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中學物理與素質(zhì)教育-兼談物理教材為加強素質(zhì)教育所作的努力
在有關素質(zhì)和素質(zhì)的眾多文章和議論中，這兩個概念的含義不盡相同。本文所談的素質(zhì)，主要指社會文化素質(zhì)，即指人的價值觀、道德品質(zhì)和行為規(guī)范、信念和科學精神、文化科學知識、勞動生活技能、審美觀和審美能力等。社會文化素質(zhì)是人通過環(huán)境和教育在后天形成的。本文所談的素質(zhì)教育，指的則是以全面提高學生的身體素質(zhì)、心理素質(zhì)、社會文化素質(zhì)為目標的教育。
一、兩種物理教育觀
中學物理教育的目標是什么？盡管建國以來歷次教學計劃和教學大綱的說法不盡相同，其基本目標都是要與其他學科和其他學�；顒右黄�，“培養(yǎng)有理想，有道德，有文化，有紀律的社會主義公民”（《全日制中學物理教學大綱》，1990年4月第二版）。但是，在實際工作中，兩種不同的實踐反映出來的卻是兩種不同的物理教育觀。多數(shù)人的作法實際是在努力把學生培養(yǎng)成為物理專業(yè)工作者，另一種則是力圖使物理課程在培養(yǎng)高素質(zhì)公民的過程中作出貢獻。
1. 兩種教育觀對重點知識的不同認識
中學物理的教學內(nèi)容分為重點知識、重要知識和一般常識。什么是重點知識？舉例來說，一般認為牛頓第二定律是重點知識。1990年教學大綱(修訂本)在高一和高三兩次安排了牛頓第二定律的教學。按照現(xiàn)行高中課本，包括必修和選修兩部分內(nèi)容，牛頓第二定律和為這個定律做鋪墊及隨后鞏固的教學約達七、八課時，若考慮到其后在學習牛頓第三定律及力學單位制時肯定要出現(xiàn)的有關第二定律的練習，所占課時數(shù)還會大得多。關于運動學的三個公式的教學也有類似的情況。如果把這部分內(nèi)容所需的預備性知識，例如力的分析，所用的教學時間也包括在內(nèi)，所占課時會更多。至于高三總復習，這部分內(nèi)容所用時間的比例就更大了。
高素質(zhì)公民的一個重要標志是能夠適應未來技術(shù)化的社會生活，但在實際生活中，很難想象在什么場合會用到“連接體”等高中物理中這類典型問題。即使將來從事科技工作，如果不是去作大、中學的物理教師，恐怕也很少需要在這樣的層次上去應用牛頓第二定律。
產(chǎn)生上述問題的原因，是因為這些同志們認為，在中學的有限課時內(nèi)，應該多學一些“主干知識”。所謂主干知識，則是那些在物中影響全局的，掌握不好就無法進一步學習的，也就是說，考慮得較多的是物理學科本身，而非公民素質(zhì)的需要。
不適當?shù)貜娬{(diào)本學科的主干知識，占用了較多的教學時間，使得我國物理教學內(nèi)容過窄、過舊，不利于學生科學素質(zhì)的提高。
英美的教育制度不像我們這樣整齊劃一，學生在高中階段可以自己決定是否學習物理課或者學習哪種類型的物理課。他們有若干物理教學大綱（或大綱）和很多種物理教科書，各具特色，側(cè)重點不同，可供師生選擇。以美國一本有名的CONCEPTUAL PHYSICS為例，關于牛頓第二定律，書中只有一個由力和質(zhì)量直接加速度的例題，章后也只有一個這樣的計算性習題；但是這本書卻較為深入地分析了有空氣阻力時落體的運動，包括降落傘的作用等實際問題，這類內(nèi)容在實際生活中有重要應用，卻是我們的課本中所沒有的，原因是這類問題派生于牛頓定律，況且由于中學數(shù)學知識所限，不能進行“深入的、定量的”研究。
