物理学科创新能力结构分析_靳建设.pdf

第 30 卷 第 7 期 2001 年 7 月 中学物理教学参考 Physics Teaching in Middle School Vol 30 No 7 Jul 2001 教育研究专论 物理学科创新能力结构分析 靳建设 甘肃省兰州市第一中学 730030 中学创新教育目标的核心是发展学生的 学科创新能力 中学学科创新能力是学科特殊 能力和创造性思维品质的整合 那么 中学物 理学科创新能力就是由理解能力 推理能力 分析综合能力 应用数学处理物理问题的能力 和实验能力 这五种能力与五种创新思维品质 即思维的深刻性 灵活性 批判性 独创性和 敏捷性 的整合 中学物理教学中全面提高学 生物理学科创新能力的关键 在于突出物理思 维品质的培养 一 对物理学科创新能力的认识 能力 就是人顺利完成某种任务的一种稳 定的个性心理特征 物理学科创新能力是学生 在物理课学习中必然发展的 顺利完成物理学 习任务的个性心理特征 是学生接受知识 掌 握知识 应用知识和创新知识的本领 它具有 创新性 整体性 层次性和发展性等特点 随着 教育改革与研究的不断深入 近年来我国 1991 年以后的高考物理科 考试说明 中规 定 对中学物理学科的能力进行了更具体 更 详细 易操作性的研究分类 而且已经形成共 识 提出了目前我国高中学生应具备的物理能 力由理解能力 推理能力 分析综合能力 应用 数学处理物理问题的能力和实验能力五种构 成 物理能力以思维品质为核心 物理思维是 人脑对客观物理事物 包括物理对象 物理现 象 物理过程 物理情景 物理事实等 的本质 属性 内在规律性及物理事物间的相互联系和 相互关系的间接 概括 能动的反映 理解是物 理思维的基础 概括是物理思维最基本的特 征 现代提法的五种物理能力与创造性思维品 质相互联系 相互渗透 构成物理学科创新能 力的开放式动态立体结构 二 创新思维品质 思维能力是智力的核心 思维品质是思维 能力强弱的反映 是个体思维活动中智力特征 的表现 是判断一个人智力和能力高低的主要 指标 创新思维品质就是学生在学习过程中逐 步形成和发展的 并在此过程中表现出的 直 接影响学习效率的个体智力特征和创新个性 特征 学生物理能力的差异正是通过其创新思 维品质来体现的 所以 培养创新思维品质是 发展智力和能力的突破口 创新思维品质主要 包括思维的深刻性 灵活性 批判性 独创性和 敏捷性五个方面 1 思维的深刻性 指反映思维的抽象程 度和逻辑水平 集中体现出思维的概括特点 是思维活动的广度和深度 善于深入地以事物 发展的逻辑进行清晰地思考问题 善于把握物 理事物的本质和规律 不被表面现象所迷惑 善于进行系统 全面的物理思维活动 善于从 整体上用联系的观点认识物理事物 掌握物理 知识 严密地推理论证物理规律 2 思维的灵活性 指思维活动的灵活程 度 思维活动能够根据客观物理现象的具体变 化而变化 从不同的角度 侧面 方向去思考问 题 善于运用不同的知识和不同的方法正确地 解决问题 善于从部分和整体角度分析物理问 题 有较大的伸缩性 思维的结果具有多样性 灵活性和合理性 3 思维的批判性 指在物理思维的过程 中能严格估计思维材料和检查过程 善于独立 思考 不受暗示干扰 善于发现问题 提出质 疑 进行争论 不断分析解决问题所依据的条 件 反复检查已拟定的假设 计划和方案 善于 客观地考虑正反两方面的论据 善于明辨是非 曲直 敢于质疑问难 4 思维的独创性 指思维的创造性 表现 为善于独立思考 创造性地发现新问题和解决 新问题 具有自己独特的思维方式 善于采用 1 新的思维方法进行思考 善于在广阔的领域内 思考问题 5 思维的敏捷性 指思维的速度和灵敏 程度 在学习物理知识时 能快速准确地抓住 所学内容 在头脑中予以内化 在运用物理知 识解决物理问题时 迅速准确地将物理信息输 入大脑中 利用原有的认知结构 找出问题的 关键所在 