中学物理教学参考第30卷 第7期Vol.30 No.7
PhysicsTeachinginMiddleSchool●教育研究专论●
物理学科创新能力结构分析
靳建设
(甘肃省兰州市第一中学 730030)
中学创新教育目标的核心是发展学生的学科创新能力.中学学科创新能力是学科特殊能力和创造性思维品质的整合.那么,中学物理学科创新能力就是由理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力和实验能力,这五种能力与五种创新思维品质(即思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性)的整合.中学物理教学中全面提高学生物理学科创新能力的关键,在于突出物理思维品质的培养.
一、对物理学科创新能力的认识
能力,就是人顺利完成某种任务的一种稳定的个性心理特征.物理学科创新能力是学生在物理课学习中必然发展的、顺利完成物理学习任务的个性心理特征,是学生接受知识、掌握知识、应用知识和创新知识的本领,它具有创新性、整体性、层次性和发展性等特点.随着教育改革与研究的不断深入,近年来我国(1991年以后的高考物理科《考试说明》中规定)对中学物理学科的能力进行了更具体、更详细、易操作性的研究分类,而且已经形成共识,提出了目前我国高中学生应具备的物理能力由理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力和实验能力五种构成.物理能力以思维品质为核心,物理思维是人脑对客观物理事物(包括物理对象、物理现象、物理过程、物理情景、物理事实等)的本质属性、内在规律性及物理事物间的相互联系和相互关系的间接、概括、能动的反映.理解是物理思维的基础,概括是物理思维最基本的特征.现代提法的五种物理能力与创造性思维品质相互联系,相互渗透,构成物理学科创新能力的开放式动态立体结构.
二、创新思维品质
思维能力是智力的核心,思维品质是思维
能力强弱的反映,是个体思维活动中智力特征的表现,是判断一个人智力和能力高低的主要指标.创新思维品质就是学生在学习过程中逐步形成和发展的、并在此过程中表现出的、直接影响学习效率的个体智力特征和创新个性特征.学生物理能力的差异正是通过其创新思维品质来体现的.所以,培养创新思维品质是发展智力和能力的突破口.创新思维品质主要包括思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性五个方面.
1.思维的深刻性 指反映思维的抽象程度和逻辑水平,集中体现出思维的概括特点,是思维活动的广度和深度.善于深入地以事物发展的逻辑进行清晰地思考问题;善于把握物理事物的本质和规律,不被表面现象所迷惑;善于进行系统、全面的物理思维活动;善于从整体上用联系的观点认识物理事物,掌握物理知识,严密地推理论证物理规律.
2.思维的灵活性 指思维活动的灵活程度,思维活动能够根据客观物理现象的具体变化而变化,从不同的角度、侧面、方向去思考问题;善于运用不同的知识和不同的方法正确地解决问题;善于从部分和整体角度分析物理问题,有较大的伸缩性;思维的结果具有多样性、灵活性和合理性.
3.思维的批判性 指在物理思维的过程中能严格估计思维材料和检查过程,善于独立思考,不受暗示干扰;善于发现问题,提出质疑,进行争论,不断分析解决问题所依据的条件,反复检查已拟定的假设、计划和方案;善于客观地考虑正反两方面的论据;善于明辨是非曲直,敢于质疑问难.
4.思维的独创性 指思维的创造性,表现为善于独立思考,创造性地发现新问题和解决新问题.具有自己独特的思维方式,善于采用
新的思维方法进行思考;善于在广阔的领域内思考问题.
5.思维的敏捷性 指思维的速度和灵敏程度.在学习物理知识时,能快速准确地抓住所学内容,在头脑中予以内化;在运用物理知识解决物理问题时,迅速准确地将物理信息输入大脑中,利用原有的认知结构,找出问题的关键所在,恰当地提取物理知识与方法,正确地解决问题.
