中学物理教学过程的基本特点

第二节　中学物理教学过程的基本特点

所谓“特点”，一般是指“人或事物所具有的独特的地方”，或者指“一事物与他事物的不同之处”，它是在比较中产生的。例如，相对于文学、哲学、历史学等人文学科而言，实证性就是物理学的特点；相对于生物学的定性与半定量而言，精确性就是物理学的特点。相对于小学科学，中学物理的学科性、系统性与精确性就显得比较高深；相对于大学物理，中学物理就具有基础性。因此，论述中学物理教学过程的特点，就具有相对性。本节所讨论的中学物理教学过程的特点，主要是依据物理学本身特点、中学物理教学目的，以及中学生学习物理的特点等因素来阐述的。

一、中学物理教学以观察和实验为基础

观察和实验是科学研究中一种最基本、最普遍的研究方法，是认识主体获取感性经验和事实材料的重要途径，也是检验科学理论真理性的实践标准。因此，以观察和实验为基础，是任何自然科学的基本思想和基本观点。物理学也正是因为有了实验观察与理性思维的结合，才能不断拓展新的领域和迅猛的发展。中学物理教学作为学生个体探究物理世界、掌握物理规律的特殊认识过程，与人类探索物理世界的过程有着“浓缩”的相似性。这就必然要求中学物理教学以观察和实验为基础。具体而言：

（一）观察和实验是获取必要的感性认识的重要途径

在学习物理过程中，要形成物理概念和规律等关于物理世界的理性认识，就必须以一定的感性认识为基础，如果没有感性材料作为基础，学生的学习就不可能完成从感性到理性的飞跃。在中学物理教学过程中，中学生对物理世界的感性认识可以源于学生对生活环境的“自然观察”；也可以来源于有目的、有计划的“实验观察”。自然观察一般是指在自然发生的条件下，对观察对象不加变革和控制的观察。例如，在秋天，观察从树枝上自由飘落的一片叶子，就是自然观察。而实验观察是在人为干预、控制情况下对观察对象进行的观察。例如，在被抽成真空的牛顿管中观察钱币和羽毛从同高度、同时刻、无初速开始的自由下落就是属于实验观察。与自然观察相比，实验观察可以通过排除非本质的、次要的、外界因素的干扰，简化和纯化研究对象，突出被观察对象的本质因素。因此，实验以及实验观察能够让学生获得更明确、更具体、更具本质特征的物理事实和材料，为学生抽象物理概念和研究物理规律提供更有价值的感性材料。

（二）观察和实验是激发学习物理兴趣的重要手段

兴趣是人们积极探究某种事物的认识倾向，是人们认知需要的情绪表现。学习兴趣对认知活动的激起和维持具有极其重要的作用。在中学物理教学过程中，尤其是那些还不能将自己的学习与社会需求，自己的理想、信念和世界观联系起来的低年级学生，他们的学习更多地受到好奇、有趣等因素的支配和左右。因此，物理教学需要激发他们的学习兴趣。观察，尤其是实验观察，真实、形象、生动、新异、可控、可重复，极易唤起学生源于本能的好奇心和诸如探究、操作、理解事物奥秘的欲望，从而激发学生学习物理的兴趣，产生一种积极的学习动机。当然，如果说派生于本能的好奇心和求知欲的兴趣是较初级的直接兴趣的话，那么对实验中疑惑问题的解决和实验现象解释后所获得的成就感，以及由此产生的自我提高需求的满足和对物理学习意义与价值的认识，将进一步激发更深层、更高级的学习兴趣，即源于物理学习本身需要的间接兴趣。

（三）观察和实验是培养科学探究能力的重要过程

在中学物理教学中，观察和实验为丰富学生的感性认识提供了真实、具体、形象的材料，为激发学生的学习积极性创设了生动的学习环境。然而，这些并不是观察和实验，尤其是物理实验在中学物理教学中的全部价值。从近代物理学发展的历史来看，自从伽利略将理性思维与实证方法有机结合并运用于物理学研究之后，科学探究就再没有离开过实验。就这个意义来讲，物理学的本质就是以实验为基础的科学探究；物理学家的研究能力就表现在设计和运用实验进行科学探究的能力上。可见物理实验在科学探究中的地位和价值。然而，以教师为中心、以验证性实验和演示实验为主要形式的传统实验教学，并没有真正发挥物理实验在科学探究中的功能与价值。主要表现在物理实验教学中学生的主体性被严重忽视。在演示实验中，教师设计、操作、讲解实验，学生只是观看和接受实验；在验证性实验中，实验手册和教师把实验目的、实验原理、仪器选择、操作步骤、注意事项罗列得面面俱到，而学生只是按部就班地操作一遍。这种他主的、被动的、机械的实验教学方式背离了物理学是以实验为基础的科学探究的本质，既不利于学生实验技能和科学探究能力的培养，也不利于学生创新思维和实践能力的发展。当前，高中物理课程标准把科学探究和物理实验整合起来放在内容标准的首要位置，就是要揭示物理实验与科学探究不可分割的联系，突出物理实验是科学探究的有效手段和方法，强调通过探究性实验教学来培养学生的科学探究能力；同时也要求我们把以教师为中心、以验证性实验和演示实验为主的实验教学观向以学生为中心、关注探究性实验、倡导实验教学多样性的实验教学观转变，把探究性实验作为中学物理实验教学的常见的教学形式；要让学生在探究性实验过程中，体验如何从观察和实验中提出问题，如何根据猜想和假设规划实验方案、选择实验仪器和方法，如何进行实验和忠实记录数据，并对数据进行分析和论证，最终得出结论等等，最终达到促进学生科学探究能力发展之目的。

