任何一種科學(xué)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生,都必然要經(jīng)過(guò)一段醞釀、孕育與發(fā)展的過(guò)程,任何一種科學(xué)觀念,在其初的表現(xiàn)形式上,只能是一些閃光的思想、猜測(cè)、直覺(jué)與靈感的波動(dòng),正是這種新思想的潛流與舊觀念、舊理論的沖突與重組才能產(chǎn)生定向的新思維。所謂潛科學(xué)思想就是指科學(xué)結(jié)論與原理產(chǎn)生之前所隱含的科學(xué)思維與科學(xué)方法論的總和。
物理學(xué)發(fā)展史包含著豐富的潛科學(xué)思想,在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,是改革傳統(tǒng)教育觀念,進(jìn)行素質(zhì)教育,提高教學(xué)質(zhì)量和效率的有效方法。
一、在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和掌握
探索性是潛科學(xué)思想的顯著特征。物理學(xué)家在探索物理現(xiàn)象和規(guī)律的過(guò)程中運(yùn)用的方法是豐富多彩的,物理學(xué)發(fā)展史證明了這樣一個(gè)事實(shí):科學(xué)物理方法的產(chǎn)生和完善,是推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者大都有同感,他們?cè)趯W(xué)習(xí)期間主要的不是向?qū)煂W(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí),而是學(xué)習(xí)導(dǎo)師如何工作及怎樣思考,怎樣對(duì)待事物,怎樣處理問(wèn)題,從中學(xué)到有效地思考、處理問(wèn)題的思想方法和工作方法在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想。就是要把課本中的概念、規(guī)律的產(chǎn)生過(guò)程,以及物理學(xué)家對(duì)其探索的種種曲折展現(xiàn)給學(xué)生,從而使學(xué)生受到科學(xué)方法的教育和熏陶。
二、在物理教學(xué)中適用潛科學(xué)思想,有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力
創(chuàng)造性是潛科學(xué)思想的一個(gè)本質(zhì)的特征。安培在人們還根本不了解分子電流結(jié)構(gòu)的情況下,提出分子電流假說(shuō);法拉第在超距作用觀點(diǎn)占統(tǒng)治地位時(shí),提出電磁作用的傳播需要媒介和時(shí)間。物理學(xué)中任何一種新概念的建立;新規(guī)律的發(fā)現(xiàn),新理論的創(chuàng)造,都包含著新的思維方式和研究手段。這種創(chuàng)造性工作的科學(xué)程序?yàn)椋簩?duì)舊觀念、舊理論的懷疑──新假說(shuō)的提出──新假說(shuō)的證實(shí)──新假說(shuō)的形成──新理論的建立。在中學(xué)物理教學(xué)中,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容滲透這一研究程序,鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思想是大有幫助的。
三、在物理教學(xué)中適用潛科學(xué)思想,有助于破除學(xué)生頭腦中先驗(yàn)的錯(cuò)誤概念
模糊性是潛科學(xué)思想的一個(gè)基本特征。任何一種新的科學(xué)假說(shuō)的提出,開(kāi)始階段總是朦朧不清,很不成熟的。例如,伽里略在研究落體規(guī)律時(shí),否定了亞里士多德“重物落得快”的結(jié)論,但他在探索正確結(jié)論時(shí),仍受“重物落得快”的影響,首先想證明的是“落體速度與落體和介質(zhì)的密度差成正比”,當(dāng)實(shí)驗(yàn)否定了這個(gè)假設(shè)后,他才開(kāi)始轉(zhuǎn)向“在真空中一切物體將等速下落”的假說(shuō)和證明,在物理教學(xué)中注意向?qū)W生揭示這些過(guò)程,可以防止學(xué)生在日常生活中由于自發(fā)“內(nèi)化”而形成的錯(cuò)誤概念對(duì)形成正確概念的影響。
四、在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,有助于開(kāi)闊學(xué)生的視野,豐富學(xué)生的知識(shí)背景
反常性是潛科學(xué)思想的一個(gè)重要特征。反常性包括反傳統(tǒng)觀念,反常規(guī)思維,反常規(guī)方法等。例如,17、18世紀(jì)人們習(xí)慣于孤立地考察各種現(xiàn)象,認(rèn)為不同現(xiàn)象都是不同性質(zhì)的特殊物質(zhì)引起的:物體內(nèi)存在“彈性體”,所以物體有彈性,物體內(nèi)存在“燃素”,所以能夠燃燒;物體間引力作用是通過(guò)“以太”;熱傳遞是“熱質(zhì)”的轉(zhuǎn)移,等等。上述看法對(duì)人們的思想有很大的束縛作用。如果沒(méi)有一代又一代科學(xué)家們反常的設(shè)問(wèn)、思考,就不可能有今天正確的結(jié)論。因此,讓學(xué)生了解這些,有助于他們從廣闊的背景上來(lái)理解問(wèn)題。