附帶說一下，英美也有一些旨在培養(yǎng)未來物理學家的中學物理課本，但是這些課本在牛頓第二定律、運動學定律、力的分析等老問題中并沒有像我們這樣下功夫，他們用全新的物理的觀點研究物理學，其實這才是培養(yǎng)物理學家的道路。這個問題不在本文深入討論。
2.對于應用性知識在物理課程中的作用，兩種教育觀有不同的認識
物理學是一門應用性極強的學科，沒有物理學就不會有我們今天的文明生活，這一點沒有爭議。拿我國90年代的課本和50年代的相比，可以看到聯(lián)系各種產(chǎn)業(yè)和日常生活的例子大大增加了。在九年義務教育物理教學大綱（1992年頒布）規(guī)定的教學目的中，物理知識的應用和物理知識本身是同等重要的。這些都是很大的進步。本文要談的問題是，在不同的教育觀的支配下，在課程、教材和教學中，對于物理課程中應用性知識的處理是不同的。
科學素質(zhì)，作為公民素質(zhì)的重要組成部分，不僅指較為豐富的科學知識，而且包括把這些知識應用到日常生活和本職工作中的能力。教學中的應用性實例有多種作用，第一，給學生指出，在實際生活中，什么地方用到了這些知識；第二，這些實例是一些示范，讓學生看到，怎樣使理論中的公式、條文和現(xiàn)實生活中的問題相互溝通；第三，向?qū)W生展示科學技術(shù)對于人類社會的意義。我們制定大綱、編寫課本和進行教學的人，大多是物理專業(yè)出身，在工作中常常不自覺地要把學生復制成我們自己，因此，往往把應用實例處理成詮譯理論的工具，好像在物理學中只有系統(tǒng)的理論才是最重要的，因而不能全面發(fā)揮教材中應用性實例的作用。這種認識和在它支配下的教育實踐是和素質(zhì)教育的精神相悖的。
義務教育物理教學大綱把知識的應用規(guī)定為教學目的之一，為了貫徹這一規(guī)定，進一步體現(xiàn)素質(zhì)教育的精神，在九年義務教育初中物理課本中，編者嘗試了從兩個方向建立物理理論和實際應用之間的聯(lián)系：過去的習慣是講過一段理論之后講一講理論的應用，以說明理論的重要意義；現(xiàn)在在保留這種形式的同時，也從另一個方向上加強了理論和應用之間的聯(lián)系，即抓住了一些場合，從實際問題出發(fā)，向?qū)W生介紹怎樣在實際問題中找出科學道理，以深化對于問題的認識并進一步解決問題。在義務教育物理課本第二冊中較多地作了這種嘗試。在這些嘗試中，有的需要綜合運用某些物理知識，如“生活用電”，有的要求講清原理，如“熱機原理”，有的要提及技術(shù)層次的某些考慮，如“能源和節(jié)能”。關于技術(shù)層次的討論，需要說明的是，自義務教育教材的編寫以來，編者力求改變長期以來流行的重科學、輕技術(shù)的傾向，在教材中努力體現(xiàn)這樣一種思想，即科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明對人類社會的同樣重要。例如在討論燃料的有效利用時，對比了煤塊、煤粉和煤粒在鍋爐中的燃燒效率；在講到直流電動機時比較詳細地討論了換向器的作用。這些問題不涉及新的物理原理，但正是當年的這些“技術(shù)決竅”，推動了科學成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。
