從物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖看科學(xué)方法的實施

從物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖看科學(xué)方法的實施

現(xiàn)在，科學(xué)方法的教育越來越受物理教育工作者的影響?？茖W(xué)方法的教育價值、教育目標(biāo)、教育內(nèi)容的研究都包括在內(nèi)?？茖W(xué)方法的實施存在許多問題。針對這個問題,一種雙線并行的科學(xué)方法教學(xué)模式被提出。一、基于科學(xué)方法的并行教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計所謂雙線并行教學(xué)模式,是指在物理教學(xué)過程中,以教材中的知識發(fā)展過程和伴隨知識的發(fā)展過程所蘊含的科學(xué)方法為基礎(chǔ),將知識的發(fā)展過程及其所運用的科學(xué)方法整理出線索,使知識線和方法線在教學(xué)過程中同時展開、并行前進的一種教學(xué)模式。雙線并行教學(xué)模式的操作結(jié)構(gòu)如圖1所示:雙線并行教學(xué)模式分為3個階段,準備階段、教學(xué)階段和運用階段。在準備階段,教師要做好分析因素、理出雙線和教學(xué)設(shè)計3項工作。在該階段,教師需要找出相鄰知識點之間的科學(xué)方法,按照知識點的發(fā)展順序,排列成“知識線”,根據(jù)前后知識點之間的各個銜接中的科學(xué)方法進行一一排列,理出“方法線”,而后依據(jù)“方法線”進行教學(xué)設(shè)計。在教學(xué)階段和運用階段,教師根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)課型和學(xué)生實際,開展豐富多彩的科學(xué)方法教育形式。在課堂教學(xué)內(nèi),教師的重點是把握科學(xué)方法這條主線。我們認為,雙線并行教學(xué)模式為科學(xué)方法實施提出了比較中肯的方案,但正如筆者所指出的,其中仍有尚待完善之處。依據(jù)教學(xué)模式的創(chuàng)始人喬伊斯和韋爾的理論,“每一個模式都有一個內(nèi)在的理論基礎(chǔ)”,顯然,雙線并行教學(xué)模式缺乏真實的理論基礎(chǔ)。因此,雙線并行教學(xué)模式并不是實施科學(xué)方法教育的唯一模式,這就需要建構(gòu)新的科學(xué)方法教育教學(xué)模式。二、明確科學(xué)方法教學(xué)的途徑教學(xué)理論是教學(xué)模式得以建立的基礎(chǔ)和依據(jù),它對其他要素起著導(dǎo)向作用。依據(jù)這一思想,我們選擇物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)作為科學(xué)方法教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)(如圖2所示)。圖2表明,物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖主要包括5個部分:實驗事實、物理知識、科學(xué)方法、數(shù)學(xué)以及延伸與應(yīng)用?？茖W(xué)方法處于結(jié)構(gòu)圖的中心,分別與其他4個部分相聯(lián)系。圖中的箭頭表示了不同部分之間的相互關(guān)系,不同部分之間也會發(fā)生聯(lián)系,但這種聯(lián)系須經(jīng)科學(xué)方法才能實現(xiàn),科學(xué)方法起到橋梁和紐帶的作用。從物理教學(xué)的實踐來看,物理教學(xué)過程主要體現(xiàn)在物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖的兩個教學(xué)途徑上。(1)在物理教學(xué)中,從實驗事實出發(fā),必須經(jīng)過科學(xué)方法的介入才能獲得物理知識,科學(xué)方法是實驗事實通達物理知識的必經(jīng)之路,既不可或缺,也無法逾越。這一教學(xué)途徑反映了物理知識的獲得過程,可以表示為:實驗事實→科學(xué)方法→數(shù)學(xué)→物理知識。