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1990年,根据国家教委印发的《普通高中教学计划的调整意见》,普通高中物理课分为必修课和选修课两部分(即“二、一分段”),物理大纲相应地作了调整,这项调整改变了过去的单一课程设置,是建国以来对普通高中物理课程的一项重大改革,在物理课程改革上迈出了一大步。
1990年调整后的物理教学大纲,必修课的内容着眼于提高学生的科学文化素质,包括比较全面的物理基础知识,注意面向大多数学生,降低了难度和要求,缩小了初、高中的台阶,减小了学习困难。加之会考制度的实施,使大多数学生都能学到比较全面的物理知识,改变了过去学生文理科知识结构的不平衡现象。
但是“二、一分段”这种模式,仍不能适应不同学校的不同情况。必修课与选修课的性质不同,要求不同,侧重点不同。必修课的内容要照顾大多数学生能够学得了,要求不能过高。重点校的师资、生源等条件好,多数学生感到必修课的内容浅,他们学有余力,高中的前两年“吃不饱”,影响他们的学习效率。另一方面,必修课的要求又不能降得过低,否则无法在高三不到一年的时间内完成选修课的教学任务。这样,也还有一部分学生“跟不上”,不能适应必修课的要求。“跟不上”与“吃不饱”的矛盾,一直困扰着高中物理教学。
必修课的内容既要照顾到全体学生都能学到比较全面的物理知识,且学有所得,又要考虑与选修课的衔接,照顾到准备升入理工科院校的学生具有较高的知识和能力,在目前的高考制度和高中分段教学的情况下很难处理。1990年调整后,各地反映了不少意见。
在制定新的教学大纲时,应当继续1990年的改革初衷,总结几年来实施“二、一”分段的经验,充分考虑普通高中的性质、任务以及物理学科的特点,在原有的基础上对课程设置作进一步的改革。
高中是较高层次的基础教育。普通高中要进一步使学生的素质得到更高层次的发展,又要为将来准备升入高等院校的学生打好坚实的基矗在课程设置上要充分考虑社会需求和学生情况的差异,要为有不同发展倾向或发展前途的学生开设不同类型的物理课,明显地分开层次,便于分流,既有利于进一步提高学生的科学文化素质,又有利于发展学生的个性和特长,解决“跟不上”与“吃不饱”的矛盾,使不同流向的学生都能有效地学习,且学有所得。
物理是系统性较强的学科,物理知识本身的特点决定了高中物理课对学生的能力要求较高,特别是对准备升入理工科高等院校的学生,能力要求较高。物理学是一门基础科学,是现代科学技术的基矗物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用。不论学生将来的流向如何,在高中阶段都需要学到足够的、全面的物理知识,对物理学的概貌有所了解。由物理学形成并发展起来的科学研究方法,对探索自然有普遍意义。在高中阶段学习物理课,使学生受到科学态度和科学方法的熏陶,是提高科学文化素质的重要方面。这样,对全体学生来说,知识面不宜过窄,程度也不宜过高。如果仍采用分段的办法,则现在所暴露出来的矛盾仍无法解决,不能使不同流向的学生都学有所得。出路何在?与其分段,不如分为两类物理课,以便分开层次,便于在适当的时候分流,这样对高中物理教学可能会更合适些。
从我国目前的实际情况看,物理课可分为两类。两类物理课的大纲要有不同的要求,各具特色,各有侧重,明显地分开层次。
文科物理的授课对象是文科学生。文科学生在以后的工作中可能永远不会遇到“相对论”或者是“量子力学”的问题,他们不学大学物理,似乎是天经地义的事。但是,进入知识经济时代,我们再不能把大学教育简单地看作是“岗位培训”,再不能把大学物理仅定位成为工科专业后继课程服务的基础课程,学生也不是“知识的容器”,文科生也需要具有一定的科学文化素养。
那么,给文科生开设文科物理课程的意义何在?如何给文科学生讲授大学物理课程?笔者在这方面做了初步的教学探索。
一、文科生开设物理课的意义