在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想的途徑和辦法,主要有以下四種。
一、在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境時(shí)利用潛科學(xué)思想
教學(xué)理論與實(shí)踐證明,良好的教學(xué)情境能激發(fā)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和求知的欲望。因此,在物理教學(xué)中可利用潛科學(xué)思想創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境。例如,在講勻變速直線運(yùn)動(dòng)定義時(shí),可根據(jù)伽里略的探索過(guò)程,從“什么樣的變速運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單”這一問(wèn)題入手,引導(dǎo)學(xué)生分析速度怎樣變化才是均勻的(有兩種情況)。然后介紹伽里略舍棄“速度隨位移均勻變化”這一設(shè)想的推理過(guò)程,和對(duì)“速度隨時(shí)間均勻變化”運(yùn)動(dòng)現(xiàn)實(shí)性的驗(yàn)證,從而使學(xué)生在和諧的情境中理解勻變速運(yùn)動(dòng)定義實(shí)質(zhì)。又如,講“自感”這課時(shí),可根據(jù)亨利發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象的過(guò)程,用如下的辦法創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境:在黑板上畫出如圖所示兩相鄰的線圈(A、B)及電路,問(wèn)學(xué)生:閉合電鍵瞬間,B線圈中有無(wú)感生電動(dòng)勢(shì)?(有)為什么?(因?yàn)锳線圈的電流磁場(chǎng)穿過(guò)B線圈的磁通量發(fā)生了變化)。然后教師擦去B線圈電路,再問(wèn)學(xué)生:閉合電鍵瞬間有無(wú)感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生?學(xué)生先是一愣,再細(xì)想,不少學(xué)生會(huì)回答閉合電鍵瞬間在A線圈建立電流過(guò)程中通過(guò)A線圈自身的磁通量發(fā)生了變化,應(yīng)有感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。這時(shí)教師指出事實(shí)是否確是這樣,要用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路呢?筆者曾就此啟發(fā)學(xué)生根據(jù)楞次定律和對(duì)“阻礙”的理解,先設(shè)計(jì)出課本中演示實(shí)驗(yàn)電路,分析出應(yīng)看到的現(xiàn)象,后加以驗(yàn)證。
二、在形成概念的過(guò)程中滲透潛科學(xué)思想
在物理教學(xué)過(guò)程中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn),學(xué)生在學(xué)習(xí)某些物理概念前,對(duì)相關(guān)的物理現(xiàn)象已有感覺(jué)和印象,但有時(shí)是不準(zhǔn)確的,不全面的,甚至是錯(cuò)誤的,這對(duì)于學(xué)生形成正確的概念是不利的,甚至還會(huì)為形成正確概念造成極大困難。因此。在形成概念的過(guò)程中可滲透潛科學(xué)思想。例如,講“慣性定律”這課時(shí),可先讓學(xué)生合上書(shū),根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)回答物體運(yùn)動(dòng)和力有什么關(guān)系?大多數(shù)學(xué)生的回答與亞里士多德觀點(diǎn)相同,即“受力運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)物體停止力作用便歸于靜止”。這時(shí)教師指出,僅僅在三百多年前這一結(jié)論才被伽里略發(fā)現(xiàn)是錯(cuò)的,伽里略敏銳地抓住物體停止力作用到物體停止運(yùn)動(dòng)這一常人易忽略的過(guò)程進(jìn)行分析,推理得出:物體之所以停下來(lái)是受阻力(減速原因)作用,如果沒(méi)有減速原因物體永遠(yuǎn)不會(huì)停下。伽里略之所以能對(duì)物體停止力作用后的過(guò)程進(jìn)行分析,在于當(dāng)時(shí)只有伽里略能夠明確區(qū)別“速度與加速度”的概念。然后,再介紹伽里略的理想斜面實(shí)驗(yàn),就會(huì)收到很好的效果。
三、在指導(dǎo)學(xué)法時(shí)體現(xiàn)潛科學(xué)思想
