在科學(xué)方法運(yùn)用過程中發(fā)展學(xué)生的物理科學(xué)思維

張航宇

(江蘇省沛縣歌風(fēng)中學(xué),江蘇 徐州 221600)

在高中物理教學(xué)研究的視野當(dāng)中,有兩個(gè)關(guān)鍵詞常常被人們所提及:一是物理思想方法,二是思維.對于前者而言,隨著課程改革的深度推進(jìn),人們越來越發(fā)現(xiàn)思想方法的重要性,在第八輪課程改革當(dāng)中所提到的過程與方法,正是對思想方法重視的體現(xiàn).從概念的角度來看,物理思想方法是科學(xué)方法的下位概念,站在科學(xué)方法的角度認(rèn)識物理思想方法,可以讓高中物理教師有高屋建瓴之感.科學(xué)方法是從何而來的?這是一個(gè)近乎原始問題,實(shí)際上當(dāng)人們認(rèn)為科學(xué)方法有著至高無上的重要性的時(shí)候,很少有人意識到人們對科學(xué)方法的認(rèn)知,本質(zhì)上來自于科學(xué)研究者的思維,可以說整個(gè)科學(xué)發(fā)展的歷史就是一個(gè)思維發(fā)展史,在科學(xué)發(fā)展的過程當(dāng)中,科學(xué)研究者借助于對科學(xué)現(xiàn)象的觀察、對物理表象的研究,以及對科學(xué)概念與規(guī)律的梳理和建構(gòu),不斷地運(yùn)用自身的形象思維與抽象思維,完善著科學(xué)知識體系,構(gòu)建著物理學(xué)科的大廈.

在這樣的歷史背景之下認(rèn)識高中物理教學(xué),自然就能體會到思維在物理學(xué)習(xí)中的重要性.事實(shí)上也正是因?yàn)槿绱?在高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)當(dāng)中,才將科學(xué)思維作為單獨(dú)的一個(gè)要素進(jìn)行闡述.無論是從高中物理教學(xué)的傳統(tǒng)來看,還是從課程改革以及核心素養(yǎng)的角度來看,思維在物理學(xué)習(xí)中的重要地位都能夠得到凸顯.那么在具體的教學(xué)過程中,必須清晰地認(rèn)識到一點(diǎn),那就是要發(fā)展學(xué)生的思維,必須依靠具體的載體,如果沒有具體的物理知識的建構(gòu)過程,那么思維的發(fā)展是沒有依靠的.考慮到無論是物理概念還是規(guī)律,其建構(gòu)過程都必然伴隨著科學(xué)方法的應(yīng)用,通過對科學(xué)方法及其在教學(xué)中的定位進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)科學(xué)方法的內(nèi)涵在發(fā)展學(xué)生思維的過程中有著重要的價(jià)值[1].因此可以說,科學(xué)方法的運(yùn)用過程就是學(xué)生的思維發(fā)展過程,兩者之間的對應(yīng)關(guān)系,可以為高中物理教學(xué)研究開辟一個(gè)新的空間.

1 科學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的可能性

在科學(xué)方法運(yùn)用的過程中促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展,應(yīng)當(dāng)說是一個(gè)相對新穎的研究視角,而科學(xué)方法之所以能夠促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展,要對其可能性以及可行性進(jìn)行研究.一般認(rèn)為,物理知識和物理科學(xué)思維方法是密不可分的有機(jī)體[2].在這個(gè)有機(jī)體當(dāng)中,物理知識的學(xué)習(xí)、物理思想方法的領(lǐng)悟、物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展,以及學(xué)生思維的發(fā)展,都是同步進(jìn)行的.應(yīng)試形態(tài)下的高中物理教學(xué),在確定教學(xué)重心的時(shí)候,往往將重點(diǎn)放在物理知識的學(xué)習(xí)與運(yùn)用上,其目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力.在新時(shí)代的背景之下,核心素養(yǎng)引領(lǐng)著物理學(xué)科的發(fā)展,物理學(xué)科核心素養(yǎng)引領(lǐng)著物理教學(xué)的發(fā)展,當(dāng)前的新高考對純粹的應(yīng)試也有著相應(yīng)的矯正作用,這就意味著當(dāng)下的高中物理教學(xué)重心應(yīng)當(dāng)由應(yīng)試向思維發(fā)展轉(zhuǎn)型,高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地,應(yīng)當(dāng)成為教學(xué)的主要任務(wù).

