物理课堂引入原始问题的可行性分析与策略初探_朱玉成.pdf

物理课堂引入原始问题的可行性分析与策略初探 朱玉成 刘茂军 肖 利 吉林师范大学物理学院 吉林 四平 摘 要 我国现行的物理习题教学模式虽然在传递知识的高效性 评测知识掌握水平的信度等方面有积极作用 但对于学生能力的培养却常常不能令人满意 而最近出现的原始物理问题教学具有既不同于习题教学强调知识 掌握而忽视学生能力培养 又不同于研究性学习为探究而牺牲知识传授效率的特点 因此 作者提议在传统教学 中适切引入基于现象学基础的原始物理问题 通过原始问题和物理习题的转换教学实现优势互补 本文还初步 探讨了原始问题教学的理论依托 引入原始问题时应遵循的原则和融入课堂的教学策略等问题 希望以此找到 一条医治传统教学畸瘤 实现新课程目标理念的一种新途径 关键词 物理教育 现象学 双向建构理论 经验组织理论 物理习题 原始物理问题 转换教学 前言 如何对物理课堂进行适切时代要求的教育教学改革 是当前教育研究领域的热门议题之一 这方面的研究成果 涵盖 科学 技术 社会 教学 多媒体辅助教学 物 理最新研究成果的渗透等各个领域 但这些研究或追求教 学手段的现代化 或强调与前沿科技之切合 或者注重与 社会的接轨 却都未曾考虑基于物理学最核心的特征 物 理学是基于现象基础上的科学 来提出解决方案的 这不 能不说是教学改革领域的一个遗憾 对于这个问题 著名物理学家杨振宁曾有过精辟的分 析 很多学生在物理学习中形成一种印象 以为物理学就 是一些演算 演算是物理学的一部分 但不是最重要的部 分 物理学最重要的部分是与现象有关的 绝大部分物理 学是从现象中来的 现象是物理学的根源 中国学物理 的方法是演绎法 先有许多定理 然后进行推演 美国对物 理的了解是从现象出发 倒过来的 物理定理是从现象归 纳出来的 是归纳法 演绎法是学考试的人用的方法 归纳 法是做学问用的办法 杨振宁教授对我国传统物理教育弊端的分析可谓一 针见血 基于杨振宁 现象是物理学根源 的观点 我们认 为 基础物理教学若想摆脱传统教育的弊病 实现新课程 改革之目标 就得打破高度抽象 脱离实际的物理习题一 统天下的局面 找寻一条使物理教育回归现象本源的新途 径 而在物理教学中引入原始物理问题是一个值得我们研 究与思考的一个解决方案 原始物理问题的含义 所谓 原始物理问题 是指自然界与社会生活中客观 存在 未经出题者越俎代庖式加工的典型物理问题 它只 是对现象进行了描述 保持着现实生活中物理情景的 原 汁原味 与原始物理问题对应的是习题 习题则是经过编 制者简化 抽象等处理并在设定的条件 范围内的半成品 作业 图 图 为原始问题解决的基本流程示意图 由该图可以 看出 一个物理问题的解决大致需要经历 个过程 第 步 发掘现象中蕴藏的信息 并用物理学的语言进行描述 即认识问题 第 步 丢弃跟问题无关的次要信息 通过简 化 抽象 设置物理量后转化为物理模型 即物理建模 第 步 基于物理模型选择合适的物理定律 公式 利用数学工 具经推导演算得出最终结果 即推导演算 传统的习题往往侧重于图中的后半部分 虚线区域 特别是强调第 个阶段而缺少前 个阶段 而原始问题除 了公式选取 推导演算等习题所注重的步骤外 还需学生 排除题中无关信息的干扰 于有用信息中通过抽象 概括 等方法抽取出物理模型 之后才是选取定理公式和利用数 学工具解题 我们不妨来看两道题目 题 质量为 长 的老鹰 老鹰的速度可近 似忽略 与以 飞行的飞机发生正面撞击 试利用 物 理 教 师 第 卷第 期 年 基金项目 吉林省教育科学 十二五 规划课题 课题编号 动量定理的相关知识估算从开始碰撞到老鹰完全进入飞 机体内的过程中飞机受到的平均撞击力 这是一道典 型的物理习题 而对应的原始问题则如下 题 年 莱特兄弟在美国北卡莱纳州成功地进 行了首次动力飞行 标志着飞机的问世 年 月 美国 彼得森空军基地一架 战斗机在执行训练飞行任务 时被一只老鹰撞中发动机部位 操纵失灵后坠毁 试结合 有关的物理知识画出撞击过程的图像 设置并估计相应物 理量 解释使飞机坠毁的原因 我们看到 大部分学生都能很好地解决上面第 道 题 但在面对后一道题时却往往感到无从下手 考察的 是哪个知识点 