发挥中学物理育人价值的策略探讨

杨映川 石志青

(1. 秦皇岛市教育科学研究所,河北 秦皇岛 066000; 2. 秦皇岛市新世纪高级中学,河北 秦皇岛 066000)

物理学的发展是人类精神、智慧和能力的结晶,物理学的内容是科学思维、方法和品质的体现,所以,无论是物理学的发展历史还是物理学的内容无不蕴含着丰富的育人价值.中学物理作为文化背景丰富、实验特色明显、与社会生活联系广泛的学科,有着独特的教育功能.因此,面对未来的挑战,物理教师在重视物理教学的同时更要关注物理知识的文化取向,充分挖掘并利用物理学科的育人价值,更多掌握物理知识的知识,从传统的以知识为本的物理教学走向以核心素养为导向的物理教育.

1 在科学方法教育中发展科学思维

物理学是科学方法和科学思维的重要来源,从物理概念的建立、物理定律的获得、物理定理的推演、物理知识的学习以及运用等过程中,无不体现着精妙的科学方法和严密的科学思维.这些方法和思维的习得不仅有助于学生物理学科和其他学科的学习,更会对其一生产生积极的影响.

1.1 科学方法

方法是活的知识,方法教育是教学的重要组成部分,它与知识教学、能力培养、品德培育密不可分,并对其有重大的指导、带动和促进作用.中学物理中常见的方法有控制变量、等效替代、理想实验、模型构建、数学应用、极限、对称、分类、类比等等. 在日常课堂教学中,应有意识地渗透这些方法,在涉及方法的有关教学内容时,可设计一些相关的情境或问题引导学生自主思考和解决,通过问题的解决让学生感悟和应用有关方法.例如在瞬时速度的教学中,可以在平均速度的基础上提出:如果所取的时间越来越短,那么对应的速度对物体运动的描述和原来比较有什么不同? 如何描述物体在某一瞬间运动的快慢?然后引导学生思考、讨论和解决问题,最后教师说明这就是物理学中常用的极限方法.在这个过程中,学生无形中感悟和运用了极限的方法,将会对极限的方法留下深刻的印象.再如在牛顿第一定律的教学中,可以演示物块在同一斜面高度下滑到由粗糙到平滑的不同平面上的滑行距离,然后引导学生思考平面光滑程度与物块滑行距离的关系,最后提出如果平面足够长且足够光滑,那么物块会怎样运动?这样在学生自行得出牛顿第一定律的同时又能够体会到“抓住主要问题忽略次要因素”的理想实验方法.

1.2 科学思维

科学思维是人脑对客观事物的本质属性、内部规律性及事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映,是在表象、概念的基础上进行分析比较、综合判断、抽象概括、推理论证等认识活动的过程.在教学中让学生感受和体会这些物理学最典型的特点,培养学的科学思维品质,不仅有助于学生物理的学习,而且会影响学生思维的方式和习惯,提高学生理解、思考、分析、判断和评价各种事物的能力.教师要明白能力不是讲给学生的,是在学生的经历、体验、感悟和应用中逐步培养的.教学过程要从“知识的重演”走向“知识的重演”,以问题驱动的方式引领学生经历、体验、感悟科学家曾经发生的思维活动,以潜移默化的方式逐步培养学生的科学思维能力.在习题的教学中,尽量做到一题多变、一题多解,多题归一,要引导学生善于从一般性中寻找特殊性,从特殊性中归纳一般性.要给学生足够的时间与空间,放手让学生思考、讨论并自行解决问题.

1.3 质疑创新

质疑创新是科学思维的重要组成部分,是未来社会发展所需要的最主要能力,也是我国教育最为欠缺的方面.一个真正的创新人才应该具有追求和坚持真理的精神;具有好奇心和求知欲,具有创造性思维和想象;要勤于思考,敏于思考,善于思考.以实验为基础,以客观世界为对象的物理学,在培养学生创新能力方面具有独特的作用.

(1) 宽松自由、和谐民主的学习氛围,是培养学生创新能力的必要环境.教师要弱化对课堂的控制,尽量减少对学生行为和思维的无谓限制,让学生成为课堂的主人.要给学生足够的空间和时间让其自由驰骋、自由表现, 获得创造最宽松的思维想象空间,真正体会到学习的心理自由.

(2) 质疑是创新的前提, 教师要淡化自己的权威,鼓励学生敢于挑战权威,敢于开口,敢于质疑,敢于提问,敢于说“不”.同时,教师要对学生的独特的想法和做法给予及时的褒奖评价, 从而建立起创新学习的自信心.