爱因斯坦曾说过:“科学对于人类事务的影响有两种方式,第一种方式是科学直接地、并在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具;第二种方式是教育的性质——它作用于心灵。”给文科生开设大学物理课程主要是想用科学对人类事物的第二种影响方式来影响他们。所以在这里关于开设文科物理课的意义我想强调两点:1、知识的积累;2、素质教育。
美国物理学家费曼曾经说过:“物理学是最基本的、包罗万象的一门学科,它对整个科学的发展有深远的影响。”换句话说,物理学的研究对象很难用一个范围、一句话去定义。力、热、电磁、光、原子、基本粒子、凝聚态、材料、信息、超导等等,大到天体,小到基本粒子,从宏观到微观,从低速到高速,都是物理学的研究对象及范围。无论是在过去、现在还是将来,物理学都是各类学科的带头学科和基础学科,甚至为其它学科的建立提供了最基本的原理(支持保障等)。所以我给文科生提出来的学学物理的第一个目标就是,通过大学物理的学习来积累知识,从而认识自然,理解自然界中一些最基本的规律和现象,建立正确的世界观。
我给文科生提出来的第二个目标是,通过大学物理的学习来提高自身素质,建立正确的方法论。现代教育观点是:一个人接受终生教育,而大学所提供的教育是以基础的、素质的、方法的教育为主要目的的教育,是一个阶段性的教育。大学教育把提高学生的素质,也就是把能力的培养放在首位。物理学有自己的一套体系,它所涉及的思维方式、哲学思考、美学原则、科学方法,使其成为进行素质教育、方法教育的不可替代的学科。因此,开设大学物理课不仅仅是出于为某专业服务的考虑,更因为这是进行素质教育、方法教育的一个有效途径。
综上可见,开设文科物理课有两种作用,一是通过基础知识的学习,了解自然运行的规律;另一个是思维方法的教学、科学精神的熏陶、创新素质的培养,即科学文化的教学。这是一门软硬结合的课程,从某种程度上讲,科学文化教学的重要性不亚于基础知识的教学。开设文科物理课的目的就是培养文科学生的综合素质,提高学生的思维能力、观察能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力,形成客观认识世界的方法,具备科学精神和人文精神。除了培养正确的世界观和方法论,文科生开设大学物理有其更深远的意义所在。
伴随着文艺复兴,欧洲走出了中世纪,科学发展起来了,人类文化中便分出了科学文化,这种文化逐渐区别于早已形成的人文文化。在20世纪50年代的中国,为改变我国科技落后的面貌政策导向,我们曾倡导过“学好数理化,走遍天下都不怕”。这句话虽然在当时曾受到批判,却在实际上鼓励了无数青年发奋地学习科学技术。然而,两种文化的分裂也以一种中国特色的形式表现出来了。
被誉为“德国教育之父”的洪堡提出:教育是个人状况全面和谐的发展,是人的个性、特性的一种整体发展,教育是一个人一辈子都不可能结束的过程,教育是人自身目的,也是人的最高价值体现。一切社会活动都是人的活动,要改善我们的社会,就必须改善和提高人的全面素质。因此我们的教育应当致力于培养德、智、体、能、美等诸方面和谐发展的一代新人。而要做到这一点,正如已故著名女科学家吴健雄所指出,应该把人类文化已经长期分裂而造成隔阂的两种文化——科学文化与人文文化——在校园里重新加以弥合,这是为了避免社会可持续发展中出现危机而必须解决的一个刻不容缓的问题。21世纪科学需要文理相通,这是给文科生开设物理课的根本意义所在。
二、文科物理的课程体系——立足于理,建瓴于文
经多方比较,选用倪光炯先生的《文科物理——物理思想与人文精神的融合》作为教材。编者首先强调了一个重要理念,物理学既是科学也是文化。在人类的人文文化和科学技术文化两大文化中,后者的重要部分就是物理文化。物理教育的基本任务之一是传递物理文化。因此,物理教育不应仅是传授物理知识的过程,而且要突出物理教育中的文化特征,重视对学生探索、求实精神及科学审美观等的培养。一句话,就是要重视对学生科学素质的培养与教育。