恰当地提取物理知识与方法 正确 地解决问题 创新思维品质诸因素是相互联系 密不可 分的 思维的深刻性是一切思维品质的基础 思维的灵活性和独创性具有相互交叉的关系 灵活性具有广度和顺应性 独创性则更具有深 刻性和新颖性 从而获得创造力 思维的批判 性则是在深刻性的基础上发展起来的 具有深 刻 周密 全面 评判和调节的特点 思维的敏 捷性则是以其它四个思维品质为前提 又是其 它四个思维品质的表现 思维的这五种品质相 互依赖构成一个统一的整体 即构筑了创新思 维能力的骨架 成为建立学科创新能力结构的 核心要素 三 高中物理创新能力结构 笔者认为 第一 中学生的物理学科创新 能力结构是由现代提法的五种物理能力与五 种创新思维品质共同构成的有机整体 第二 各种形式的思维能力提法总可以归因于五种 能力或五种思维品质之中 有其相似或相近的 一面 第三 五种能力与五种思维品质并不是 简单的并排 而是相互依赖 相互交叉 相互制 约的结构系统 在空间构成了二十五个立体交 叉点 下表列出了高中学生物理学科创新能力 的要素 从表中可以反映出中学生物理学科创 新能力结构的内在关系 理解能力推理能力分析综合能力 应用数学处理 物理问题的能力 实验能力 思 维 的 深 刻 性 1 理解概 念和 规律的确切含义 理 解规律 的成立 条件和适用范围 2 通过概念的 形成过程 发展抽 象概括能力 重在 理解其本质 3 善于概括各 种问题的类型 并 正 确地判 断各种 类型 1 能根据已知的知识 和所给物理事实 条件对 物理问题进行逻辑推理 与论证 得出正确的结论 或作出正确的判断 2 创造条件 自己发现 真理 弄清概念和规律的 来龙去脉 条件结论的逻 辑关系和相互联系 逐步 把握知识的逻辑结构 3 善于将知识系统化 结构化 从不同的角度进 行分析与组合 形成知识 结构网络 1 独立地对具体 问题进行具体分析 弄清所给问题中 的 物理状态 过程与情 景 找出其中的主要 因素与相关条件 2 探索问题的多 解 能从方法论角度 进行概括 逐步领会 常用的物理方法 与 思想 3 利用较深层次 较综合的问题 培养 长期深入思考的 习 惯 1 能根 据 具 体 问 题 列 出 物 理 量 之 间的关系式 进 行 推 导 和 求解 并根据 结 果 得 出 物 理结论 2 善于 运 用 图 象 或 图 形 过程示意 图 提 取 有 用 信 息 进 行 分 析问题 1 能 独立 完 成 规 定 的 实验 明确实 验目的 理解 和 控 制 实 验 条件 2 按 实验 步 骤 完 成 实 验操作 3 会 分析 物 理 实 验 现 象 和 实 验 数 据 思 维 的 灵 活 性 1 能够清楚地 认 识概念 和规律 的各种表达方式 并 从不同 的侧面 或 不同的 角度进 行解释或说明 2 培养从正反两 方 面思考 问题的 可 逆思维 和全方 位 观察思 考的习 惯 3 善于将物理 公式灵活地变形 并弄清含义 1 根据已知的知识与 所给物理事实 能够将物 理问题进行的推理分析 过程用不同的方式表达 出来 2 善于强化物理语言 加强对同一物理事实或 结果的生活语言 符号语 言 图象 语言 的转 化训 练 3 善于把分析与演绎 特殊与一般 具体与抽象 的逻辑思维方法有机地 联系起来 1 能将一个复杂 问题分解为若干 个 简单问题 并找出它 们之间的联系 运用 物理知识灵活解决 2 一题多解 一题 多变 善于 联想 长 于发散 培养灵活进 退自如的思维习惯 3 善于用变化的 联系的 运动的观点 分析问题 1 能对 物 理 问 题 运 用 公式 几何图 形 函数图象 等 方 法 进 行 表达和分析 并 根 据 需 要 进 行 灵 活 地 转换 2 问题 求 解 过 程 运 算 简捷灵活 1 会 灵活 运 用 学 过 的 实 验 方 法 或 用过的仪器 2 会 设计 实 验 记 录 的 表格 2 思 维 的 批 判 性 1 能够鉴别概 念 和规律 