在完成這一任務(wù)的過程中,思維發(fā)展起著核心作用,借助于科學(xué)方法的運(yùn)用來促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展,本質(zhì)上是一個(gè)形與神的關(guān)系.學(xué)生建構(gòu)物理知識的過程必然會運(yùn)用到科學(xué)方法,科學(xué)方法的運(yùn)用以及具體知識形成的過程中,學(xué)生必然會有所感悟,將形象的知識學(xué)習(xí)過程進(jìn)行抽象,就可以讓學(xué)生對科學(xué)方法形成準(zhǔn)確的認(rèn)識.這顯然也是一個(gè)思維發(fā)展的過程,思維的發(fā)展主要體現(xiàn)在學(xué)生運(yùn)用符合科學(xué)的邏輯,去對實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行觀察與思考,并且在通過適度的抽象之后,獲得相應(yīng)的物理模型,而且能夠運(yùn)用物理學(xué)科知識來解釋這一模型.應(yīng)當(dāng)說當(dāng)學(xué)生所運(yùn)用的邏輯超越生活認(rèn)知(其中有豐富的前概念,有許多樸素甚至是錯誤的邏輯),逐步走向科學(xué)邏輯的時(shí)候,當(dāng)學(xué)生大腦中的物理形象從生活表象轉(zhuǎn)為物理模型的時(shí)候,當(dāng)學(xué)生能夠自發(fā)的運(yùn)用物理學(xué)知識去解釋相關(guān)現(xiàn)象的時(shí)候,就是科學(xué)思維得以發(fā)展的時(shí)候.

因此有這樣的分析可以發(fā)現(xiàn),在高中物理教學(xué)當(dāng)中緊扣科學(xué)方法的運(yùn)用過程,不僅可以讓學(xué)生獲得物理知識的過程變得更加高效,而且確實(shí)能夠?qū)W(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展起到助力作用.認(rèn)同這一觀點(diǎn),不僅可以明確科學(xué)方法運(yùn)用以及科學(xué)思維發(fā)展在物理教學(xué)中的地位,而且能夠讓教師在日常的教學(xué)中,真正形成以知識教學(xué)為基礎(chǔ)、核心素養(yǎng)發(fā)展為目標(biāo)、科學(xué)思想方法運(yùn)用為保障、科學(xué)思維發(fā)展為核心的教學(xué)思路.這一教學(xué)思路的形成,也就可以夯實(shí)核心素養(yǎng)背景下高中物理教學(xué)的新途徑.

2 在科學(xué)方法運(yùn)用過程中發(fā)展學(xué)生的思維

那么在科學(xué)方法運(yùn)用的過程當(dāng)中,如何有效發(fā)展學(xué)生的思維呢?這需要教師在實(shí)際教學(xué)的時(shí)候,運(yùn)用具體的教學(xué)案例來進(jìn)行研究.這里值得一提的是,思維有低階與高階之分,高階思維能力是一個(gè)人生命發(fā)展的重要能力,也直接關(guān)系到了一個(gè)人創(chuàng)造力的高低,有效的物理教學(xué)自然追求高階思維的發(fā)展.有研究表明,科學(xué)探究是培養(yǎng)高階思維能力的一個(gè)重要途徑[3].當(dāng)然必須指出的是,追求高階思維的發(fā)展并不意味著忽視低階思維的價(jià)值,實(shí)際上低階思維往往是高階思維發(fā)展的基礎(chǔ),學(xué)生只有踩在低階思維的階梯之上,才能走向高階思維.下面就以“帶電粒子在電場中的運(yùn)動”這一內(nèi)容為例,探究如何在科學(xué)方法運(yùn)用的過程當(dāng)中發(fā)展學(xué)生的思維.

在創(chuàng)設(shè)情境的時(shí)候,筆者借助于電子加速器這樣一個(gè)素材,通過生活中的醫(yī)用電子直線加速器,來讓學(xué)生認(rèn)識到電子被加速器加速之后,在轟擊金屬靶的時(shí)候會產(chǎn)生射線,進(jìn)而提出的問題是:電子在加速器中受到什么力的作用而加速?

回答這個(gè)問題需要學(xué)生對加速器有一個(gè)準(zhǔn)確的理解,即利用電場使帶電粒子加速,而帶電粒子的速度方向與電場強(qiáng)度的方向要么相同,要么相反.相應(yīng)地在具體分析的時(shí)候,通常也就有兩種思路:一是借助于經(jīng)典力學(xué),也就是利用牛頓第二定律,并結(jié)合變速直線運(yùn)動的公式來分析;二是利用靜電力做功并結(jié)合動能定理來分析.