二、中学物理教学以提高学生科学素养为中心

物理学是一门基础性自然科学，它研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律，以及所使用的实验手段和思维方法。作为自然科学中基础最坚实、体系最严密、定量最精确、方法最成熟和应用最广泛的学科之一，它对形成学生科学的知识结构、培养科学严谨的理性思维、掌握探究自然的研究方法具有极高的教育价值。然而，中学物理教学不是为了培养物理科学家，也不是为了培养今后的职业物理学工作者，而是以物理学科为载体，通过教学提高学生的科学素养。因此，中学物理教学应从物理学自身及其与文化、经济和社会互动发展的时代性要求出发，肩负起提高学生科学素养、促进学生全面发展的重任。当前，在我国中学物理课程标准中，把物理课程目标定位于从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面来培养学生的科学素养。因此，中学物理教学过程应当是以提高学生科学素养为中心的教学过程。

（一）让学生掌握以概念和规律为核心的基础知识

具有一定科学素养的人必须是掌握一定科学知识的人。在现代科学技术高速发展的社会，物理学知识，如位移、速度、加速度等描述物体运动的知识，力、力的合成、牛顿运动定律等相互作用与运动定律知识，功、功率、机械能等能量与能源知识，以及有关基本的电磁现象与规律、基本的热现象与规律、基本的光现象与光学仪器等等，已经成为科学、技术、社会和生活领域中必不可少的术语和概念。如果一个人不具备这些基础的物理知识，就不具备描述、解释和预言一些自然现象的基本知识，就不能读懂通俗报刊刊载的科学文章和理解大众传媒中报道的科学事件，更不能参与到就有关结论是否具有科学依据的讨论中去。因此，理解和掌握以概念和规律为核心的物理基础知识，是提高学生科学素养的基本要求。然而，中学物理教育毕竟是基础教育，初中物理教学要让学生“学习一定的物理基础知识”，高中物理要让学生“学习终身发展必备的物理基础知识和技能”，它们并不意味着要让学生掌握全面系统、精确高深的物理学学科体系。事实上，不顾学生认知水平和学习需求，任何体系求全、程度过深、要求过高、学习过度的教学，不仅不能达到预期的教学效果，而且会伤害学生学习的积极性和自信心，影响甚至伤害学生的和谐发展。

（二）让学生经历物理概念和规律形成的过程

当今世界，复杂多变，危机四伏，有能源问题、生态问题、自然灾害问题、环境污染问题、公共交通问题，等等。这些问题需要依靠科学与技术的方法加以解决。因此，具有科学素养的人还必须是能够发现和提出一些问题，并尝试运用科学方法加以解决的人，是理解科学过程和懂得科学方法的人。正是基于这一理念，物理课程标准提倡以科学探究的教学方式，让学生经历物理概念和规律的形成过程。例如：就“探究力的合成”规律而言，首先学生要从日常生活的例子中提出“两个共点力的合力与它们之间有怎样的关系”的问题；然后对这个问题可能有的答案进行猜想；为了验证猜想学生需要设计各种实验方案，并在实验实施过程中，根据方案的合理性与可行性进行讨论、交流、合作、修改和调整；最后通过对实验中收集的数据的分析、比较、交流、论证，最终得出两个共点力的合力与它们之间的关系。显然，与传统的“在尽可能短的时间内让学生获得尽可能多的知识”的教学过程相比，这种经历“问题—猜想—验证—结论—交流—修改—理论”的教学突出了概念和规律的形成过程，学生不仅获得作为结论的物理规律，而且可以体验物理学研究的过程与方法，体验如何调控自己的学习过程，领悟收集和处理信息方法。而这些体验和领悟对提高学生的科学素养都具有积极的意义与价值。