的各种 说法 理解相关知 识的联系与区别 2 弄清问题的 条件和要求 自觉 采 用合理 的方法 解答 1 能够根据相关概念 和规律从已知到未知进 行合理的推理 排除错误 的结论 提高辨别正误的 能力 2 能够掌握问题的各 种类型及结构特点 3 善于对问题的可能 性进行正确合理的估计 与推测 1 能够识别所给 问题中的干扰因 素 并予以排除 能够挖 掘其隐含条件 2 善于用多种方法 检查结果的正确性 3 注意物理语言 的严密性和条件性 对物理语言的细 微 差别善于分析 1 容易 纠 正 直 觉 或 具 体 图 形 产 生 的错误 2 善于 摆 脱 对 物 理 公 式 的 纯 数 学 理解 弄清物 理意义 1 会 观察 分 析 实 验 现 象 抓 住 关 键 会识别并 纠 正 实 验 中 可 能 出 现 的 错误 2 会 用误 差理论分析物 理实验结果 思 维 的 独 创 性 1 能够根据问 题 充分激 发自己 的 创造性 思维萌 芽 能 够 大 胆 质 疑 深 入思 考 提 出自己的见解 2 能够建立相关 概念之间的关系网 3 善于探索发 现新的解题规律 提 出独特 新颖的 解题方法 1 在物理问题由已知 到未知的推理分析中 能 找到符合实际的具有普 遍性的推论或结论 用于 灵活地处理相关问题 2 通过对物理概念 规 律的引申 特殊化 一般 化分析引出新的结论 3 善于将各种公式 规 律进行有机联系 并找出 它们之间的逻辑关系 1 能对所给问题 进行联想 从不同的 侧面寻找多种解法 从而获得最简解法 2 能创造性地自 编 自改物 理问题 并考察结论的变化 1 善于 从 物理公式 图 形 图象中发 现新的结论 从 而 提 出 独 特 新颖的方 法分析问题 2 善于将 多方面的数学 知识作为工具 解决疑难 综 合问题 1 会 处理 实验数据 从 中 探 索 性 地 发 掘 物 理 规 律 或 得 出 正 确的结论 2 完 成实 验报告 3 会制作 一些简单实验 器材 会设计 简单的实验 思 维 的 敏 捷 性 1 能将物理概 念文字语言 符号 语 言与图 象语言 有机相互印证 2 能通过具体 问 题概括 出一般 解题方法 思路 3 善于抓住问 题本质 迅速选择 正确的解题方法 1 注意思维的合理性 避免走弯路 2 能自觉地运用概念 和规律进行判断 分析与 综合 对比与类比 归纳 与演绎推理论证物理问 题 1 能对问题中的 物理状 态 过程 情 景有深刻地理解 并 迅速地建立物理 理 想模型 2 注意思维块的 积累并熟练地运用 3 正确地使用概 念 规律进行综合问 题的解答 能 迅 速 地 综 合 运 用 数 学 工 具 处 理 物理问题 1 根 据需 要 寻 找 实 验 仪 器 的 代 用 品 2 能 及时 排 除 简 单 的 实验故障 总之 中学生物理学科的创新能力是学科 特殊能力与创造性思维品质的整合 是一般与 特殊创造力的集合 它是由若干能力变量构成 的系统 是静态与动态结构的统一体 学科教 学活动是学科创新能力结构形成的起点和动 力 它以学科知识经验为中介 只有把学科创 新能力培养建立在学科扎实知识基础上 才能 使学生的创新精神和创新能力得到最大发展 世界四个最大科学难题 一 人体基因结构 人的基 因存储在一个螺旋形的大分子 中 现在科学家希望能准确地知道在哪一种基因中存 储哪些信息 因为每种基因由约 3 万个信息构成 要一 个一个地检查 现在才查明约 10 万种基因中的 100 种 日前 科学家们已解出一个志愿者的全部基因密 码 如能揭开全部基因的秘密 那么由于基因受损而引 起的癌症 糖尿病以及其它迄今已知的 4 000 多种遗 传疾病都可以通过修复基因来根治 二 宇宙中的黑暗物质 根据新的计算 宇宙间存 在的物质比现在天文学家看见的要多九倍 宇宙爆炸 论才能成立 然而这些物质在哪里 是什么成分 是否 还能发现大量的黑暗物质 完全是个未知数 三 受控核聚变 用 7 克氢