學(xué)科教育論文-物理教材與新的科學(xué)觀摘要：新的高中物理課程改變了以往過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能的做法，明確規(guī)定了“三維”課程目標(biāo)。課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心組織編寫的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理(必修)在落實(shí)三維課程目標(biāo)方面作出了努力，旨在幫助學(xué)生通過學(xué)習(xí)形成豐富的、立體的、正確的科學(xué)觀，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。關(guān)鍵詞：新課程；物理；教材；科學(xué)觀一、教科書要為落實(shí)三維課程目標(biāo)服務(wù)基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)(以下簡(jiǎn)稱綱要)對(duì)課程目標(biāo)的具體要求包括：“改變課程過于注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能的過程同時(shí)成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程?！?中華人民共和國教育部制訂的普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))(以下簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn))根據(jù)這個(gè)要求明確地把高中物理課程的具體目標(biāo)分為“知識(shí)與技能”“過程與方法”“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”三個(gè)方面，2(8)即“三維”課程目標(biāo)。三維課程目標(biāo)的提出，旨在改變以往過分注重知識(shí)傳承的課程實(shí)踐，是這次課程改革的重大突破，是對(duì)教育本質(zhì)認(rèn)識(shí)的一次飛躍。它為培養(yǎng)“具有初步的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、科學(xué)和人文素養(yǎng)以及環(huán)境意識(shí)；具有適應(yīng)終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和方法；具有健壯的體魄和良好的心理素質(zhì)，養(yǎng)成健康的審美情趣和生活方式”3的一代新人奠定了基礎(chǔ)。我們必須對(duì)三維課程目標(biāo)的含義以及三者之間的關(guān)系有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)。本文將結(jié)合課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心組織編寫的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理(必修)(于2004年9月供實(shí)驗(yàn)區(qū)試用)，對(duì)物理教育中三維課程目標(biāo)的設(shè)置、實(shí)施、落實(shí)等方面的問題做些探討。二、加強(qiáng)過程與方法的教學(xué)這套教科書不追求以“簡(jiǎn)明、輕快”的方式給出知識(shí)的結(jié)論，而是努力把得到知識(shí)的過程適當(dāng)展現(xiàn)給學(xué)生。關(guān)于得到知識(shí)的過程，它有兩方面的含義。一方面是學(xué)生個(gè)體在學(xué)習(xí)中的活動(dòng)過程、思維過程；另一方面是人類認(rèn)識(shí)某一規(guī)律時(shí)科學(xué)家群體的活動(dòng)過程、思維過程。關(guān)于第一個(gè)方面，可以用“勻加速運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間關(guān)系”的教學(xué)為例做些說明。如果只考慮知識(shí)的掌握，那么，從加速度的定義出發(fā)，經(jīng)過代數(shù)式的變形，馬上就可以得到，于是就能用來解題了。然而，教科書賦予了這段內(nèi)容更多的教育意義。教科書的思路如下。通過實(shí)驗(yàn)忠實(shí)記錄小車在重物牽引下運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間與對(duì)應(yīng)的速度的數(shù)據(jù)作出速度與時(shí)間關(guān)系的圖象發(fā)現(xiàn)存在著這樣一種運(yùn)動(dòng)，它的圖象是一條傾斜的直線發(fā)現(xiàn)直線圖象所代表的運(yùn)動(dòng)，是加速度不變的運(yùn)動(dòng)，給出勻變速運(yùn)動(dòng)的定義通過圖象一般性地研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，得出書中這段內(nèi)容雖然不與人類對(duì)此問題的認(rèn)識(shí)過程完全一致，但對(duì)于作為個(gè)體的人，它卻是一個(gè)學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律的好例子。它強(qiáng)化了從實(shí)驗(yàn)得出規(guī)律的一般性過程，練習(xí)了用圖象分析問題的通用方法，邏輯線索清晰。