學生應用物理知識能力的提高必須有足夠數(shù)量的實例作基礎。和現(xiàn)行高中教材相比，在用于兩省一市的高中試驗教材中應用性實例大大增加，在前四冊的16篇閱讀材料中，9篇是有關實際應用的。此外，還有為數(shù)不少的練習和習題介紹了物理知識在各種產(chǎn)業(yè)和日常生活中的應用，這點和過去的教材有很大不同。希望老師們了解教材編者的初衷，充分利用這些閱讀材料和題目，讓它們在提高學生科學素質(zhì)方面發(fā)揮作用。
十分遺憾的是，在市面上眾多的復習資料和習題集中，訓練學生把物理知識用于日常生活和各種產(chǎn)業(yè)的題目幾乎沒有，它們很難在這方面提高學生的科學素質(zhì)。此外，目前的各種考試，命題時也不大考慮它們對素質(zhì)教育會起到什么作用。在作者手頭的7個省市近年的15份高中會考試卷中，沒有一個實際應用的題目，這使得這些考試在提高學生科學素質(zhì)方面難以進行正確的導向。值得一提的是，每年三月在全國范圍內(nèi)進行的初中物理知識競賽，其命題一直強調(diào)物理知識的應用，這個導向是正確的。
3. 物理課程與其他科學課程的關系
生活在社會中的人對科學知識的需求是綜合的，人們?yōu)榱私虒W的方便把它們分成了物理、化學、生物等幾門課程，在按照素質(zhì)教育的要求考慮課程、教材和教學時，不能認為這種課程設置和內(nèi)容劃分以及課時分配比例是理所當然的和一成不變的。
物理學是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動的科學，在幾門基礎學科中，它的研究對象最廣泛，它研究的規(guī)律最基本。物理學的研究對象可以是無生命的，但是，生命活動卻絕對不會違背物理規(guī)律。現(xiàn)在人們常說，21世紀是這門學科的世紀、那門學科的世紀，這是從某學科的發(fā)展前景來講的。這里可以肯定地說，出現(xiàn)了躍進式發(fā)展的學科，必然廣泛地應用了物理學的研究成果和研究方法。從這個意義上講，物理學科在提高公民的科學素質(zhì)方面具有其他學科不可替代的作用。
但是，學科的重要性不能等同于學校中課程的重要性。這里要回到我們的出發(fā)點：中學物理課程不是為培養(yǎng)物理專業(yè)工作者而設立的，它應該和其他學科有機地結(jié)合在一起，為提高學生素質(zhì)這一總的目標作出貢獻。
一個有趣的事實是，我們在談到中學的三門科學課程時，總是按照物理、化學、生物這樣的順序，而英美的教育工作者則相反，說起來總是生物、化學、物理。在問到為什么把生物課程放到這樣重要的位置時，他們說，（按照西方人的觀點）人最關心的是自已的生活，而人的身體 醫(yī)學，人的食物 農(nóng)業(yè)，都是和生物學密切相關的，所以社會輿論對于學校中的生物課程十分重視。他們的說法給我們一個啟發(fā)：今天的中學生，包括能夠考上理工科大學的那部分高中學生，他們之中將來從事物理、化學、生物學的基礎研究的人所占比例微乎其微，對于居民中絕大多數(shù)的工人、農(nóng)民、一般工程技術(shù)人員和其他許多從業(yè)人員來說，到了下一個世紀哪門科學領先并不十分重要，重要的是能夠懂得周圍的科技環(huán)境，適應技術(shù)化社會的日常生活，能夠應付本職工作中不斷進步的技術(shù)要求，有能力對于與科學技術(shù)相關的社會問題發(fā)表意見。
素質(zhì)教育要求我們把培養(yǎng)學生成為某學科專家的潛意識轉(zhuǎn)變一下，更多地考慮未來的普通公民切身的實際需要，那么學科的重要性、課時分配等難題也就容易解決了。
二、物理課程應該加寬知識面
物到今天，已經(jīng)深入到各種產(chǎn)業(yè)和日常生活的各個方面。可以說，在生活中到處都能碰到物理問題。在這種形勢下，過窄的物理學知識面不利于學生適應未來的社會生活，也不利于實現(xiàn)物理課程的其他功能。