怎么连一个数字都没有 在平常的习题 中这些条件都是明确给出的 题目的物理模型也是清晰 的 在这种情况下 学生只需在头脑中找出一个合适的公 式 通过按部就班地推演便能得出最后的答案 而在原始 物理问题中 学生找不到现成的模型 也没有类似的题型 作为借鉴 需要自己通过多方面的分析 选择有用信息抽 离出物理模型 设定和估计解题所需的各个物理量 最后 选取公式 推导演算 得出答案 对于第 道题 老鹰与飞机相撞后与飞机合为一体 这显然属于 完全非弹性碰撞 的物理模型 碰撞过程满足 动量定理 碰撞前后系统动量守恒 如果设老鹰和飞机的质量分别为 和 速度为 与 碰撞后的共同速度为 整个撞击过程满足动量定理 碰撞前后动量守恒 设老鹰身长为 则撞击时间 由于 则飞机所受平均撞击力可近似表示为 之后根据生活经验 我们可以对各个物理量作出合理 的估计 例如我们可以假定老鹰质量在 之间 身长 为 飞机的速度约为 可算得飞机所受 平均撞击力的一个范围区间 如此大的冲击力会对发动机造成致命的损伤 足以解释使 飞机坠毁的原因 原始问题教学的理论依托 原始物理问题既是一种新的物理教育资源 物理教学 理念和物理教育思想 又是一种新的物理教育方式 学习 方式和评价方式 原始问题教学作为一种创新的教育模 式 主要基于以下几个理论基础 物理学基础 爱因斯坦科学思维过程理论 爱因斯坦认为科学思维只有中间过程是逻辑思维 其 开始和终结都是超逻辑 直觉 思维 习题缺少问题的始末 两个环节 只侧重了演算和推导部分 导致学生非线性 直 觉 思维的缺失 而翻阅我国现行中学物理教材 大量充斥的都是毫无 实际生活背景的 掐头去尾 的抽象物理习题 新课改以后 的部分习题 例如一些 信息题 也大都只是在形式上联 系了物理现象 骨子里并未摆脱传统习题的套路 重点仍 然是演算和推导部分 原始物理问题教学的创新之处就在 于 它把物理教育的重心从习题前移至原始问题 通过提 供给学生未经加工处理的原始情景 使试题回溯到了物理 学科的本源 物理现象 心理学基础 皮亚杰双向建构理论 双向建构理论认为认知结构 图式 的形成与发展是 源于主客体间反复地 双向地相互作用 在这个过程中 外 界信息内化以形成认知结构 内化建构 同时 认知结构 作用于环境 影响和改变环境 外化建构 传统的物理课堂往往强调对疑难点的 讲深讲透 和 对知识逻辑体系的构建 教学活动大都是围绕着知识的内 化建构而展开的 运用知识解决实际问题的外化建构过程 基本上被忽视了 原始物理问题教学之体材来源于生活 其解决又服务于生活 可以真正达到知识巩固与运用 内 化与外化建构双重收获的教育目的 教育学基础 杜威经验组织理论 杜威反对以组织完整 逻辑体系严密的抽象教材作为 教学活动的起点 而强调把知识恢复到其被抽象出来之前 的状态 因为完全由间接经验所构成的教材对学生知识的 习得是有效的 但在对学生能力的培养方面却不能令人满 意 为解决这个矛盾 杜威提出 教材心理化 的观点 强调 应以学生个人的直接经验为起点 通过对直接经验的抽 象 概括和组织 形成系统的知识 受杜威的经验组织理论的启示 我们认为可以采用原 始物理问题来实现直接经验系统化的过程 因为原始物理 问题的抽象程度介于间接经验和直接经验之间 相对于直 接经验经过了一定程度的概括组织 但又不像物理习题经 过了高度抽象加工 原始物理问题教学的优缺点及其融入课堂的策略 分析 原始问题教学与习题教学作为两种不同的物理教学 模式 在结构 表现形式与功能上存在着很大的差别 且都 存在各自的优点和不足之处 对于 抽象习题 和 原始问 题 教学的优缺点分析见表 表 分类抽象物理习题教学原始物理问题教学 优点 逻 辑 体 系 严 密 指向明确 可以较为 方便地预设问题以便 对特定知识的考察与 巩固 利于学生建立 牢固的知识网络与掌 握良好的科学方法 其 严 密 封 闭 和 演绎式的问题解决模 式能有效地训练学生 的逻辑思维能力 已经形成了一整 套行之有效的教学模 式和系统完备的知识 考查评估体系 且有 较好的整体信度与内 部效度 能很好地训练学生创 造性 发散性等非线性思 维能力 改变我国学生长 于演 绎 逻 辑 而 短 于 归 纳 非 逻 辑 的 思 维 特 点 其教学方法具有既不 同于习题教 