由于物理現(xiàn)象、物理規(guī)律是相互聯(lián)系相互依存的,一個(gè)綜合問(wèn)題中起影響作用的因素會(huì)有好幾個(gè)。因此,認(rèn)識(shí)一個(gè)物理問(wèn)題,教材通常是把整體分成若干部分進(jìn)行分析,然后,再把各個(gè)暫時(shí)被割裂、被獨(dú)立的部分綜合回到整體,”從而形成物理學(xué)科的教材結(jié)構(gòu)。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)比較系統(tǒng)的物理知識(shí),可向?qū)W生指出教材安排中隱含的潛科學(xué)思想。例如,歷早研究電磁現(xiàn)象的吉爾伯特在對(duì)電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象進(jìn)行研究比較之后就深信“電、磁兩者之間沒(méi)有聯(lián)系”。這一看法使人們長(zhǎng)期以來(lái)一直把磁和電作為兩種絕然無(wú)關(guān)的現(xiàn)象分別加以研究,直到19世紀(jì)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)為止,其后不久法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,后經(jīng)過(guò)麥克斯韋的工作,一舉建立了電磁學(xué)的“大廈”。根據(jù)這一線索,學(xué)生對(duì)課本中電磁學(xué)部分各章先后順序就容易理解,對(duì)電磁學(xué)的內(nèi)容掌握就不再是零碎的。
四、在物理課外活動(dòng)中介紹潛科學(xué)思想
課堂教學(xué),時(shí)間有限,不可能將有關(guān)的潛科學(xué)思想講深講全,因此,利用物理課外活動(dòng)開(kāi)設(shè)講座,向?qū)W生介紹潛科學(xué)思想,既可激發(fā)興趣,又有利于課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。在全班參與的課外活動(dòng)中,應(yīng)著重介紹基本物理概念、規(guī)律中包含的潛科學(xué)思想。例如,力、場(chǎng)、能量等概念的建立,機(jī)械波、電磁波、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)等;在只有部分物理學(xué)習(xí)積極分子參加的課外活動(dòng)中,可指導(dǎo)學(xué)生閱讀物理學(xué)史、物理方法等方面的書(shū)籍,消除學(xué)生對(duì)物理發(fā)現(xiàn)的神秘感,從新的觀念,新的思路,新的境界中審視課本中講過(guò)的知識(shí),提高自己的能力。經(jīng)驗(yàn)證明,這樣做對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握也是很有幫助的。
物理學(xué)發(fā)展史包含著豐富的潛科學(xué)思想,在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,是改革傳統(tǒng)教育觀念,進(jìn)行素質(zhì)教育,提高教學(xué)質(zhì)量和效率的有效方法。
一、在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和掌握
探索性是潛科學(xué)思想的顯著特征。物理學(xué)家在探索物理現(xiàn)象和規(guī)律的過(guò)程中運(yùn)用的方法是豐富多彩的,物理學(xué)發(fā)展史證明了這樣一個(gè)事實(shí):科學(xué)物理方法的產(chǎn)生和完善,是推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者大都有同感,他們?cè)趯W(xué)習(xí)期間主要的不是向?qū)煂W(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí),而是學(xué)習(xí)導(dǎo)師如何工作及怎樣思考,怎樣對(duì)待事物,怎樣處理問(wèn)題,從中學(xué)到有效地思考、處理問(wèn)題的思想方法和工作方法在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想。就是要把課本中的概念、規(guī)律的產(chǎn)生過(guò)程,以及物理學(xué)家對(duì)其探索的種種曲折展現(xiàn)給學(xué)生,從而使學(xué)生受到科學(xué)方法的教育和熏陶。
二、在物理教學(xué)中適用潛科學(xué)思想,有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力
