基于潜科学视野下的物理教学思考

基于潜科学视野下的物理教学思考

程建华①

(连云港外国语学校江苏 连云港222000)

摘 要：物理教学中要“重视科学方法教育”，“要渗透物理学史教育”已基本取得共识.在此基础上，本文进一步探讨如何使潜科学(展现形成科学结论之前的一些潜在的科学问题、思想、方法和经验)渗透于物理教学之中，使学生深刻地了解科学结论形成的过程，提升学生的思维能力，进而转变学生的物理学习方式.

关键词：潜科学物理教育科学素养学生发展

作者简介：程建华(1959-)，男，中教高级，连云港市首批名师，市学科带头人，跨世纪园丁工程国家级骨干教师，江苏省首批中考优秀指导教师，享受政府津贴.研究方向为物理教育与实验.

收稿日期：(2015-05-23)

在当今，中学的课堂教学改革，可以说，关注点基本落在了“教学”上，于是催生出了名目繁多的各种教学模式.如山东杜郎口中学自主创新的“三三六”自主学习模式；江苏洋思中学的“先学后教，当堂训练”教学模式；江苏连云港的“六模块”教学模式；河北衡水中学的“三转五让”教学模式；兖州一中“三步六段”教学法和“35+10”课堂循环教学模式等等.以上的种种做法，应该说，对于课堂教学改革起到了引领示范作用.纵观这些教学模式，其基本共性是：突出学生的学习主体，优化课堂教学结构，提高学生学习效益.笔者认为，这些做法都是以知识的掌握为前提，立足于如何让学生学得主动、学得有效，因而课堂的教学结构、活动形式、师生主体发生了一些根本性的变化，但归根结底这只是在“教学”层面上的进步.就中学物理教学而言，只停留在物理“教学”上，即知识的掌握上是不够的.在物理教学中，我们的教学思想、教学行为应该向物理“教育”层面转变.虽一字之差，但赋予物理教师的责任、物理教学的内容是完全不同的.物理“教学”更多的是组织、引导学生积极、自觉地学习和加速掌握文化科学基础知识和基本技能，而物理“教育”是物理“教学”的上位追求，它更加强调学生物理科学素养的提升和综合能力的提高.在中学物理教学中渗透潜科学教学正是物理教育的一种具体体现.

1潜科学之释义

潜科学，就是潜在形态的科学，它是相对于显科学而言的.那些处在孕育状态和不确定阶段，尚未得到严格证实和学界公认的科学思想，称为潜科学，如科学问题、科学幻想、科学猜测、科学经验等.潜科学就是要了解科学的起源萌发、思维方法、研究过程的历史演变经历.纵观物理思想方法的任何重大发现和新理论的诞生，几乎无不经历从孕育到诞生的漫长时期，少则十几年，多则几十年，甚至一辈子或几代人艰苦的努力.物理学的发展过程，实质上就是揭示科学及科学家的思维活动和实验探究——如何从潜到显的历史过程.

2物理学史 科学方法与渗透潜科学思想教育的联系与区别

物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学，它也是研究物理学知识、理论和方法的产生与发展规律的历史科学.通过物理学史的教育，能让学生了解物理概念和规律形成的来龙去脉，加深对概念和规律的理解，启迪学生对新问题的思考与认识；有助于学生了解物理学每一个成果诞生与发展的全貌，帮助学生掌握物理思想和研究方法，有利于巩固和加深对物理知识的理解，增强学生学习的主动性和自觉性，激发学生的学习兴趣；有助于学生科学精神的培养和科学素养的提高，使学生对科学研究有一个正确的认识.所以，物理学史揭示了物理学家在每一次重大探究过程中的思维活动和科学本身.物理学史既是对物理学发展中，事件、人物、时间和成就的全面记述，也是呈现在科学探究过程中多样性的科学研究方法.

在物理教学中，科学方法是我们教学中的一项重要内容，方法的传授重于知识的教学已经得到了物理教师的教学价值认同.方法是认识问题、探究问题、解决问题的一种工具；是认清物理现象，深入探究物理规律的重要方式；是打开问题之门的一把钥匙.我们每进行一次物理概念教学，探究一种物理现象，物理方法都如影随形地伴随在我们的教学过程中，与我们的教学紧密相连.

然而，潜科学进入物理教学，能够使教学结合重大理论成果，追溯科学思想在科学家头脑中的个体发育过程，揭示科学家在重大发现中所运用的创造性研究方法和思维方法；揭示科学胚胎到它成熟演变的规律，从而有助于培养学生对孕育中的科学新思想、新观点的识别能力.它能探索培养人才的新方法，使培养出来的人不仅拥有知识，更具有很强的多方面的能力：首先有很强的自学能力，不靠教师，自己有办法不断增加新知识；其次有提出问题、探究问题的能力与方法；再有分析问题，概括问题，在解决问题中提出新的想法、新的看法、新的理解的能力.