（三）让学生养成科学的情感态度与价值观

教育的最高目标是要使受教育者能够达到自我实现和过负责任的生活。他们不仅需要实现自身的生存、享受和发展，而且要懂得如何尊重他人、与他人交流合作、与自然和谐共处、有将科学服务于人类的意识和社会责任感。因此，有科学素养的人不仅是具有科学知识、理解科学过程、懂得科学方法的人，而且是具有正确的科学态度、科学情感和正确价值观的人。然而，传统的物理教学以知识为本，以学科为中心，忽略了学生科学情感态度与价值观的培养。这种“只见学科不见人”、“重知识传承轻态度养成”、“重教书轻育人”的教学观从根本上背离了基础教育的基本性质和神圣使命。

科学情感态度与价值观一方面是科学素养不可或缺一部分，另一方面，科学情感态度与价值观也是在物理学研究和发展过程中产生和发展，并形成完整的体系的。这就要求中学物理教学也是一种让学生受到科学情感态度与价值观熏陶的活动。中学物理教学要让学生领略自然现象中的物理事物与过程的美妙，萌发对大自然的亲近、热爱、和谐共处的情感，产生对科学的好奇心和求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。要让学生领悟物理学的价值以及物理学家的事迹，从而产生强烈的学习兴趣、学习动机和学习情感。要让学生经历科学探究过程，培养起科学探究和批判性思维的能力，养成实事求是、尊重自然规律、不迷信权威、追求真理、宽容对待不同观点的科学态度。要让学生运用科学知识、科学方法、科学态度、科学精神分析与解决生活和社会的问题，养成科学、技术、社会、人类和谐发展的价值观念。另外，要结合多元文化教育和爱国主义教育，让学生了解不同种族的文化对物理学发展的贡献，要让学生了解我国对科学技术的贡献和现代物理学研究的成就，增强民族自豪感和自信心，树立起振兴中华的使命感与责任感。

三、数学方法与物理模型的结合是物理教学的重要手段

物理学是一门精确的定量科学。多数物理概念既有质的规定性（反映客观事物共同的物理属性和本质特征），又有量的规定性（表现为特定的可以测量与可计算的物理量），因而也称之为物理量。而物理规律（包括物理定律、定理、原理、法则、公式等）是物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，以及这些变化过程各物理量之间的函数关系。因此，质的规定与量的表达是物理学的突出特点，数学是物理学量的表达的最有效方法。那么，是什么因素将研究单纯数形关系的数学与研究物质种类繁多、运动错综复杂、相互作用各具特色的物理现象联系起来呢？这就是“物理模型”。所谓物理模型，就是为了研究物理问题的方便和探讨物理事物的本质而对研究对象所做的一种简化的描述和模拟，它是以抽象的方法对具体的问题忽略其次要因素，突出主要因素而建立的物理形象。因此，物理模型是物理知识本质特征的形象表征，是定量研究物理学的基础。例如，如果没有“质点”模型，就不能够精确确定运动物体的位置，也就不能确定运动过程的位移，更不能定义速度、加速度等有关描述物体运动的概念和规律的数学表达式。可以说，在物理学中几乎所有表达定量关系的物理概念、规律和理论都是建立在物理模型的基础上的，没有物理模型，就不可能有物理概念和规律的定量描述。物理模型与数学方法的统一是物理学基本的研究方法，也是中学物理教学的重要手段。

从根本上讲，物理概念和规律都是人们对一定物理事物和过程的意义建构，这种意义建构离不开数学的建模。因此，理解物理概念和规律必须以物理模型为基础，以数学方法为工具。离开了这两者，物理学习寸步难行。例如，就“滑动摩擦力”概念而言，由“互相接触的物体”、“相对运动”、“接触面”、“阻碍”等关键词描绘出的“滑动摩擦力”的模型表象，它给出了滑动摩擦力产生的条件、作用位置、方向等质的特征的物理模型，而滑动摩擦力公式F_f＝μF_N就是对滑动摩擦力概念的定量表达。再比如，每当提到“匀变速直线运动”的概念及其规律时，总能在脑海中既简要又形象地勾画出由“质点”、“平直”、“速度”、“均匀变化”等要素构成的模型，而匀变速直线运动的公式则是对这一模型中各物理量之间关系的定量描述。可见，离开了物理模型，物理学就变得繁杂和抽象，而离开数学方法，物理学不能做到简明和精确，而两者的结合是形成和理解物理概念和规律不可或缺的手段。因此，在中学物理概念与规律的教学中，有经验的教师很注重通过物理模型的示意图帮助学生建立物理图景，然后引导学生通过对物理模型的分析来建立概念、规律，以及它们的数学公式，力图将概念、规律、模型和数学公式建立实质性的联系，避免学生死记公式，生搬硬套。总之，抽象的数学语言与形象的物理模型的统一是中学物理教学的重要手段。