(3) 爱因斯坦说过“我并没有什么特殊的才能,我只不过是喜欢寻根问底的追究问题罢了”.问题是创新的土壤,创新总是在问题解决中发展起来的.要充分利用学生对生活、生产和科技前沿的兴趣,在教学中要充分联系学生熟悉的生活、生产和现代科技实际,创设符合教学内容和要求的真实问题情境.通过学生的主动参与、积极思考、质疑问难、真实感悟,调动学生的创新意识,发展学生的创新思维,通过对前沿科技科的展望,激发学生的探知欲望.

(4) 培养学生的创新能力,离不开实践活动,实验是物理教学中的主要实践活动,是培养学生创新能力的重要途径.要引领和提倡学生利用生活常见器材设计新实验,鼓励学生对原实验进行新思维、提出新见解、发表新观点.

2 在科学史教学中提升科学态度

物理学的发展史是一部科学家们的奋斗史,其中充分体现了科学家们大胆创新、不畏艰难、勇于探索、坚持真理、坚韧不拔等科学精神,凸显了科学家们实事求是、严谨认真、勤于思考以及强烈的求知欲与好奇心等科学态度.在教学中注重对学生科学精神和科学态度的培养,不仅有助于学生物理学科的学习,更有利于学生一生的发展.

2.1 科学精神

在物理教学中,适时介绍各个科学家的个人事迹,学术成果以及他们的人生阅历,让学生了解并感悟他们为真理而奋斗的艰苦经历,可以培养学生的科学精神.例如在进行开普勒定律的教学时,先介绍为“三大定律”奠定基础的哥白尼的“日心说”以及坚持真理为此付出生命的布鲁诺和惨受迫害的伽利略,然后介绍第谷20年坚持不懈的辛勤观测和记录,最后介绍开普勒受着个人在家庭方面遭受的巨大不幸,在很少有人理解和支持的困难条件下,大胆质疑统治人类思想达2000年之久的"匀速圆周运动"偏见,历经4年加9年的艰苦计算和辛勤探索,创造性地得出了在他有生之年没有得到承认的开普勒三大定律,并为牛顿运动定律的建立打下了基础.

2.2 科学态度

物理学的最大特点就是以实验为基础,从实验出发,去寻找发现规律,再用实验来验证规律,其本质就是基于客观事实、寻找客观规律,其中充分体现了热爱科学、实事求是、一丝不苟、严谨认真的科学态度.在物理教学中要充分挖掘和利用有关素材,逐步培养学生形成科学态度.

2.2.1 利用物理学本质的客观性

物理的学习是前人基于客观事实而得出的客观规律的学习,因此,物理的学习离不开尊重事实、实事求是、严谨认真的科学态度,容不得丝毫的粗心大意,可谓“失之毫厘谬以千里”.在日常的教学中要严格要求学生逐步培养这种态度,例如物体的受力分析必须要尊重事实、一丝不苟,不容半点的马虎,否则,问题的解决将无从谈起.

2.2.2 利用物理学史

物理学史上所有物理学家都是出于好奇心或对科学的热爱,以实事求是、严谨认真、一丝不苟的科学态度,坚持不懈地进行着对自然规律的探索而取得了伟大的成绩.在进行有关内容的教学时都从这个问题的历史开始讲起,适时给学生介绍相关科学家们的事迹和所持态度,让学生学习知识的同时也明白科学态度的重要性.例如介绍如果没有第谷持之以恒长达20年对天文现象的观察与记录,就没有开普勒三大定律等.

2.2.3 利用物理实验

物理学科以实验为基础,要充分利用学生喜欢实验的特点,对学生进行科学态度的培养.在学生参与实验的过程中,根据实验需要对学生提出严格的要求,让学生认识到实事求是、严谨认真的科学态度在物理学的研究和学习中的重要性.在教学过程中,利用学生身边的生活或学习用具设计一些新奇、生动、真实、直观、精巧有趣的演示实验,能够激发学生的好奇心和学习兴趣； 还可以将自然现象实验化,用课堂中实验来模拟演示自然现象以促进学生形成科学态度,例如用实验模拟演示雷电和雷击现象等.