物理学史阐述的是宏观的，它侧重于研究物理学重大事件连续发展中的作用；而潜科学则是从微观的动态加以揭示，它侧重于由潜到显转化中的作用.所以，物理学史一般不包含潜科学内容，而潜科学则是对物理学史过程中每一个重大发现的深入剖析.因此，在潜科学的学习过程中，可以对科学家的科学思想有更深入的了解，对科学方法有更准确的把握，对物理知识有更深刻的理解.所以，物理学史、科学方法和潜科学三者之间既有联系，又有区别.

3渗透潜科学思想教育的两大因素

(1)转变教师的教学理念是实现潜科学教育的关键因素

作为基础物理教育者，应该明确物理教学的两大功能：一是关注物理教学思想，激发学生热爱物理的兴趣；二是传授物理学习方法，培养学生思考问题、探究问题、解决问题的能力.不可否认，在当下，由于受到中、高考的影响，片面的追求升学率使教师忙得喘不过气来，再加上教学评价的严重扭曲，使得一线教师迷失了正确的教学方向，抓学生成绩，提高学生分数也就成为教师最现实的教学追求.要扭转这种局面，教师的认识转变是关键.《全日制义务教育物理课程标准》的出台，鲜明地表明，中学物理教学已经不仅仅是知识的传授、技能的训练，而是对中学生创新精神、思想方法、动手能力、综合素质提出了更高的要求.

关注学生的发展，培养学生的能力是教师应有的责任.潜科学恰恰是强调物理思想，培养学生能力的有效切入口.因为，潜科学是强调每一个物理概念、结论、规律的产生和发展过程，其间阐释了一些物理思想、方法以及遇到的疑难和困惑，这也符合新课程中提出的，关注物理教学中过程与方法、情感态度与价值观的要求.作为一名物理教师应当学习一些物理学的潜科学理论，掌握物理学的潜科学发展历程及思想脉搏，只有这样，才能把潜科学思想运用自如地渗透于物理教学之中，才能启迪学生的智慧，影响学生的思想，开启学生的思维，培养学生的能力，让学生真正意义上的会学物理，感受物理的真谛.唯有这样，教师才能实现真正意义上的穿新鞋，走新路，拨开雾霾，引领学生走进素质教育的新天地.

(2)改变教学方式是实现潜科学教育的重要因素

有什么样的教学方式就会有什么样的教学结果，它将可能影响着学生的未来发展.

不可否认，现在有不少物理教师在教学中只注重概念和规律的叙述，只注重传授知识，很少论及这些知识成果形成的过程、丰富的思想方法、感人的故事及其建立前的潜科学形态.因而，难以有效地培养学生的思维能力、判断能力和在创新研究中所需要的科学洞察力.把潜科学融入课堂教学，追溯科学思想系统发育的历史，揭示科学胚胎演变的规律，对学科知识成果的演进历史作出必要的阐述，做到史论结合，思想和方法结合，从而有助于培养学生对孕育中的科学新思想、新观点的识别能力和学生的科学创造能力，有助于开发学生的智力潜能，提高学生的思维能力.

4两个教学案例

在现有的教材中不乏可以渗透潜科学教育的内容，去启迪学生的智慧，让学生真正了解知识背后物理学的丰富内涵，传递物理学的魅力.下面，选两个案例，谈谈如何开展课堂教学.

4.1牛顿第一定律的建立

在传统的教学中，很多教师只是演示完伽利略实验之后，便直接给出牛顿第一定律的结论，显得整个教学过程很干瘪、简单.

现用潜科学的思想方法简要分析一下牛顿第一定律的课堂教学片断(曾是笔者的课堂教学).本节课的教学目标主要是：让学生了解牛顿第一定律的孕育、诞生及其意义(而不是简单地让学生掌握牛顿第一定律).

课前笔者首先布置学生上网搜索有关牛顿第一定律的内容任务.课堂上以小组为单位交流和展示搜集到的内容.

有的小组展示了牛顿的生平，讲述了牛顿成长的故事，介绍了牛顿所做出的贡献.

有的小组学生通过查阅资料说，“2 000多年前古希腊著名学者亚里士多德提出，力是维持物体运动的原因，有力就有运动，没有力就没有运动.现在我们带来了一个玩具小汽车，把它放在讲台上，我们用力推小汽车，小汽车就运动，不推,则小汽车就会慢慢停下来，这个现象和亚里士多德提出的一致啊.”