許多與日常生活息息相關的物理知識，在中學物理課本中卻難以找到，即使有，也往往作為選講處理，多數(shù)老師不講。相對濕度是一個常用的物理概念，夏天，人們對于溫度的感覺在很大程度上受相對濕度的影響，在技術(shù)上，許多儀器設備對相對濕度都有一定的要求，但它在現(xiàn)行課本中只是一個選講內(nèi)容�，F(xiàn)在，天氣預報常講降水概率，但是，作為應該具有較高素質(zhì)的公民，有幾個高中畢業(yè)生能夠比較準確地說出概率的含義呢？現(xiàn)實生活中，有的人看問題片面，以偏蓋全，究其認識論上的原因，也和缺少概率與統(tǒng)計的觀念有關。其實，作為物理學的重要概念（當然也是數(shù)學中的重要概念），在熱學和原子物理學中，關于概率與統(tǒng)計的問題本應多作一些文章的。
其他一些物理知識，如角動量守恒、多普勒效應、絕熱過程，以及流體動力學的初步知識等，較高素質(zhì)的公民是應該有所了解的，但是由于種種原因都不能包括在《普通高級中學物理教學大綱（供實驗用）》中。
基于以上討論，正在兩省一市試用的新編高中物理課本（必修）在教學內(nèi)容的選擇上做了一定的努力。在盡力限定那些與實際生活距離較遠的內(nèi)容的同時，在可能的情況下以不同形式增加或加強了例如多普勒效應、電話磁卡、電話IC卡、高空氣溫為什么低、怎樣測定古物的年代等與生活常識關系密切的內(nèi)容。
課本的編寫必須遵照教學大綱。由于在降低“主干知識”的要求方面無法加大力度，所以增加的內(nèi)容也十分有限。
目前我國中學生的課業(yè)負擔過重，物理課尤其被認為“深、難、重”，在這種情況下能否進一步擴大物理課程的知識面呢？解決這個問題的前提就在于能否在正確的物理教育觀的指導下較大幅度地降低“重點知識”的要求，不再在這些知識點上“深挖洞”。只有這樣才能解決物理課程“深、難、重”的問題，也才能擴大學生的知識面，使物理課程更好地為提高學生的素質(zhì)服務。
三、必須加強科學方法、科學覺悟和科學精神的教育
如上所述，公民的科學素質(zhì)首先表現(xiàn)為具有較多的科學知識，此外，還表現(xiàn)為掌握一定的科學方法、具有較高的科學覺悟和較強的科學精神。
1. 科學方法
物理學理論的建立遵循著這樣的途徑：觀察實驗（廣義的） 假設 設計實驗驗證假設 理論 通過廣泛的實踐驗證理論……在其他領域，大至科學理論的建立，小至自行車、臺燈故障的排除，基本途徑都是相似的，有意識地沿著這樣的途徑去思考問題，尋求解決的方法，是一種重要的能力。 我國的物理課程一直對學生進行“物理學是從實踐中來，到實踐中去”這樣的教育，這次新編高中試驗教材在堅持這個優(yōu)良傳統(tǒng)的同時又作了以下努力。
首先、注意不給學生造成這樣的錯誤印象，好像通過課堂上的一兩個實驗，收集三五組數(shù)據(jù)就可以得出一個物理。要讓學生認識到，課堂上用于歸納物理規(guī)律的實驗不過是科學方法的一種演示。這一點，在新教材中多次做了特別的說明。
第二、重視“猜測”在科學發(fā)展中的作用。我們一直重視從事實歸納科學規(guī)律，而后用演繹的方法利用這些規(guī)律去解決問題。這樣作是正確的，但有兩點常被忽略。其一，單純的演繹不能得到新的認識；其二，單純的歸納得出的規(guī)律只適用于與原型相同的場合，不能成為普遍規(guī)律。這兩點都告訴我們：創(chuàng)造性思維需要猜想。在新編高中試用教材中，編者多次正面提到“猜一猜”、“可能”這樣的詞語，這在過去是十分忌諱的。