按照上述理念,《文科物理——物理思想与人文精神的融合》以物理学史的发展为主线,以物理学发展史和物理学研究方法论作为其主要内容,从人文文化和科学文化的高度把有关的内容组织起来。编者在该书的编写中,充分体现了文理渗透的精神,注意加强物理学的人文色彩,并注意突出物理学的思想性和哲理性,立足于理,建瓴于文。
文科物理共分为十个章节。第一章,两种文化的历史演变。通过简介中国傲人过去,引出李约瑟难题;在分析李约瑟难题过程中分析东西方哲学的差异;正是因为东西方哲学的不同开局导致了两种文化的分裂;最后指出东西方文化的融合对可持续发展的必要性;21世纪的科学需要文理相同,再次强调文科生学习物理的必要性。第二章,经典力学的建立。从哥白尼、地谷到开普勒,从伽利略到牛顿,简单介绍了经典力学的发展与成熟,简短的篇幅里面有完整的经典力学体系。第三章,从静电现象到电磁现象。包含了电磁学的整个完整体系,介绍思路也是顺延物理学的发展过程。第四章,光的本性是什么。简单的阐述了光的本质和有关光的最基本的物理现象。第五章,打开微观世界研究大门的三大发现。介绍了通向近代物理之门的三把钥匙X射线、放射性、电子的发现过程,在了解物理知识的同时我们还能学到正确的分析问题和解决问题的方法,并能领略到科学家的大师风范。第六章,物质观的革命——量子论。属于近代物理的范畴,带学生们走入微观世界,了解神秘的量子理论。第七章,统计规律,混沌,熵与信息。属经典热学范畴,研究了生活中遇到的热现象的微观实质。第八章,时空观的革命——相对论。属于近代物理范畴,它将带学生们走进高速的研究领域,在这里大家根深蒂固的时空观将被。第九章天体物理学的新发展将给学生们简单介绍天空中各种星体的运行。演化和研究手段。第十章物理亦文化再次给大家展示物理学的魅力所在。
物理学在研究和发展过程中所形成的各种方法、理论与实践、归纳与演绎、分析与综合、类比联想和假设试探、理想化方法与模型化方法等都是培养和提高人的观察能力、思维能力、表达能力、理论联系实际能力和创新能力等素质最有效的方法。文科物理中不仅蕴含着先进的生产力,同时也蕴含着先进文化,对人类的未来能够起到决定性的作用。
三、文科物理课程的授课方法及其可行性分析
在高等教育从精英教育向大众化教育的转型时期,在教学中首先要提高学生的学习兴趣,这就要求教师在课堂上追求全方位的精彩。讲出物理学中的科学之美,简捷与统一之美,深邃与含蓄的内在之美,奇异与对称的和谐之美。让学生在浩繁的物理概念和推理下感受物理大师们赋予自然科学的真善美。出于这方面的考虑,文科物理教学过程一定要优化教学方法。
2.师生关系的变革。课程改革当中着重强调了新型的师生关系,教师并不是整个课堂的主导者和权威者,而应当是整个课堂的引导者,引导学生进行学习,教师不再是一个让学生惧怕的长辈或者是权威者,而是学生的好朋友,与学生进行平等交流的人。通过这种新型师生关系的建立,彻底实施新课改中的教育理念,帮助学生转换自己在课堂中的角色,激发学生参与课堂的积极性,达到更好的教学效果的同时,对于教学理念的额革新起到了巨大的推动作用。
3.教学方法的革新。纸上谈兵并不是教育工作者应该做的事,因此,在观念革新之后,教育工作者在教育教法方面进行了重大改变和创新,例如,在初中物理的学习过程当中,会多多应用“科学探究式”教学,改变以前先下结论再深入探讨的诟病,让学生在实验当中自己总结结论和规律,变“填鸭式”教学为“探索式”教学,让学生在探索过程当中自然而然地得出结论,深深印刻在脑海里,使得整个教学过程充满了未知的趣味,学生学习起来更加的兴趣盎然,也不再会因为记不住结论,背不下公式而烦恼了。另外,科技的发达让教学载体也更加丰富,‘数字化教学’让解决了教师很多教学上的难题,通过幻灯片等教学手段,帮助教师将我们在课堂上不能进行直观观察和实验的课题通过立体化的直观的形式给学生们展示出来,使得学生们理解起来更加的容易,是课堂过程更加流畅。