2.2.4 利用物理学的实践性

物理学是通过实践的方式来认识和改造自然的,与生活、社会和自然密不可分.在教学中,以学生熟悉的生活生产为情境,让学生“身临其境”,不仅有利于增强学生理论联系实际的意识,也有利于学生形成尊重事实、热爱学习的科学态度.向学生介绍物理与现代科学技术的关系以及物理知识在实际中的广泛应用,让学生知道物理不仅是有用的而且是有趣的,例如通信技术、航天技术、能源技术、人工智能等.还可以在教学中把一些简单的问题复杂化,让学生去探究、合作,从而在成功中感受学习探索的乐趣.

3 在STSE教育中增强社会责任

在古代和近现代历史上,我国有许多物理学家为物理学以及我国的科技发展做出了巨大的贡献,也留下了许多可歌可泣的事迹;历史上也发生过多次由于技术的运用或管理不当而造成的灾难性事件,结合教学内容适当介绍这些有利于增强学生的社会责任感和爱国热情.

3.1 社会责任

教师要具有STSE教育理念,在教学活动中,适时渗透STSE意识,让学生理解物理学与技术、社会、环境的相互关系.在近现代,为我国科技事业的发展有许多科学家做出了卓越贡献和感人的事迹,如钱学森艰难曲折的回国经历以及为我国航空航天和导弹事业做出的突出贡献；邓稼先为我国核武器的研制做出的贡献以及牺牲时还不忘保护资料的感人事迹，黄大年为我国深潜技术做出的卓越贡献以及累死在工作岗位上的动人事迹，为我国潜艇事业隐名埋姓三十年的黄旭华等等.结合教学内容适时向学生介绍他们的贡献和事迹,有利于促进学生献身科技、造福人类、振兴国家的责任和意识.

和任何事物一样,物理学的发展对人类也是把双刃剑,在促进人类文明发展的同时,如果运用不当,也会对人类产生灾难性后果.如由核能的研究而产生的核武器以及二战中在日本的原子弹爆炸、切尔诺贝利和福岛核电站泄露、由于技术的进步而造成的资源的过度开发和环境污染问题等,在教学中适当介绍有关的事件,有利于增强学生的社会责任意识.

3.2 爱国热情

我国是四大文明古国之一,历史悠久,文化繁荣昌盛.早在春秋战国之际,已出现《考工记》、《墨经》这样记载有丰富物理知识的典籍,如《墨金》中所言“力,刑之所以奋也”,即给出“力是使物体运动状态发生变化的原因”的正确判断,明代朱载堉的《乐律全书》是世界上最早以数学方法解决等程律问题的音乐与声学的杰作.在近代我国科学家们也为物理学的发展做出了杰出的贡献,取得了非凡的成绩.如杨振宁、丁肇中、吴健雄等华裔物理学家因在物理学上的特殊贡献而获得诺贝尔物理学奖,再如我国在量子通讯、核聚变控制、超大型计算机、人工智能、航天技术等方面的研究与应用走在世界的前列等.在日常教学中,适时向学生介绍我国的这些贡献和成绩,有利于激发学生的爱国热情和增强学生的民族自豪感.

3.3 环境知识与环保教育

环境是人类生存的基本前提,随着技术的进步和经济的发展,环境问题已成为当今世界突出的问题.物理学中的核、声、光、电、力等都与环境存在着密切的联系,具有丰富的环境教育资源.在物理教学中渗透环境教育可以使学生更加了解环境知识,培养学生对环境的责任感,提高可持续发展观念.

3.3.1 课堂教学中的渗透

结合教学内容,将环保知识融入到课堂教学之中,不仅可以使学生认识物理与环境的关系,而且可以提高学生的环保意识.例如在涉及到能量守恒及能源的开发利用时,可以介绍传统能源的枯竭趋势和利用所造成的环境污染、新能源的开发利用以及对环境的影响;再如讲核能时可以介绍人类利用重核裂变制造的原子弹和核电站以及对社会环境的影响,还可以介绍轻核聚变的环境优势及其存在的技术难题和研究现状等.

3.3.2 实验教学中的体验

实验具有直观性和可操作性,是渗透环保教育的重要途径.可以利用实验演示自然环境现象,将自然环境现象实验化,例如自制器材演示雷电现象、静电除尘以及避雷针等.让学生在直观中感悟、动手中体验物理对环境改善的积极作用.同时,要亲自并鼓励学生利用废旧材料进行实验,例如利用塑料杯、易拉罐等废旧材料做膨胀、失重、除尘装置等实验,使实验更加亲切直观的同时更有利于培养学生的环保意识.

