误。因此当告知学生，奥斯特和法拉第是历经十年之久才完成实验时，他们都感到不可思议。这种看似快捷高效的教学，学生得到的是不完整的知识，只是它的学术形态（科学结论），而蕴含于科学探究过程之中的知识的另一半，即它的教育形态却没有加以开发与利用，这也是教育资源的流失。爱因斯坦曾经指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用……所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式。”无论是奥斯特还是法拉第，他们的最大障碍也正是来自旧观念的影响：奥斯特认为电流产生的磁力是一种“纵向力”（空间观念的束缚），法拉第则以为电磁感应是一种“稳态”现象（时间观念的束缚）。直至他们分别认识到电磁力具有横向力特征、电磁感应是“暂态”现象，实现了观念上的突破之后才最终取得成功。其实，科学家的失误也是一种宝贵的教育资源，教学中我们可以通过“情景再现”更多文章信息来自:hhtp://等方法，让学生从中获益。例如对电流的磁效应，我们就一改教师演示为放手让学生做实验。结果发现，许多学生都将通电导线摆成与小磁针互相垂直，他们认为这样小