物理科学方法显化教育的理论与实践研究
2011-10-19邢红军
邢红军
☆专栏:物理科学方法教育☆
物理科学方法显化教育的理论与实践研究
邢红军
编者按:
首都师范大学课程与教学论博士生导师邢红军教授领导的物理教育研究团队,近年来在北京市“十一五”规划教育科学课题的资助下,致力于物理科学方法教育的显化研究,在科学方法教育的基本理论、科学方法教育的分类理论、科学方法教育内容的显化等方面取得了重要的进展,促进了科学方法教育研究的发展,本期发表他们的系列研究成果,以飨读者。
我国物理科学方法教育研究已经开展多年,时至今日,仍然有一些理论和实践问题没有得到很好解决。如,科学方法教育的地位、科学方法的分类、科学方法的教育内容。围绕这些重要的理论问题,首都师范大学物理教育研究团队开展了卓有成效的研究,取得了显著进展。
一、物理科学方法教育的理论进展
科学方法教育的地位问题,即科学方法教育与知识教育的关系问题,历来是一个争论不休的问题。长期以来,科学教育界一直对这个问题进行深入探讨并逐渐形成了知识中心教育观。美国的霍尔顿提出了物理学三维结构模型,前苏联的费多琴柯提出了经典力学结构平面图。霍尔顿认为物理学的任何一部分内容的结构及其发展都可以分解为3种因素或3个坐标:x—实验(事实),y—物理思想(逻辑、方法论等),z—数学(表述形式或计量公式)。这一普适性的物理学科结构模式也为物理学各分支学科、各单元课题的结构及其教学规律指出了道路。费多琴柯的学科结构图进一步把三维结构投影到平面上,形成上(实验)、中(核心理论)左(科学方法论)、右(数学)、下(延伸与应用)5个区域,从而全面地反映了物理学科上述5个特点和物理学知识的3个主要成分及其相互关系,特别是反映了知识和方法的关系(如图1所示)。
当然,这一立体结构模型及其投影还有待进一步探索。但这样的结构启发我们进一步具体探索知识—方法—能力的相互关系。从这种基本思想出发,我们提出了科学方法中心的物理学知识—方法结构图(如图2所示)。
图2 知识—方法结构图
图2表明,知识—方法结构图主要包括5个部分:科学现象、科学知识、科学方法、数学以及延伸与应用。科学方法处于结构图的中心,分别与其他4个部分相联系。图中的箭头表示了不同部分之间的相互关系,不同部分之间也会发生联系,但这种联系须经由科学方法才能实现,科学方法起到桥梁和纽带的作用。科学发现认识论认为,现象是科学的根源,在科学发现过程中,科学现象与科学理论并不存在直接关系,科学现象要借助于科学方法的参与才能进一步形成科学理论。同样,科学理论的应用也不是直接完成的,它需要科学方法的介入才能成功解决问题,科学教育同样也是如此。我们认为这样的结构图才能准确地反映出科学知识与科学方法的关系。
二、物理科学方法教育的内容进展
科学方法的分类问题,同样是困扰物理教育工作者的问题。不解决这个问题,科学方法教育内容问题就很难得到恰当的解决。我们经过长期的理论思考,逐渐形成自己的观点。
在“智力—技能—认知结构”能力理论中,我们从能力因素的来源出发,区分“硬能力”与“软能力”。我们认为,由于智力和技能均是人的大脑的功能,因此,定义其为“硬能力”。而人们通过后天学习在大脑中拥有的知识、科学方法所形成广义知识结构——即认知结构,其功能就相当于人的能力的“软件”,因此,定义其为“软能力”。
在能力结构中区分“硬能力”与“软能力”有着重要的意义。因为根据这种区分,我们不仅清楚了能力因素中的智力、技能、知识和科学方法的不同属性,更为重要的是,我们进一步明确了在能力因素中,智力的提高和技能的形成主要是靠训练而达成的,而能力因素中的知识和科学方法则可以通过传授、探究或发现使学生掌握。
从这种基本思想出发,我们把科学方法分为了思维方法和学科方法。前者是主观的,是大脑的功能,需要训练才能使学生形成与掌握,后者是客观的,不是大脑的功能,需要传授才能使学生习得与掌握。这样一种分类方式,不仅来源清晰,而且与教育方式在逻辑上是自洽的。它有效地避免了将思维方法与学科方法混为一体的分类方式,使科学方法教育内容的研究豁然开朗。进一步,我们把学科方法分为获得知识的方法和应用知识的方法,这就使得科学方法教育内容的显化顺理成章。