創(chuàng)造性是潛科學(xué)思想的一個(gè)本質(zhì)的特征。安培在人們還根本不了解分子電流結(jié)構(gòu)的情況下,提出分子電流假說(shuō);法拉第在超距作用觀點(diǎn)占統(tǒng)治地位時(shí),提出電磁作用的傳播需要媒介和時(shí)間。物理學(xué)中任何一種新概念的建立;新規(guī)律的發(fā)現(xiàn),新理論的創(chuàng)造,都包含著新的思維方式和研究手段。這種創(chuàng)造性工作的科學(xué)程序?yàn)椋簩?duì)舊觀念、舊理論的懷疑──新假說(shuō)的提出──新假說(shuō)的證實(shí)──新假說(shuō)的形成──新理論的建立。在中學(xué)物理教學(xué)中,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容滲透這一研究程序,鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思想是大有幫助的。
三、在物理教學(xué)中適用潛科學(xué)思想,有助于破除學(xué)生頭腦中先驗(yàn)的錯(cuò)誤概念
模糊性是潛科學(xué)思想的一個(gè)基本特征。任何一種新的科學(xué)假說(shuō)的提出,開(kāi)始階段總是朦朧不清,很不成熟的。例如,伽里略在研究落體規(guī)律時(shí),否定了亞里士多德“重物落得快”的結(jié)論,但他在探索正確結(jié)論時(shí),仍受“重物落得快”的影響,首先想證明的是“落體速度與落體和介質(zhì)的密度差成正比”,當(dāng)實(shí)驗(yàn)否定了這個(gè)假設(shè)后,他才開(kāi)始轉(zhuǎn)向“在真空中一切物體將等速下落”的假說(shuō)和證明,在物理教學(xué)中注意向?qū)W生揭示這些過(guò)程,可以防止學(xué)生在日常生活中由于自發(fā)“內(nèi)化”而形成的錯(cuò)誤概念對(duì)形成正確概念的影響。
四、在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想,有助于開(kāi)闊學(xué)生的視野,豐富學(xué)生的知識(shí)背景
反常性是潛科學(xué)思想的一個(gè)重要特征。反常性包括反傳統(tǒng)觀念,反常規(guī)思維,反常規(guī)方法等。例如,17、18世紀(jì)人們習(xí)慣于孤立地考察各種現(xiàn)象,認(rèn)為不同現(xiàn)象都是不同性質(zhì)的特殊物質(zhì)引起的:物體內(nèi)存在“彈性體”,所以物體有彈性,物體內(nèi)存在“燃素”,所以能夠燃燒;物體間引力作用是通過(guò)“以太”;熱傳遞是“熱質(zhì)”的轉(zhuǎn)移,等等。上述看法對(duì)人們的思想有很大的束縛作用。如果沒(méi)有一代又一代科學(xué)家們反常的設(shè)問(wèn)、思考,就不可能有今天正確的結(jié)論。因此,讓學(xué)生了解這些,有助于他們從廣闊的背景上來(lái)理解問(wèn)題。
在物理教學(xué)中運(yùn)用潛科學(xué)思想的途徑和辦法,主要有以下四種。
一、在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境時(shí)利用潛科學(xué)思想
教學(xué)理論與實(shí)踐證明,良好的教學(xué)情境能激發(fā)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和求知的欲望。因此,在物理教學(xué)中可利用潛科學(xué)思想創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境。例如,在講勻變速直線運(yùn)動(dòng)定義時(shí),可根據(jù)伽里略的探索過(guò)程,從“什么樣的變速運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單”這一問(wèn)題入手,引導(dǎo)學(xué)生分析速度怎樣變化才是均勻的(有兩種情況)。然后介紹伽里略舍棄“速度隨位移均勻變化”這一設(shè)想的推理過(guò)程,和對(duì)“速度隨時(shí)間均勻變化”運(yùn)動(dòng)現(xiàn)實(shí)性的驗(yàn)證,從而使學(xué)生在和諧的情境中理解勻變速運(yùn)動(dòng)定義實(shí)質(zhì)。又如,講“自感”這課時(shí),可根據(jù)亨利發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象的過(guò)程,用如下的辦法創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境:在黑板上畫出如圖所示兩相鄰的線圈(A、B)及電路,問(wèn)學(xué)生:閉合電鍵瞬間,B線圈中有無(wú)感生電動(dòng)勢(shì)?(有)為什么?(因?yàn)锳線圈的電流磁場(chǎng)穿過(guò)B線圈的磁通量發(fā)生了變化)。然后教師擦去B線圈電路,再問(wèn)學(xué)生:閉合電鍵瞬間有無(wú)感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生?學(xué)生先是一愣,再細(xì)想,不少學(xué)生會(huì)回答閉合電鍵瞬間在A線圈建立電流過(guò)程中通過(guò)A線圈自身的磁通量發(fā)生了變化,應(yīng)有感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。這時(shí)教師指出事實(shí)是否確是這樣,要用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路呢?筆者曾就此啟發(fā)學(xué)生根據(jù)楞次定律和對(duì)“阻礙”的理解,先設(shè)計(jì)出課本中演示實(shí)驗(yàn)電路,分析出應(yīng)看到的現(xiàn)象,后加以驗(yàn)證。