“分组教学”帮助学生在课堂中成为真正的主题,想自己所想,根据不同学生的特点和水平进行合理的分配,在小组中个扮演不同的角色各尽其能,使得学生能够最大程度地参与到课堂当中来,达到最佳的课堂氛围,学生也因此更加积极主动,对于初中物理这门有些无聊的课程有了更多的兴趣。“情景教学”在初中物理教学中也很广泛,由于初中物理的枯燥和晦涩,很多知识是很难懂的,通过为学生创设熟悉的情景。将初中物理知识整合到生活情景当中去,使得学生有熟悉感和亲切感,对于初中物理的学习就会有更多的兴趣,对于初中物理的作用也会有更为深刻的体会。
二、课程改革应进行的反思
项目教学团队经过调研论证,发挥思维导图方法优势,做到既总揽课程改革的全局,又把握课程设计的细节,综合运用头脑风暴、讨论等方法,充分发挥集体智慧,确定课程定位、教学目标和能力训练项目。物理学作为一门基础课程,是学生学习后续专业课程的基础,主要培养和提高学生综合素质和科技创新能力,物理知识掌握的好坏将影响学生未来工作中的适应性、创造性。物理学是学生普遍认为难懂难学的学科,同时它也是一门以实验为基础的学科,笔者所在学校课程改革的思路是以物理实验教学为突破口,以实验为主线,以实验为项目载体,遵循“必需和够用”的原则,将物理理论知识与物理实验整合,构建新的课程内容体系,培养学生的观察能力、动手能力、研究和分析问题的能力、协作和互助能力、交际和交流能力以及生活和生存能力等。
(二)基于思维导图的物理课程单元教学设计实例
笔者以“万用表的使用”为例,介绍运用思维导图如何进行单元教学设计。运用思维导图对学情、学习需求、学习内容等进行深入分析,准确把握教学目标和教学内容,明确在高中学习基础上,着重于万用表实操,会用万用表进行测量和排查常见电路故障。在教学过程中,教师要发挥思维导图的优势,将思维导图教学法同头脑风暴、任务驱动、小组协作、合作探究等教学方法有效结合起来,引导学生将新旧知识结合起来,主动整理形成自己的知识体系,培养自主学习、合作学习能力。利用MindManager软件作思维导图绘制工具,以“万用表的使用”为中心主题,以教学前期各项分析、教学准备、教学过程设计为子主题。在教学过程设计中按教学顺序设置下一级主题,利用软件提供的“插入”功能添加主题信息之间的可视化关系,如将“深入认识万用表”主题设置相关的万用表的表头、转换开关、调零旋钮等图片、视频资料进行超链接,在各主题上添加“标签”,记录各教学步骤中运用的教学方法、教学要求、注意的问题等。课题导入时,明晰两个思路,一是电流、电压、电阻3个物理量的意义及3者之间的联系(欧姆定律),二是电压表、电流表测量方法,掌握量程和电表接入电路的方式,帮助学生理清旧知识脉络,为学习新知识打好基础。“万用表的使用方法”项目任务共有4个子任务,由学生自行操作,教师巡视指导,组内协作完成学习任务。完成任务评价阶段、设计评分标准时,考虑万用表使用注意事项兼顾激励作用,特别是操作不当如量程选择不当、万用表接入电路方式错误、正负极接反、使用完毕档位开关放置位置是否正确等,要有扣分标准,每组选派学生代表操作,教师和全体学生都是评委,评分结束后,使用万用表注意事项已呼之欲出,教师稍作总结即可。数字式万用表部分,由教师讲授面板各部分,交待指针式万用表与数字式万用表区别,布置并行项目作业“用数字式万用表完成上述工作任务”,并以视频形式上交,下次课进行评价。学生为获得高分,都要录好几遍视频,上交最满意的作品。应用思维导图进行课程教学改革,可以帮助教师摆脱传统课程模式束缚,创设课程全景图,从全局高度进行课程整体设计。在课堂上,思维导图完全呈现出来就是一个完整的教案,教师在教学过程中逐层“剥开”思维导图,或是分级显示,或是放大呈现图中某部分,或是呈现图中隐含的链接、附件等内容,可以当作教学课件使用,学生简单整理后就是知识脉络清晰的课堂笔记。在进行课堂小结和课程复习时再次呈现思维导图。