它在價(jià)值觀及科學(xué)過程、科學(xué)方法上的教育價(jià)值比較高。再如，拋體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)是另一個(gè)例子。過去課程的著眼點(diǎn)在“知識(shí)點(diǎn)”，教學(xué)大綱沒有把斜拋運(yùn)動(dòng)寫在上面，教科書就不能討論斜拋的問題。課程標(biāo)準(zhǔn)與過去不同，要求“會(huì)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法分析拋體運(yùn)動(dòng)”，也就是說，新課程對(duì)“方法”給予了更多的注意，而對(duì)于方法的載體知識(shí)，沒有苛刻的限制。因此，教科書在研究了直線運(yùn)動(dòng)后，把拋體運(yùn)動(dòng)當(dāng)做一個(gè)實(shí)例，目的是討論在平面中應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的一般性方法。指出這個(gè)問題與直線運(yùn)動(dòng)問題的不同點(diǎn)是，需要在x、y兩個(gè)方向上分別作出受力分析，在兩個(gè)方向上分別應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律。對(duì)于拋體運(yùn)動(dòng)在兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的具體規(guī)律，不像現(xiàn)在的課程那樣強(qiáng)調(diào)，對(duì)于平拋與斜拋兩種運(yùn)動(dòng)，也不刻意區(qū)分。教科書中的“思考與討論”“說一說”等欄目，目的也在于展示學(xué)習(xí)過程中的思維活動(dòng)?！翱茖W(xué)足跡”等欄目則介紹了歷史上科學(xué)家群體認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的過程。在呈現(xiàn)這些歷史材料時(shí)，編者把它放到當(dāng)時(shí)的大的社會(huì)背景中去，從當(dāng)時(shí)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、文化環(huán)境去認(rèn)識(shí)科學(xué)史中的事件。三、重視情感、態(tài)度與價(jià)值觀的教育什么樣的人具有較高的科學(xué)素質(zhì)?這不僅要看他的科學(xué)知識(shí)的多少，而且要通過言行觀察他對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)科學(xué)過程、科學(xué)方法的領(lǐng)悟，特別是他的價(jià)值觀在多大程度上與科學(xué)的價(jià)值觀相一致。對(duì)那些以后不去研究物理學(xué)的學(xué)生來說，后者可能是中學(xué)物理課程更重要的教學(xué)目標(biāo)。愛科學(xué)的前提是要懂科學(xué)。編者最基本的努力是要使學(xué)生學(xué)懂科學(xué)，從而達(dá)到理解科學(xué)的目的。(一)層層鋪墊，不斷深入學(xué)生有時(shí)說某部分內(nèi)容難，其實(shí)不是處處都難，而是存在著一兩處“思維障礙”，難以突破。編者研究了學(xué)生的思維特點(diǎn)，力圖把困難的地方找準(zhǔn)，在那里多搭幾個(gè)矮一點(diǎn)的臺(tái)階。編者認(rèn)為，在一定程度上可以帶些夸張地說，“沒有不能攀登的高山，只有上不去的臺(tái)階”。因此，我們采取層層鋪墊，不斷深入的方法。學(xué)生學(xué)懂了，才能滿足他們的好奇心，體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣，才會(huì)有成就感，才會(huì)察覺到科學(xué)中美好的東西。例如，第六章第六節(jié)“分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向”，教科書分5步走，特別把矢量的運(yùn)算分得很細(xì)，引導(dǎo)學(xué)生得出正確認(rèn)識(shí)。第五章第五節(jié)“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”，也是把一個(gè)比較困難的問題分解成了若干簡(jiǎn)單的問題。(二)滲透辯證唯物主義思想這套教科書對(duì)于極限概念的處理，既有加強(qiáng)過程與方法教育的考慮，也有加強(qiáng)情感、態(tài)度與價(jià)值觀教育的考慮。在現(xiàn)代科學(xué)中，動(dòng)與靜、曲與直、變與不變、整體與部分等辯證關(guān)系，都需要用極限的思想去理解。在信息技術(shù)中，把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)時(shí)的取樣、幅度分級(jí)，就是極限思想的一個(gè)例子。這是一種重要的思想方法。對(duì)于樹立辯證唯物主義的世界觀、避免形而上學(xué)的思維模式都有積極作用。在高中物理適當(dāng)引入極限思想的出發(fā)點(diǎn)就在于此。有一種意見認(rèn)為，學(xué)生將來在大學(xué)會(huì)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，中學(xué)沒必要學(xué)。編者的意見是，學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以按性質(zhì)分為兩類，一類是知識(shí)性的，一類是方法性和觀念性的。