有的小组学生根据查阅的资料说，“16世纪意大利物理学家伽利略认为，物体运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因”，并且他们还展示了下面的动画：(以下是学生上讲台的讲解)让一个小球沿斜面由静止滚下，它将滚上另一个斜面，若无摩擦，小球将滚上原来的高度，如图1所示.若减小第二个斜面的倾角，小球要达到同样的高度要通过更长的距离，如图2所示.根据这种运动趋势，继续减小倾角最终成为一个水平面，小球必将沿水平面以恒定的速度运动下去，如图3所示.

图1 图2

图3

顿时，课堂上学生活动非常踊跃，学生对产生的两种结论也争论不休，学生的认知发生了冲突.

此时，笔者适时地介入并提问，“物体运动到底是否需要力？”学生们立刻安静了下来，“现在老师也谈谈自己的想法和介绍相关内容.”

“有的同学是凭着生活经验，得出的结论是不严谨的.刚才有一个小组展示了用力推小汽车，不知大家仔细观察了没有，小汽车运动一段距离才停下，为什么小汽车不再运动下去，而会停止？能否得出力是改变物体运动的原因呢？”

伽利略认识到要想知道一个结论是不是正确，必须要通过实验验证，提出了依靠实验来验证观点的科学研究方法.在地球上，不受力的物体是不存在的，但伽利略以独特的思维方法，巧妙地设计了斜面小车实验，研究物体在某一方向不受力时的运动状态.

法国科学家笛卡儿指出：一个运动的物体，没有其他物体的作用，它的运动方向将不会改变.很显然，笛卡儿弥补了伽利略的不足.他明确指出，除非物体受到外力的作用，否则物体的运动状态不会改变.

英国物理学家牛顿在前人研究的基础上，对大量实验事实进行了深入研究和用科学推理的方法概括得出：一切物体在没有受到外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态.这就是牛顿第一定律.显然，牛顿的贡献是他提出了保持匀速直线运动状态和静止状态是物体固有属性的观点.由此可见，牛顿第一定律的形成，体现出一定的科学思想(从局部到一般)、科学方法(实验加逻辑推理)和科学精神(众多科学家艰辛研究).

可见，从以上角度来理解牛顿第一定律的发展过程，才是一个比较完整的过程.它使学生更加懂得，一个物理定律从人类开始有这个潜意识，到最后形成，要经历一个起源萌发、孕育演变、在科学方法指导下的抽象思维和反复实验并不断完善的漫长过程，才能最终成为公认的科学结论.

4.2法拉第电磁感应定律

1822年，当法拉第从自然界各种力都是相互联系的观念出发，在笔记本上写下了“把磁转化为电”的探索目标时，也只能算是一个有价值的猜测.1820年，奥斯特发现电流磁效应后，有许多物理学家便试图寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题.1831年，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路.实验发现，闭合开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流.法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应.紧接着他做了大量的实验，经过了10年的艰苦探索才将这些现象正式定名为电磁感应，才使得这个直觉的潜思想转化为显科学的规律.

此类事例很多，不再赘述.在今后的物理教学中，只要教师能以物理教育的视觉，而不再是只盯在知识的教学上，开展物理教学，学生才能真正理解物理、会学物理，学生的综合能力才能得到提高，从而培养出有创新精神，有独特思维的人.

所以，物理教学不仅仅是让学生掌握知识的结论(或者几个公式)，更重要的是让学生知道每一个结论是怎样由“潜”到“显”的演化，让学生感知在“潜变”过程中失败的艰辛、成果的喜悦和论争中科学思维的火花闪现.这就要求教师要有开阔的视野，褪去过于追求功利的教学色彩，使教学方式向物理教育方向转化.

5结语

目前，基础物理教学中，现实讲，物理教师在教学中，很少论及理论形成的过程及其建立前的潜科学形态，因而难以有效培养学生在探究活动中的科学洞察力和识别力.为弥补现有教学的这种缺陷，在物理教学中结合知识内容渗透潜科学思想，对涉及到的物理理论进行潜科学分析， 可以使学生知晓孕育时期的一些物理概念、规律或结论，了解重要的规律(结论)、重要实验等问题中孕育的科学思想和科学方法以及科学家的探索创造性思维、逻辑思辨能力以及科学的成败观和人生观；开阔学生对问题认识的全面性，拓宽学生对物理知识的学习视野，养成对问题的潜意识能力，提升学生在学习中的提问、猜想、探究等能力.

因此，潜科学作为认识和研究科学的一种新的综合性的思想方法，在培养人才的科学素养和能力等方面，愈来愈发挥着重要的作用，显示出卓越的科学教育功能.同样，从潜科学的功能与物理教育的培养目标上看，两者也有着密不可分的关系，有着共同的培养目标——全面提升学生的综合素质.

参 考 文 献

1罗绍凯,王明泉,等著．物理学的潜科学分析．北京：科学技术文献出版社，1999.2，63，77