理论教育 培养学生科学思维的原则:基于核心素养的物理学科能力探究

培养学生科学思维的原则:基于核心素养的物理学科能力探究

时间:2023-08-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过这样的教学,学生不仅对万有引力定律建立的过程有了较深入的了解,还感受到物理科学思想和方法对物理学发展的重要作用,知道了物理科学思想和方法对研究物理问题的潜在影响。学生的这次经历对后面研究牛顿第二定律及相关实验带来了深刻的影响,笔者相信这种影响将是深远的,只有体验才会感悟出真谛。

培养学生科学思维的原则:基于核心素养的物理学科能力探究

一、统一性原则

统一性原则是指在传授科学知识的同时,对学生进行科学思想和方法的教育,要把知识的传授和思想方法的渗透统一起来,促进知识的掌握和能力的培养。物理科学知识是依附于科学思想和方法而发展起来的,如果离开了科学思想和方法,人们就无法与自然界进行对话,也就形不成系统的物理知识。也就是说,物理知识是人类凭借科学思想和方法主动与自然界发生相互作用而得到的对事物的认识。反之,物理思想和方法的学习也不能离开具体的物理知识。科学思想和方法是抽象的,是科学家在长期的、复杂的科学研究过程中在头脑中形成的科学观念和解决物理问题的工具,脱离了具体物理问题,单纯地讲科学思想和方法是空洞的,只会使学生感到茫然。只有在教学中将知识产生的过程展现出来,将人类研究物理问题的思想和方法挖掘出来,在掌握物理知识的同时体验、感悟科学家研究自然规律的思想和方法,这样的教学必然会带来最理想的效果。

例如,在万有引力定律的教学中,我们可以结合万有引力定律的发现过程,将物理思想方法的教育渗透进去。苹果落地使牛顿产生一种灵感,他猜想地球和苹果之间有引力,是不是所有物体之间都有引力?于是他利用了演绎推理的方法,把牛顿运动定律用于天体运动,用地球表面物体的重力加速度月球轨道上的加速度进行类比,导出万有引力定律公式,并把它推广到所有的物体之间。牛顿在导出万有引力定律的过程中应用了提出假设、联想类比、推理演绎、合理外推等多种物理方法,牛顿的思维活动也包含了多种非逻辑思维方法和逻辑思维方法。通过这样的教学,学生不仅对万有引力定律建立的过程有了较深入的了解,还感受到物理科学思想和方法对物理学发展的重要作用,知道了物理科学思想和方法对研究物理问题的潜在影响。

二、理论学习和实际体验相互结合原则

该原则是指在理论学习的同时,要重视学生的实践活动,在教师的引导下,通过学生自己的观察、思考和体验,能动地认识物理思想和方法。物理思想和方法可以看作是相对于物理概念、物理规律这些显性知识而言的隐性物理知识,它本身就渗透在具体的物理知识之中,可以通过实际探究显露出来,我们要善于引导学生自己去寻求、发现这些隐性知识,而不是奉送这些真理。(www.daowen.com)

例如,在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,学生基本都知道弹簧受到拉力会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等,弹簧的伸长越大,弹力也就越大等定性的知识,但弹力跟弹簧伸长的定量关系到底如何?我们给每组学生提供了实验器材(铁架台、弹簧、刻度尺、钩码、三角板等),让他们自己寻找其中的关系。但很快发现许多学生只是简单地写出了结果,当问学生是怎么知道这个结果时,居然有好多学生说初中教师总结的,他们根本没有认真去做实验。在笔者的指导下,学生又重新认真地做了实验,并在后面的交流中基本上体会到了该实验的丰富内涵,如实验探究的思想、数理思想、数据的处理方法、观察法、图像法、猜测函数表达式及改变自变量对函数表达式的影响等。学生的这次经历对后面研究牛顿第二定律及相关实验带来了深刻的影响,笔者相信这种影响将是深远的,只有体验才会感悟出真谛。

三、循序渐进的原则

循序渐进原则是指对学生进行科学思想和方法的教育时,应根据学生的认知结构,逐步深化,在教学中不断发展学生自己的科学思想和方法。学生学习物理概念和物理规律是一个由简单到复杂的逐步深化的过程,而物理思想和方法的渗透也只能在学生学习具体物理知识的过程中逐步展开。如对力的概念的认识就要经历一个渐变的过程:力是物体之间的相互作用(在牛顿第三定律及动量守恒定律中得到进一步的理解),力是改变物体运动状态的原因(和牛顿第一定律结合起来),力是使物体产生加速度的原因(和牛顿第二定律结合起来),力对时间和空间的积累效果(分别和动量定理动能定理相联系)。学生只有通过对力的概念和作用效果的深入理解,才能慢慢体会到牛顿的物理框架(认为找到了力的规律就找到了对运动现象的解释)。因此,对物理思想方法的渗透教育要注重循序渐进,逐步渗透,不能寄希望于短期行为。例如,建立物理模型并根据模型来分析物理问题,是物理学研究中最常用的方法。很多学生不会根据题目的要求自己建立一个对应的物理模型,不知道运用什么物理模型去分析问题。针对这一现象,教师应该在教学中有计划、逐步地让学生掌握用物理模型分析问题这一重要方法。首先,让学生通过具体的例子明确什么是物理模型,为什么要建立物理模型和怎样建立物理模型;其次,要求学生会用已知的物理模型分析和解决物理问题;最后,要求学生会根据物理问题的要求,自己建立对应的模型并用来解决问题。

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