按照对应原则,我们分别显化了获得物理知识的物理方法和应用物理知识的物理方法,见表1和表2:
表1 获得物理知识的物理方法
表2 应用物理知识的物理方法
这样,就初步显化了物理教学中的科学方法教育内容。
三、物理科学方法教育的实践进展
在物理科学方法教育显化研究中,我们认为,科学方法与知识不同,它所涉及的不是物质世界本身,而是人们认识物质世界的途径与方式,是高度抽象的。如果只从隐性教育角度进行教学,学生也可能从中学到一些科学方法,但只能是零星的、不连贯的,收效甚微。但若脱离具体物理知识去传授科学方法,则更不可取。这样,就形成了一种科学方法教育途径的两难处境。因此,我们尝试寻找一种恰当的教育方式,在显化科学方法的同时,进行科学方法教育途径的创新,使学生对科学方法的了解切中要害。我们认为,这就是结合科学方法的物理概念与规律教学。
概念与规律既是物理教学的核心,又是学生物理学习的起点。从核心着手贴近教学本质,从起点出发符合认知顺序。事实上,物理知识与科学方法本来就是一种水乳交融的关系,每一个概念与规律的得出,都自始至终贯穿着科学方法。如果把物理学喻为珍珠项链,那么物理知识是珍珠,而科学方法就是串起珍珠的那根“线”。因此,我们认为:只有通过结合科学方法的物理概念、规律教学,只有使学生在每一个物理概念、规律得出过程中真切体会科学方法的作用,学生头脑中的科学方法才能显示出其内涵、色彩和格调,才能显示出其内在的理由、作用和功能,学生学习过的科学方法才能真正活起来。正是在这个意义上,我们认为结合科学方法的物理概念、规律教学,是科学方法显化教育途径的创新。
基于此,我们在物理概念、规律教学中进行了结合科学方法的显性教育。
1.被试选择
在同一所中学选择2个平行班级,2个班级的物理任课教师相同。
2.实验设计
采用固定组比较设计:利用研究之前已经形成的两个原有整组,仅对其中一组给予实验处理,然后对两组进行后测比较的一种研究设计。其基本设计模式如图3所示:
图3 固定组比较设计模式图
由图3可以看出,本研究的2个组分别为实验组和对照组,且为两个随机(以“R”表示)等组。实验组接受实验处理(以“X”表示),而对照组不给予任何实验处理(以“---”表示)。实验后,对2组同时进行同样的后测验,并分别获得测验结果O1和O2,通过比较O1和O2可以得到实验结论。
本研究在实验班中采取科学方法显性教育方式,对照班未施加任何干预,经过一段教学之后,用同一试卷进行测试,对学生成绩进行统计检验。
表3 实验班和对照班数据差异分析
由统计结果可知,结合科学方法的物理概念、规律教学的科学方法显化教育途径是可行的。
[1] 阎金铎,田世昆.初中物理教学通论[M].北京:高等教育出版社,1989
[2] 邢红军,陈清梅.论物理能力的基本理论研究[J].首都师范大学学报(自然版),2006,4:27~32
[3] 肖骁.高中物理课程标准中的科学方法教育内容显化研究[D].北京:首都师范大学,2010
[4] 赵维和.高中物理知识应用中的科学方法教育内容显化研究[D].北京:首都师范大学,2011
[5] 陈清梅,邢红军,李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程•教材•教法,2009,8:52~56
[6] 刘兆坤.高中物理知识应用中的科学方法显化研究[D].北京:首都师范大学,2011
[7] 高飞,邢红军.以科学方法引领初中重点物理知识的教学[J].中国现代教育装备,2011,4:88
[8] 陈清梅,邢红军,李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程•教材•教法2009,8
[9] 邢红军,陈清梅.论“智力—技能—认知结构”能力理论[J].北京:首都师范大学学报(自然科学版),2005-9-20
邢红军,博士,教授,博士生导师。
首都师范大学物理系。
本文系北京市“十一五”规划教育科学重点课题“高中物理科学方法教育内容显化的理论与实践研究”成果(编号:ABA08010)。