最后，在新編高中試用教材以及九年義務教育初中物理教材中，多次應用并正面介紹了某些普遍適用的科學方法，例如控制變量法、用比值定義物理量的方法。新教材中還滲透了使用儀器設備時把它們視為“黑箱”的思想方法。在使用多用電表和使用示波器的教學中，教材有意識地把它們作為“黑箱”處理，即不引導學生考慮它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，只讓學生注意它們的兩個界面與被測電路的界面和與使用者的界面。新設備、新電器層出不窮，任何人都不可能全面掌握它們的結(jié)構(gòu)和原理，能夠有意識地用“黑箱”的思想方法處理問題是一種十分有用的能力。
能否掌握一定的科學方法是人的素質(zhì)高低的重要表現(xiàn)之一，近年來，方法教育已經(jīng)得到很多物理教育工作者的重視。但是，方法教育只能以知識教學為載體，以潛移默化的方式進行，不能把科學方法異化為新的知識點。這個問題在《普通高中物理教學大綱（供試驗用）》中已經(jīng)明確指出。高中物理試用教材以旁批的形式在適當時機指明某些常用的科學方法，起到了畫龍點睛的作用。
在一門課程中學到的科學知識是有限的，對于不以物理學為自己專業(yè)的學生，某些知識的細節(jié)可能以后再也不會用到，但是通過這些知識的學習所掌握的科學方法卻可以遷移到社會生活的方方面面，甚至科學以外的其他領域，使人終生受益。因此，在物理課程中不斷探索方法教育的內(nèi)容和方式，是素質(zhì)教育的一個重要課題。
2. 科學覺悟
科學覺悟，在本文中指的是對于科學技術(shù)在人類和現(xiàn)實生活中的作用的認識，包括積極的和消極的作用；也指對于科技成果的親近感。
關于科學技術(shù)的作用，已經(jīng)有很多文章進行了充分的討論。教材的編者作了一些努力來落實這方面的教育。過去的教材中關于科技成果的應用一般到技術(shù)層次為止，九年義務教育初中物理教材和新的高中試驗教材則在可能的場合把它延伸到科學和技術(shù)對于推動社會發(fā)展所起的作用（包括資源和環(huán)境問題）。在高中試驗教材的閱讀材料中安排了一定數(shù)量的物理學史的內(nèi)容，目的之一也是進行這方面的教育。這兩套教材都用了一定篇幅討論資源和環(huán)境問題，也是出于這種考慮。
對于科技成果的親近感是一種重要的科學素質(zhì)。這樣的親近感屬于非智力心理素質(zhì)，它并不要求人們對新科技成果有深刻的理解，但是從內(nèi)心里愿意接近它、愿意了解它，在可能的條件下應用它。日常生活中我們可以看到有些人對于新出現(xiàn)的微波爐、IC卡電話，以及過去的壓力鍋、煤氣點火器等事物非常關心，有條件時總想試一試，這種作法未必出于具體的功利目的，似乎只是好奇，這就是本文所說的親近感。相反，有的人，特別是那些本職工作與科學技術(shù)距離較遠的人，常常對于新科技成果呈茫然、恐懼以至排斥的心態(tài)。
許多受過高等教育的人缺少對于科學技術(shù)的親近感，中學里的物理教育是有責任的。究其原因，一是許多學生學不會，二是教學內(nèi)容遠離學生的生活。這樣學生自然會疏遠物理學，進而疏遠一般的科學技術(shù)。在課程、大綱、教材和課堂教學這幾個環(huán)節(jié)上，不分學生的學習水平和能力傾向，一律片面強調(diào)本學科的主干知識，許多與生活密切相關而又有趣的內(nèi)容，由于在物理學科體系中處于枝節(jié)的位置而不能在中學教材中入選。一門課程如果以這樣的面孔出現(xiàn)，怎么能夠使人親近呢？