對(duì)于前者，如果以后有機(jī)會(huì)學(xué)，沒必要重復(fù)；而方法性的、觀念性的東西，需要多次接觸，才能逐步深入地領(lǐng)悟。人們?nèi)鄙俚闹R(shí)可以在一生中的任何時(shí)刻補(bǔ)充，而方法性的東西，特別是觀念性東西的學(xué)習(xí)，在成長(zhǎng)過程中時(shí)機(jī)的選擇，是非常重要的。(三)強(qiáng)調(diào)理性思維和邏輯線索物理學(xué)是一門成熟的精密科學(xué)，實(shí)驗(yàn)事實(shí)是它的基礎(chǔ)，邏輯關(guān)系構(gòu)成了它的理論結(jié)構(gòu)，兩者缺一不可。在高中階段，我們要在可能的程度上按它本來的面目展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生看到，這是人類三百多年來創(chuàng)造的一個(gè)有代表性的學(xué)科，它為我們奠定了現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。我們不能不負(fù)責(zé)任地給學(xué)生造成一種假象，好像科學(xué)是一些支離破碎、經(jīng)不起推敲的知識(shí)堆砌。人的科學(xué)素質(zhì)表現(xiàn)之一是“說話要有根據(jù)、說話要合乎邏輯”。教科書力求一步一個(gè)腳印地走，事事不馬虎。凡是由于知識(shí)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)條件等需要跳過的邏輯環(huán)節(jié)，教科書中都明確指出。這樣做的目的，是讓學(xué)生也養(yǎng)成這樣的習(xí)慣。例如，關(guān)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的加速度的方向問題，本來可以只從小球在水平桌面運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力體驗(yàn)出發(fā)，得知做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力的方向，由此推斷一切做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的加速度的方向。但是，這個(gè)思路是從個(gè)別實(shí)例得出一般性的規(guī)律，有以偏概全之嫌，得出的結(jié)論并不可靠。我們不應(yīng)該使學(xué)生在不經(jīng)意間形成這樣的思維習(xí)慣。為此，教科書利用加速度和矢量運(yùn)算的知識(shí)，在普遍情況下得出做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的加速度的方向，這樣得出的論斷才具有一般性。在這之后，根據(jù)牛頓第二定律得出的物體受力方向，也才具有一般性。需要指出的是，第六章第六節(jié)是以“思考與討論”開始的，請(qǐng)學(xué)生通過兩個(gè)實(shí)例的分析，思考做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的加速度方向。盡管不能由此得出普遍的結(jié)論，但這樣的實(shí)例卻對(duì)問題的答案給出了明確的提示，在進(jìn)行普遍性的討論中，它給我們指出了方向。因此這些實(shí)例不是可有可無的。這樣處理經(jīng)驗(yàn)與邏輯的關(guān)系，是科學(xué)方法的體現(xiàn)。在第二章第三節(jié)“勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系”中也有類似的處理。對(duì)于許多將來不以科學(xué)技術(shù)為職業(yè)的學(xué)生，也許勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)將會(huì)忘記，但一次又一次這樣的邏輯訓(xùn)練將長(zhǎng)留心中，成為他們的潛意識(shí)和價(jià)值觀。學(xué)生將會(huì)思維有條理，看問題不片面，善于認(rèn)識(shí)新事物。類似的教學(xué)設(shè)計(jì)，將對(duì)學(xué)生這樣思維習(xí)慣的形成起到積極作用。應(yīng)該說明的是，諸如勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度方向等問題的討論，并不要求學(xué)生獨(dú)立地復(fù)述，更不要求用這樣的方法解決其他問題。只要學(xué)生能跟下來，認(rèn)為說得有理，編者的目的就初步達(dá)到了。這樣做，更多的是著眼于情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面的教育。經(jīng)歷過這樣的學(xué)習(xí)過程與沒經(jīng)歷過是不一樣的，按教科書這樣學(xué)習(xí)，學(xué)生會(huì)感到物理學(xué)是“說理”的。教科書堅(jiān)持用事實(shí)說話。編者特別注意，一切概念、規(guī)律的得出都要有實(shí)際事物做根據(jù)，概念規(guī)律的引入都從生活、技術(shù)或?qū)嶒?yàn)中的實(shí)例出發(fā)。一切論述都要合乎邏輯，不出現(xiàn)似是而非的說法，不與已有的認(rèn)識(shí)相矛盾。為此，這套教科書比較強(qiáng)調(diào)邏輯的線索。