二、在形成概念的過(guò)程中滲透潛科學(xué)思想
在物理教學(xué)過(guò)程中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn),學(xué)生在學(xué)習(xí)某些物理概念前,對(duì)相關(guān)的物理現(xiàn)象已有感覺(jué)和印象,但有時(shí)是不準(zhǔn)確的,不全面的,甚至是錯(cuò)誤的,這對(duì)于學(xué)生形成正確的概念是不利的,甚至還會(huì)為形成正確概念造成極大困難。因此。在形成概念的過(guò)程中可滲透潛科學(xué)思想。例如,講“慣性定律”這課時(shí),可先讓學(xué)生合上書(shū),根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)回答物體運(yùn)動(dòng)和力有什么關(guān)系?大多數(shù)學(xué)生的回答與亞里士多德觀點(diǎn)相同,即“受力運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)物體停止力作用便歸于靜止”。這時(shí)教師指出,僅僅在三百多年前這一結(jié)論才被伽里略發(fā)現(xiàn)是錯(cuò)的,伽里略敏銳地抓住物體停止力作用到物體停止運(yùn)動(dòng)這一常人易忽略的過(guò)程進(jìn)行分析,推理得出:物體之所以停下來(lái)是受阻力(減速原因)作用,如果沒(méi)有減速原因物體永遠(yuǎn)不會(huì)停下。伽里略之所以能對(duì)物體停止力作用后的過(guò)程進(jìn)行分析,在于當(dāng)時(shí)只有伽里略能夠明確區(qū)別“速度與加速度”的概念。然后,再介紹伽里略的理想斜面實(shí)驗(yàn),就會(huì)收到很好的效果。
三、在指導(dǎo)學(xué)法時(shí)體現(xiàn)潛科學(xué)思想
由于物理現(xiàn)象、物理規(guī)律是相互聯(lián)系相互依存的,一個(gè)綜合問(wèn)題中起影響作用的因素會(huì)有好幾個(gè)。因此,認(rèn)識(shí)一個(gè)物理問(wèn)題,教材通常是把整體分成若干部分進(jìn)行分析,然后,再把各個(gè)暫時(shí)被割裂、被獨(dú)立的部分綜合回到整體,”從而形成物理學(xué)科的教材結(jié)構(gòu)。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)比較系統(tǒng)的物理知識(shí),可向?qū)W生指出教材安排中隱含的潛科學(xué)思想。例如,歷早研究電磁現(xiàn)象的吉爾伯特在對(duì)電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象進(jìn)行研究比較之后就深信“電、磁兩者之間沒(méi)有聯(lián)系”。這一看法使人們長(zhǎng)期以來(lái)一直把磁和電作為兩種絕然無(wú)關(guān)的現(xiàn)象分別加以研究,直到19世紀(jì)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)為止,其后不久法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,后經(jīng)過(guò)麥克斯韋的工作,一舉建立了電磁學(xué)的“大廈”。根據(jù)這一線索,學(xué)生對(duì)課本中電磁學(xué)部分各章先后順序就容易理解,對(duì)電磁學(xué)的內(nèi)容掌握就不再是零碎的。
四、在物理課外活動(dòng)中介紹潛科學(xué)思想
課堂教學(xué),時(shí)間有限,不可能將有關(guān)的潛科學(xué)思想講深講全,因此,利用物理課外活動(dòng)開(kāi)設(shè)講座,向?qū)W生介紹潛科學(xué)思想,既可激發(fā)興趣,又有利于課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。在全班參與的課外活動(dòng)中,應(yīng)著重介紹基本物理概念、規(guī)律中包含的潛科學(xué)思想。例如,力、場(chǎng)、能量等概念的建立,機(jī)械波、電磁波、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)等;在只有部分物理學(xué)習(xí)積極分子參加的課外活動(dòng)中,可指導(dǎo)學(xué)生閱讀物理學(xué)史、物理方法等方面的書(shū)籍,消除學(xué)生對(duì)物理發(fā)現(xiàn)的神秘感,從新的觀念,新的思路,新的境界中審視課本中講過(guò)的知識(shí),提高自己的能力。經(jīng)驗(yàn)證明,這樣做對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握也是很有幫助的。