创新思维品质诸因素是相互联系、密不可分的.思维的深刻性是一切思维品质的基础,思维的灵活性和独创性具有相互交叉的关系,灵活性具有广度和顺应性;独创性则更具有深刻性和新颖性,从而获得创造力;思维的批判性则是在深刻性的基础上发展起来的,具有深刻、周密、全面、评判和调节的特点;思维的敏捷性则是以其它四个思维品质为前提,又是其
理解能力 1.理解概念和规律的确切含义,理解规律的成立条件和适用范围. 2.通过概念的形成过程,发展抽象概括能力,重在理解其本质.
3.善于概括各种问题的类型,并正确地判断各种类型.
推理能力
1.能根据已知的知识和所给物理事实、条件对物理问题进行逻辑推理与论证,得出正确的结论或作出正确的判断.
2.创造条件,自己发现真理.弄清概念和规律的来龙去脉、条件结论的逻辑关系和相互联系,逐步把握知识的逻辑结构.
3.善于将知识系统化、结构化,从不同的角度进行分析与组合,形成知识结构网络.
它四个思维品质的表现.思维的这五种品质相互依赖构成一个统一的整体,即构筑了创新思维能力的骨架,成为建立学科创新能力结构的核心要素.
三、高中物理创新能力结构
笔者认为,第一,中学生的物理学科创新能力结构是由现代提法的五种物理能力与五种创新思维品质共同构成的有机整体;第二,各种形式的思维能力提法总可以归因于五种能力或五种思维品质之中,有其相似或相近的一面;第三,五种能力与五种思维品质并不是简单的并排,而是相互依赖、相互交叉、相互制约的结构系统,在空间构成了二十五个立体交叉点.
下表列出了高中学生物理学科创新能力的要素,从表中可以反映出中学生物理学科创新能力结构的内在关系.
分析综合能力
应用数学处理 1.能根据具体问题列出物理量之间的关系式,进行推导和求解,并根据结果得出物理结论.
2.善于运用图象或图形、过程示意图提取有用信息进行分析问题. 1.能对物理问题运用公式、几何图形、函数图象等方法进行表达和分析,并根据需要进行灵活地转换.
2.问题求解过程运算简捷灵活.
实验能力 1.能独立完成规定的实验,明确实验目的,理解和控制实验条件.
2.按实验步骤完成实验操作
3.会分析物理实验现象和实验数据.
思维的深刻性
思维的灵活性
1.能够清楚地认识概念和规律的各种表达方式,并从不同的侧面或不同的角度进行解释或说明.2.培养从正反两方面思考问题的可逆思维和全方位观察思考的习惯.
3.善于将物理公式灵活地变形,并弄清含义.
1.独立地对具体问题进行具体分析,弄清所给问题中的物理状态、过程与情景,找出其中的主要因素与相关条件. 2.探索问题的多解,能从方法论角度进行概括,逐步领会常用的物理方法与思想.
3.利用较深层次、较综合的问题,培养长期深入思考的习 1.根据已知的知识与 1.能将一个复杂所给物理事实,能够将物问题分解为若干个理问题进行的推理分析简单问题,并找出它过程用不同的方式表达们之间的联系,运用出来.物理知识灵活解决. 2.善于强化物理语言, 2.一题多解,一题加强对同一物理事实或多变,善于联想,长结果的生活语言、符号语于发散,培养灵活进言、图象语言的转化训退自如的思维习惯.练. 3.善于用变化的、 3.善于把分析与演绎、联系的、运动的观点特殊与一般、具体与抽象分析问题.的逻辑思维方法有机地联系起来.
1.会灵活运用学过的实验方法或用过的仪器. 2.会设计实验记录的表格.
思维的批判性
1.能够鉴别概念和规律的各种说法,理解相关知识的联系与区别. 2.弄清问题的条件和要求,自觉采用合理的方法解答.
1.能够根据相关概念和规律从已知到未知进行合理的推理,排除错误的结论,提高辨别正误的能力.
2.能够掌握问题的各种类型及结构特点.
3.善于对问题的可能性进行正确合理的估计与推测.