(四)拓展科學(xué)精神的教育教科書不止一處提到通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論需要“勇氣”，這是否鼓勵(lì)學(xué)生莽撞行事，而與我們提倡的科學(xué)精神不符呢?不，人類的知識(shí)不是通過演繹得來的，單純的演繹不能得到新的認(rèn)識(shí)。普遍性的規(guī)律也不是通過簡(jiǎn)單的歸納得來的。猜想與假設(shè)、對(duì)自然規(guī)律某些特征所持的信念，這些才是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素。這是編者寫下這些文字時(shí)的思想基礎(chǔ)。例如，在實(shí)驗(yàn)研究物體的加速度與它受力的關(guān)系時(shí)，幾次實(shí)驗(yàn)的aF直線都不會(huì)完全經(jīng)過原點(diǎn)，但會(huì)十分接近原點(diǎn)。當(dāng)然可以采用更精密的實(shí)驗(yàn)手段，但那時(shí)我們對(duì)精確度的要求應(yīng)該更高，于是它還不會(huì)完美地經(jīng)過原點(diǎn)。適當(dāng)?shù)臅r(shí)候就要敢于相信，真正的自然規(guī)律應(yīng)該是aF。在談到伽利略把沿斜面下滑物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外推到自由落體時(shí)，在把作用于行星與太陽間的引力推廣到地球與月球、地球與地面物體，甚至推廣到任何物體之間時(shí)，以及在確定物體動(dòng)能的表達(dá)式時(shí)，教科書從思路到行文都做了類似的處理。過去我們關(guān)于科學(xué)精神的教育主要是辛勤與嚴(yán)謹(jǐn)，這兩方面的確是不可缺少的，現(xiàn)在還要進(jìn)行這些教育。但是，如果僅僅是這些，那么對(duì)于任何形式的創(chuàng)新都是不夠的。因此，教科書做了上述努力，希望它在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新活力方面起到積極的作用。這種活力不限于物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)，它會(huì)表現(xiàn)在學(xué)生未來生活的方方面面。章前富有針對(duì)性的名人語錄都能畫龍點(diǎn)睛地在情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面起到很好的教育作用。例如，第七章第四節(jié)學(xué)過萬有引力定律的應(yīng)用后，適時(shí)引用的李政道關(guān)于物理規(guī)律普適性的話語，第七章第一節(jié)引用梁?jiǎn)⒊P(guān)于科學(xué)與藝術(shù)關(guān)系的見解，以及緒言“物理學(xué)與人類文明”引用的莊子的話，讀起來都會(huì)有震撼的感受。四、為教學(xué)中的科學(xué)探究提供方便綱要多次指出科學(xué)探究在教學(xué)中的重要性，課程標(biāo)準(zhǔn)則在“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”中明確規(guī)定了對(duì)科學(xué)探究的教學(xué)要求。2(10)這套教科書在科學(xué)探究方面進(jìn)行了嘗試?？茖W(xué)探究是一種精神，這套教科書從整體上說是以探究的思路展開的。探究式學(xué)習(xí)與接受式學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別，在于學(xué)習(xí)過程中后者的結(jié)論是已知的，或由教師、教科書直接告知的，而前者的結(jié)論是通過學(xué)生自己的活動(dòng)由自己獲得的。在這個(gè)思想指導(dǎo)下，書中課堂實(shí)驗(yàn)、演示，都不像過去的教科書那樣把現(xiàn)象甚至結(jié)論和盤端出，而是用啟發(fā)性的語言引導(dǎo)學(xué)生自己觀察、發(fā)現(xiàn)與思考，自己提出問題并尋找問題的答案?！八伎寂c討論”“說一說”，以至全書的語言風(fēng)格都是為引導(dǎo)學(xué)生探索而確定的。(一)體現(xiàn)科學(xué)探究方式的多樣化高中物理教學(xué)中的科學(xué)探究不全是實(shí)驗(yàn)探究，這點(diǎn)需要明確。通過自己的探索，變未知為已知，這樣的教學(xué)活動(dòng)就是科學(xué)探究。它們與初中階段的實(shí)驗(yàn)探究具有相同的特征，但研究的手段不完全是實(shí)驗(yàn)或者完全沒有實(shí)驗(yàn)。在這種思想指導(dǎo)下，編者安排了幾個(gè)典型的、沒有實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的科學(xué)探究。例如，第五章第五節(jié)“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”，第六章第六節(jié)“探究向心加速度大小的表達(dá)式”，等等。第五章第五節(jié)“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”的主要目的并不是讓學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)關(guān)系式，而是讓學(xué)生經(jīng)歷一次探究的過程。關(guān)于探究性學(xué)習(xí)，無論是實(shí)驗(yàn)性的還是非實(shí)驗(yàn)性的，書上是否寫出了結(jié)果，將來是否要求對(duì)結(jié)果的掌握，其教育意義是很不