3. 科學精神
我們的國家曾是一個文明古國，但從幾百年前開始，逐漸落后于西方。對于這個現(xiàn)象，可以在、、文化、社會等多方面進行探討，從不同側(cè)面尋找原因。從文化傳統(tǒng)上看，儒家思想在我們國家統(tǒng)治了幾千年，在很多場合道德思維代替了科學思維。在民族心理的深處，重人情、重道德，輕邏輯、輕規(guī)則。與西方文化相比，不能不說科學精神有些欠缺。
不唯上、不唯書，不受傳統(tǒng)觀念的左右，把實踐作為檢驗真理的唯一標準，就是一種重要的科學精神。真正作到這一點并不容易，有時候要經(jīng)受痛苦的觀念轉(zhuǎn)變。供試驗用的新高中教學大綱在建國以來第一次把量子論和相對論列入教學內(nèi)容，目的之一也是進行這樣的教育。
質(zhì)疑的習慣和獨立思考的習慣也是重要的科學精神。新編高中物理試驗課本和九年義務教育初中物理課本都十分注意從習以為常的現(xiàn)象或“理所當然”的想法中引導學生找出矛盾，展開課題。課本寫得思路清晰、節(jié)奏輕快，本身就會給學生以潛移默化的影響。如果有的實驗在課堂上做不了，有的理論推導對中學生說來預備知識不夠，或者有的推導或運算是留給學生自己完成的，那么這些地方都有明確的交代，不丟失任何一個思維環(huán)節(jié)，也就是說，絕對不給學生養(yǎng)成死記硬背、人云亦云的壞習慣。
相信科學技術(shù)的力量，是又一種科學精神。關于技術(shù)，除了一般理解的產(chǎn)業(yè)技術(shù)外，還有管理技術(shù)，包括使用符號的技術(shù)。在社會里，管理龐大的、管理復雜的社會，需要技術(shù)，它是產(chǎn)業(yè)技術(shù)的延伸。企業(yè)和社會的法制化管理，則是科學學科的公理化體系的延伸。科學教育不僅在傳授科學知識，它還在塑造人，塑造人的價值觀、行為準則和思維習慣。目前一些學校中，對于不準備升入理工科大學的學生，物理課教學不認真，除了應試教育在作怪外，就是對于這門課程在培育學生的科學方法、科學覺悟和科學精神方面的作用認識不夠。
四、物理課程和美育
審美素質(zhì)是人的素質(zhì)的一個重要方面。美育不僅是類課程的任務，科學課程同樣負有美育的責任。物理學作為一門成熟的科學，它把科學的和諧美、簡單美、對稱美和新奇美全面地展現(xiàn)在我們面前。在供試驗用的新高中物理課本中，編者在適當?shù)牡胤揭呀?jīng)用旁批的形式作了指點，目前還只是一種嘗試。新教材強調(diào)了電學規(guī)律與磁規(guī)律的對稱與不完全對稱，同時以注解的形式指出磁單極子存在的可能性，意為向?qū)W生展示對稱美與對稱破缺的美。新教材加強了守恒關系的教學，這也是對稱美的一種表現(xiàn)。目前，在科學課程中進行美育的研究還有待進一步深入。
綜合以上討論可以看到，使物理教育（進而科學教育）真正轉(zhuǎn)到素質(zhì)教育的軌道上來，是一個復雜的系統(tǒng)工程，它涉及課程計劃和教學大綱的制定、教材的編寫，以及廣大教師的教學實踐。這里既有教育觀念的問題，也有制度、學校條件和師資水平等具體問題，還要考慮到巨大的教學慣性。這個轉(zhuǎn)變必須得到社會各方面的認可才能實現(xiàn)。因此，向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變是一個長期艱巨的任務，我們科學教育工作者任重而道遠。
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