在形成這兩種思路的時(shí)候,就意味著運(yùn)用不同的科學(xué)方法:前者是動力學(xué)的知識,是經(jīng)典力學(xué)的思路;后者是靜電力學(xué)的知識,是靜電學(xué)與力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物.那么具體選用哪種思路呢?回答這個(gè)問題涉及到進(jìn)一步的科學(xué)方法理解,即如果解決的問題屬于勻強(qiáng)電場,且涉及到具體的運(yùn)動時(shí)間,那么就用前一思路和方法;如果所涉及到的問題只與位移、速率相關(guān),或者涉及的電場是非勻強(qiáng)電場,那么就用后一種思路和方法.

有了這一認(rèn)識之后,就可以讓學(xué)生去具體研究帶電粒子在磁場中的加速和偏轉(zhuǎn)情況——這屬于傳統(tǒng)物理教學(xué)中的知識重點(diǎn),考慮到本文闡述的重點(diǎn)是科學(xué)方法的運(yùn)用以及科學(xué)思維的發(fā)展,因此這一內(nèi)容不再贅述.

上述問題解決思路與方法的提供和選擇,原本就是一個(gè)科學(xué)方法運(yùn)用的過程.從科學(xué)思維發(fā)展的角度看這一過程,可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生最初接觸到電子加速器的時(shí)候,能夠在大腦當(dāng)中初步建構(gòu)起帶電粒子在電場中運(yùn)動的表象,這是低階思維的表現(xiàn);其后,具體分析帶電粒子在電場中運(yùn)動的問題,由于涉及到已知物理量的定性,涉及到電場是勻強(qiáng)電場,還是非勻強(qiáng)電場,因此學(xué)生的思維必然會走向高階.從具體問題解決方法的選擇,到問題得到解決,即學(xué)生理解帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn),都對應(yīng)著思維的發(fā)展.因此,從這個(gè)案例可以看出,科學(xué)方法的運(yùn)用過程確實(shí)對應(yīng)著思維發(fā)展的過程.

3 對運(yùn)用科學(xué)方法發(fā)展學(xué)生思維的再思考

從經(jīng)驗(yàn)的角度看高中物理教學(xué),當(dāng)很多時(shí)候物理教師感嘆學(xué)生的思維不夠靈活時(shí),實(shí)際上就是在期待物理學(xué)科的教學(xué),能夠促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展.但也正如同本文開始所強(qiáng)調(diào)的,思維的發(fā)展需要基于具體物理知識教學(xué)的過程,考慮到科學(xué)方法的價(jià)值,在物理知識建構(gòu)的過程當(dāng)中,必然要重視科學(xué)方法的運(yùn)用;如果說科學(xué)方法的運(yùn)用為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供的是“力”的話,那思維的發(fā)展就可以比作是“加速度”.借助于這個(gè)比喻就可以發(fā)現(xiàn)科學(xué)方法運(yùn)用得越充分,那么學(xué)生的學(xué)習(xí)所獲得的合力也就越大,產(chǎn)生的加速度也就越大——也就是說思維發(fā)展就越充分,當(dāng)然高階思維的發(fā)展也就有了更加有力的保障.

因此,在當(dāng)前的高中物理教學(xué)中,教師必須高度重視科學(xué)方法的運(yùn)用,必須在科學(xué)方法運(yùn)用的過程當(dāng)中注重學(xué)生的思維發(fā)展.由于物理學(xué)科是一個(gè)基本概念很強(qiáng)的學(xué)科,同時(shí)也是一個(gè)高度注重規(guī)律的學(xué)科,在具體的教學(xué)過程中重視科學(xué)方法的價(jià)值,能夠有效培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和分析推理能力.這是作為自然科學(xué)的物理最大特點(diǎn)之一[4].而站在教師教學(xué)的角度,很重要的一個(gè)任務(wù),就是去開發(fā)課程資源,要創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生主動運(yùn)用科學(xué)方法的情境,以讓學(xué)生在情境當(dāng)中自主運(yùn)用科學(xué)方法,自發(fā)實(shí)現(xiàn)思維的發(fā)展.如果能夠做到這一點(diǎn),那么高中物理教學(xué)的前景必將無限光明.