這就是說,科學(xué)方法是獲取物理知識的重要手段,學(xué)生只有掌握了科學(xué)方法,才能更快捷地獲取物理知識。教學(xué)中只有借助于科學(xué)方法,才能使教學(xué)活動順利進行。比如牛頓第二定律的建立,就需要應(yīng)用實驗法、控制變量法、圖像法、曲線改直法、比例系數(shù)法等科學(xué)方法。顯然,科學(xué)方法與物理知識形成了“因”與“果”的關(guān)系。(2)科學(xué)方法還是物理知識應(yīng)用的重要手段,是實現(xiàn)物理知識智力價值的橋梁。進一步說,從物理知識出發(fā),必須通過科學(xué)方法的中介才能解決實際問題。這一教學(xué)途徑反映了物理知識的應(yīng)用過程,可以表示為:物理知識→科學(xué)方法→數(shù)學(xué)→延伸與應(yīng)用。仍以牛頓第二定律為例,在應(yīng)用該定律解決實際問題時,就需要用到整體法、隔離法、正交分解法、圖像法等科學(xué)方法。需要說明的是,這里前后兩個“物理方法”的內(nèi)涵不盡相同,第一個“物理方法”是物理知識獲得過程中的物理方法,第二個“物理方法”是物理知識運用過程中的物理方法,兩者有部分的交集,卻不完全相同。根據(jù)物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)圖,我們提出了方法中心教學(xué)模式。與雙線并行教學(xué)模式不同的是,方法中心教學(xué)模式不是把科學(xué)方法與物理知識看成地位相等的,而是看成主次不同的。科學(xué)方法為主,物理知識為輔,是科學(xué)方法作為主線,引領(lǐng)了物理知識的獲得和應(yīng)用。因此,在科學(xué)方法教學(xué)思想上,方法中心教學(xué)模式與雙線并行教學(xué)模式具有本質(zhì)的差異。教學(xué)模式都是指向一定的教學(xué)目標(biāo),為達到特定的教學(xué)目標(biāo)而設(shè)計的。科學(xué)方法中心教學(xué)模式的教學(xué)目標(biāo)正是通過科學(xué)方法教育促使學(xué)生掌握物理知識,完善物理認知結(jié)構(gòu),最終提高物理能力。三、物理知識在知識掌握過程中的運用進一步,我們分別闡述方法中心教學(xué)模式的操作程序。第一,介紹物理知識獲得過程中實施科學(xué)方法中心教學(xué)模式的操作程序。(1)從實驗事實(包括觀察、歷史資料、實踐經(jīng)驗等)出發(fā),聯(lián)系舊知識,設(shè)置問題情境。(2)聯(lián)系已有的知識,運用思維方法分析實驗事實,這一過程可能需要運用多種思維方法,包括分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理等思維方法。(3)借助于獲得物理知識的物理方法形成對知識的建構(gòu),這一過程可能包含運用多個物理方法。(4)借助于數(shù)學(xué)(物理量與數(shù)學(xué)公式)表達物理知識(物理概念、規(guī)律等)。從以上分析不難看出,知識獲得過程中實施科學(xué)方法中心教學(xué)模式的操作程序其實既包括了思維方法的運用,也包括了物理方法的運用,而且思維方法貫穿了知識獲得的全過程。第二,介紹物理知識運用過程中實施科學(xué)方法中心教學(xué)模式的操作程序。(1)確定解決問題需要的物理知識(物理概念、規(guī)律等)。(2)運用思維方法分析問題,這一過程可能需要運用多種思維方法,包括分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理等思維方法。(3)借助于運用物理知識的物理方法形成對問題的解決,這一過程可能包含運用多個物理方法。(4)運用數(shù)學(xué)知識(物理量與數(shù)學(xué)公式)求解問題。同樣,知識應(yīng)用過程中實施科學(xué)方法中心教學(xué)模式的操作程序既包括了思維方法的運用,也包括了物理方法的運用,而且思維方法貫穿了知識獲得的全過程。需要說明的是,獲得知識和運用知識過程中的科學(xué)方法有一定的交集,通過兩個過程的先后教學(xué),從而共同促進學(xué)生掌握科學(xué)方法。以上是我們建構(gòu)的科學(xué)方法中心教學(xué)模式,不難看出,科學(xué)方法中心教學(xué)模式是在深入研究“