3.3.3 实践活动中的经历

环保意识的培养离不开学生的亲自参与,结合教学内容组织开展一些以教学内容为主、渗透环境教育的实践活动,有利于增强学生的环保意识,提升环保能力.组织学生参加如“统计计算家庭用电的情况并提出节能措施”、“家用电器在待机状态下断不断电源的耗能比较”、“学校或家庭周围噪音污染的来源调查及应对措施”、“建筑材料对环境的影响”、“各种取暖方式对能源消耗的比较分析”等实践活动,让学生在活动中培养环保意识和提高环保能力.同时,要结合教学内容不断引领学生观察自然、了解自然、走向自然,让学生懂得在向自然索取的同时,更重要的是改善和保护自然,树立可持续发展的理念.

4 在物理知识教学中渗透美育

杨振宁提出物理学具有“物理现象之美”、“理论描述之美”、“理论结构之美”. 物理学发展史是一部美学发展史,很多物理定律就是在追求美和艺术的基础上发现的.物理学的美学特征主要表现为“多样统一美”、“和谐奇异美”、“简洁明快美”等.在教学中适时渗透和展示物理之美,以美感人、以美育人,能大大激发学生学习的兴趣,有助于提高学生的整体素质,科学素养和审美能力.

4.1 物理学的简单之美

物理学将纷繁的自然界中蕴含的复杂规律以简单的方式呈现出来,从而产生简单之美,这种简单之美主要体现在理论和方法上.物理理论的简单美体现在概念和规律表达上,如牛顿只用几条简单的定律就概括了宏观世界从天上到地上的运动规律;麦克斯韦只用四个方程就概括了复杂的电磁运动;量子力学使行踪飘忽不定的微观粒子眉目清晰等,这些都体现了物理学理论的简单之美.简单之美体现在物理方法上,就是物理学巧妙地从复杂的真实世界中,抽象出最简单的物理模型,诸如质点、弹簧振子、单摆、 电荷、光线等,这些理想模型和理想方法本身就是遵循简单性原则.

4.2 物理学的对称之美

对称现象是辩证法的生动体现,物理学因揭示自然世界的对称性而产生对称美.对称美主要体现在时空对称、数学对称和抽象对称.如单摆的运动、圆周运动、天体的运动、平面镱成像、磁感线分布、电场线分布等体现了时空的对称性;万有引力定律和库仑定律、简谐振动图线、波动图线等体现了数学的对称性.物理学家通过某个已知的现象或规律,根据对称性来探索未知的现象或规律,这就是抽象的对称性.如电磁学知识结构的形成过程就是物理学家追求对称之美的过程,由“电生磁”,为了追求对称之美,终于实现了“磁生电”,从而完成了电与磁之间完美的对称统一.正是这些基于对称性的抽象思考,才逐步解开了宇宙密码,推动了物理学的发展.

4.3 物理学的和谐之美

和谐是美学的一个重要法则,自然万物之所以美,是因为它们是和谐的,物理理论关于自然规律的“统一”“对应”是宇宙和谐的反映.物理学庞大的知识体系,既遵循各自内在的规律,又相互联系,构成一个和谐统一体.例如,牛顿运动定律和万有引力定律将地上与天上统一起来;麦克斯韦方程把电、磁、光统一起来;而爱因斯坦相对论,又把牛顿力学与麦克斯韦电磁场理论统一了起来.而三大守恒定律乃是自然界和谐性最完美的体现.

4.4 物理学之奇妙之美

物理教学尤其是物理实验教学中,会产生许多学生在日常生活中难以看到的奇妙现象,学生对这些奇妙现象的产生、观察和解释过程,也是体验和感悟美的过程.如光的色散现象;声音的共鸣与反射;失重情况下的各种奇妙的现象;电和磁以及电磁感应中的各种新奇美妙的现象等.

4.5 物理学对美学艺术的促进

物理学的发展也有助于美学艺术的发展,许多艺术作品的创作灵感源自于物理知识和物理学的发展.如《流浪地球》源自于“天体的运动”、“碰撞和反冲”等物理知识,尤其是以爱因斯坦相对论为理论的有关时空穿越的优秀影视作品和艺术作品更是不计其数.这些都可以作为物理教学和美学艺术融合的切入点,在物理教学中渗透,使学生有兴趣关注美学艺术,提升学生对艺术的鉴赏能力.

总之,物理教师要顺应时代潮流、转变教育观念、破解“五唯”困境,充分挖掘和利用物理学科的育人价值,从“物理教学”走向“物理教育”,真正做一个“我是用物理教学生的”物理教师.