1.在物理问题由已知到未知的推理分析中,能找到符合实际的具有普遍性的推论或结论,用于灵活地处理相关问题. 2.通过对物理概念、规律的引申、特殊化、一般化分析引出新的结论. 3.善于将各种公式、规律进行有机联系,并找出它们之间的逻辑关系. 1.注意思维的合理性,避免走弯路.
2.能自觉地运用概念和规律进行判断、分析与综合、对比与类比、归纳与演绎推理论证物理问题.
1.能够识别所给问题中的干扰因素并予以排除.能够挖掘其隐含条件.
2.善于用多种方法检查结果的正确性. 3.注意物理语言的严密性和条件性,对物理语言的细微差别善于分析. 1.能对所给问题进行联想,从不同的侧面寻找多种解法,从而获得最简解法. 2.能创造性地自编、自改物理问题,并考察结论的变化.
1.容易纠正直觉或具体图形产生的错误.
2.善于摆脱对物理公式的纯数学理解,弄清物理意义. 1.善于从物理公式、图形、图象中发现新的结论,从而提出独特、新颖的方法分析问题. 2.善于将多方面的数学知识作为工具解决疑难、综合问题. 能迅速地综合运用数学工具处理物理问题.
1.会观察分析实验现象,抓住关键.会识别并纠正实验中可能出现的错误.
2.会用误差理论分析物理实验结果. 1.会处理实验数据,从中探索性地发掘物理规律或得出正确的结论. 2.完成实验报告.
3.会制作一些简单实验器材,会设计简单的实验. 1.根据需要寻找实验仪器的代用品.
2.能及时排除简单的实验故障.
思维的独创性
1.能够根据问题充分激发自己的创造性思维萌芽;能够大胆质疑,深入思考,提出自己的见解. 2.能够建立相关概念之间的关系网. 3.善于探索发现新的解题规律,提出独特新颖的解题方法. 1.能将物理概念文字语言、符号语言与图象语言有机相互印证. 2.能通过具体问题概括出一般解题方法、思路. 3.善于抓住问题本质,迅速选择正确的解题方法.
思维的敏捷性
1.能对问题中的物理状态、过程、情景有深刻地理解,并迅速地建立物理理想模型.
2.注意思维块的积累并熟练地运用. 3.正确地使用概念、规律进行综合问题的解答.
总之,中学生物理学科的创新能力是学科特殊能力与创造性思维品质的整合,是一般与特殊创造力的集合.它是由若干能力变量构成的系统,是静态与动态结构的统一体.学科教
一、人体基因结构 人的基因存储在一个螺旋形的大分子
中.现在科学家希望能准确地知道在哪一种基因中存储哪些信息,因为每种基因由约3万个信息构成,要一个一个地检查,现在才查明约10万种基因中的100种.日前,科学家们已解出一个志愿者的全部基因密码,如能揭开全部基因的秘密,那么由于基因受损而引起的癌症、糖尿病以及其它迄今已知的4000多种遗传疾病都可以通过修复基因来根治.
二、宇宙中的黑暗物质 根据新的计算,宇宙间存在的物质比现在天文学家看见的要多九倍,宇宙爆炸论才能成立.然而这些物质在哪里,是什么成分,是否还能发现大量的黑暗物质,完全是个未知数.
学活动是学科创新能力结构形成的起点和动力,它以学科知识经验为中介,只有把学科创新能力培养建立在学科扎实知识基础上,才能使学生的创新精神和创新能力得到最大发展.
三、受控核聚变 用7克氢核燃料能够产生6吨煤的能量,
而且氢核燃料是从水中提取的,用之不尽,对人类和环境的危害也只是现在能源的1%.现在理论问题虽然解决了,实际问题还没解决.氢核聚变的前提是1亿度高温,如何建造能承受如此高温的熔炉.
四、生命起源 美国科学家米勒仿造出40亿年前地球上的条件,结果在此条件下产生出氢基酸——生命的组成部分.但是如何演变成生命仍然是个谜,现在计算机科学家编制出人工生物的程序,在计算机世界中观察“生命”起源的,他认认为,这是理解生命结构的第一步,未来的目标要模拟出生命的形.
(本刊资料室供稿)
世界四个最大科学难题