学 强 调 知 识 掌握而忽视 学 生 能 力 培 养 又不同于研究性学习 为探究而牺 牲 知 识 传 授 效率的特点 能有效地 解决我国物 理 教 育 内 外 效度不能统一的矛盾 区别于习题 其不仅 仅强调问题解决的过程 而是贯穿了 整 个 物 理 教 育的始终 第 卷第 期 年 物 理 教 师 续表 分类抽象物理习题教学原始物理问题教学 缺陷 习惯了解决具有 完备条件的封闭性问 题的学生 在面对实 际生活中的开放性问 题时往往束手无策 外部效度低 在培养学生思维 的发散性与创造性方 面存在局限性 重知 识传授 轻方法教育 结论往往不确定 不 唯一 不利于进行标准化 考试 由 于 仍 处 于 起 步 阶 段 在教学模式和方法层 面的探索 仍 然 显 得 比 较 欠缺 通过上面的分析 我们的观点是 任何事物都是一体 两面的 习题教学固然有其致命的缺陷 原始理问题教学 却也存在不少弊端 因此不应该绝对化 更不能简单地取 代常规习题练习 物理课堂应相应地 有计划有意识地渗 透一些原始物理问题 以打破物理习题一统天下的局面 达到两者间的适切与平衡 一句话 物理教学当 以习题演 练为基础 以原始物理问题解决为升华 下面提供一些关于原始物理问题编制和融入课堂的 教学策略 从生活中引入真实素材 并做阶梯性的问题设计 物理课堂应回归于生活 服务于生活 但是在引入生 活素材时应当注意 并不是所有问题都是原始物理问题 也不是所有的原始问题都适合中学生解决 因此 教师需 要把握原始问题教学的时机 精心选择教学的切入口 适 时 适当地穿插原始物理问题 另外 在教学实践中我们发现 虽然学生在对待原始 物理问题上总体是持接纳态度的 但在初接触原始物理问 题时 由于受传统学习思维惯性的影响 总会存在着这样 或那样的困难 为了避免学生解决原始物理问题的挫败感 而造成对物理学习的畏难情绪 教师在编制原始物理问题 时应适当使用一些技巧来降低难度 例如有时可以给一些 提示作为引导 或者通过阶梯性的问题设计以作铺垫 等等 总之 要尽量让学生在平稳过渡中接受原始物理问 题 以增加原始物理问题在教学中的适切性 通过普通习题编制 真实 的虚拟原始问题 并采 用两者的转换式教学法 这里介绍一种 新 型 的 原 始物 理 问 题 编 制 与 教 学 方 法 习题与原始问题的转换式教学 在习题 原始问题 转换式教学中 教师只需通过将书本中的习题进行略微改 编 比如弱化问题条件 使问题的条件多余或不足 或改变 问题的设问方式 使问题没有明确的指向 等等 就将习 题转换成了原始问题 如果在原始问题教学中发现学生跟 不上教师的节奏 无法依靠自身能力独立完成解题 则又 可通过将原始问题还原成习题以作为铺垫引导 通过习题 这个中介桥梁来实现难度较大的原始问题的解决 这样 通过从原始问题到习题和从习题到背后的原始 问题的转换教学 不仅让学生在逆向思维过程中巩固了理 论知识 训练了各种思维 尤其是非线性思维 的能力 更 能让学生从这种转换中了解到物理与实际生活的联系 增 强学生运用物理知识至现实情境的意识 结语 新课改目标将人的全面发展放在首位 教育比以往任 何时候都更关心对学生综合素质的培养 原始物理问题 作为一个极具研究意义的课题 具有较强的理论研究价值 与实践指导意义 应该成为解决中国物理教育弊病 实现 新课程改革目标的一条可行性途径 希望能引起国内研究 者和教育工作者的关注 进而促进我国科学教育的发展 参考文献 杨 振 宁 杨 振 宁 文 集 上 海 华 东 师 范 大 学 出 版 社 刑红军 陈清梅 从习题到原始问题重要变革 课程 教材 教 法 邢红军 物理教育的生态化及其对物理课程改革的启示 教育 科学研究 袁志远 用建构主义理论构建英语教学模式 教书育人 高教论 坛 李志伟 杜威教育思想的哲学溯源 广西师范学院学报 哲学社 会科学版 邓鹏 在生物习题教学中引入原始问题的思考 教学与管理 周武雷 基于原始物理问题的大学物理教学实践 大学物理 谢卫勇 现代物理知识与中学物理教学 物理教师 收稿日期 上接第 页 最后 在知识教学中结合方法的教学 即教授精加工策 略的方法 例如结合有关教学内容 经常不断地向学生介绍 一些进行精加工的实例 丰富学生的感性认识 增进他们