馮 杰

(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院,上海 200234)

我國高中課程體系的改革實(shí)現(xiàn)了從03版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》的“三維目標(biāo)”到17版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(修改稿)》的“核心素養(yǎng)”的跨越,物理核心素養(yǎng)是對物理課程基礎(chǔ)教育目標(biāo)的一種升華．然而,基于物理核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)指導(dǎo)下的物理學(xué)科教學(xué)的難度似乎是一個沒有解決的實(shí)際問題．物理新課程的改革不僅沒有帶來基礎(chǔ)教育物理學(xué)科教學(xué)歡欣鼓舞的喜悅,反而導(dǎo)致物理教學(xué)的難度成為目前社會性的焦慮癥．[1，2]

形成和掌握概念與發(fā)現(xiàn)和建立規(guī)律是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)．然而,一直以來我們的中學(xué)物理教育者,沒有很好地分析物理概念與物理規(guī)律的知識點(diǎn)特征及其差異性;沒有很好地區(qū)分物理概念教學(xué)過程與物理規(guī)律教學(xué)過程的特質(zhì);沒有很好地分清物理概念教學(xué)模式與物理規(guī)律模式的巨大差別．一方面,由認(rèn)知過程的同一性掩蓋了物理概念教學(xué)設(shè)計(jì)與物理規(guī)律教學(xué)設(shè)計(jì)的差異性,另一方面也同時迫切要求我們物理教育者的物理學(xué)科理論素養(yǎng)亟待提高．嘗試找到恰當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)方有可能發(fā)現(xiàn)解決物理學(xué)科教與學(xué)難度的突破口．[3]

1 物理概念及其思維特征

概念是反映客觀事物本質(zhì)屬性的思維形式．概念的內(nèi)涵是對同一類事物本質(zhì)屬性的反映,概念的外延是具有概念所反映的本質(zhì)屬性的那些事物．概念的內(nèi)涵和外延成反變關(guān)系．

物理概念是某類物理現(xiàn)象和物理過程的共同性質(zhì)和本質(zhì)特性在人們頭腦中的反映,是對物理現(xiàn)象、物理過程抽象化和概括化的思維形式．物理概念是自然科學(xué)概念體系的一個子范疇．所以,物理概念既有一般自然科學(xué)概念的共性,又有其自身的個性,根據(jù)物理學(xué)本身的特點(diǎn),物理概念有如下的一些特性．[4]

(1) 抽象性.

物理概念是從同一類物理現(xiàn)象中概括和抽象出來的,反映了物理研究對象的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系,而這種本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系是物體固有的客觀存在．物理概念產(chǎn)生的源泉是對物理現(xiàn)象和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀察、總結(jié)、概括和抽象．比如,質(zhì)點(diǎn),理想氣體,平行光,等等．

(2) 確定性.

物理概念是在大量的物理事實(shí)(包括物理實(shí)驗(yàn))的基礎(chǔ)上建立起來的,是對物理事實(shí)一種近似,然而又是突出其本質(zhì)的反映,其具有普遍意義的客觀確定性．比如,加速度,溫度,電場強(qiáng)度,等等．

(3) 主觀性.

物理概念來源于實(shí)踐,但卻高于實(shí)踐．愛因斯坦認(rèn)為:“我們的一切思想和概念都是由感覺經(jīng)驗(yàn)引起的,它們只有在涉及這些感覺經(jīng)驗(yàn)時才有意義．但在另一面,它們又都是我們頭腦中的自發(fā)活動的產(chǎn)物．所以它們絕不是這些感覺經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯推論．因此如果我們要掌握抽象觀念復(fù)合的本質(zhì),我們就必須一方面研究這些概念同那些對它們所作的論斷之間的相互關(guān)系,另一方面,我們還必須研究它們同經(jīng)驗(yàn)是怎樣聯(lián)系起來的．”也就是說,物理概念的形成與人的感性經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容有關(guān),但是物理概念又不能從感性經(jīng)驗(yàn)邏輯地推導(dǎo)出來,說明物理概念與具體的客體和過程有密切聯(lián)系,但又超越了具體的客體和過程,所以,物理概念具有主觀性．比如,能量、場,等等．

(4) 階段性.

根據(jù)中學(xué)生的思維特點(diǎn)和學(xué)習(xí)能力,一個完整物理概念的形成需要一個發(fā)展過程．不同的階段,有不同的教學(xué)要求,這是物理概念教學(xué)階段性的含義．

例如,機(jī)械功概念,初中階段提出:力與物體在力的方向上通過的距離的乘積．做功的兩個必要因素是作用在物體上的力,物體在力的方向上通過的一段距離,給出的是定量的公式:W=Fs,這是與初中階段相適應(yīng)的教學(xué)要求．到高中階段,因?yàn)榱臀灰贫际鞘噶?給出的是矢量公式:W=F·s=Fscosθ,并且還從功能原理層面上理解:功實(shí)質(zhì)上是能量變化的量度,表現(xiàn)出了“機(jī)械功”物理概念教學(xué)的階段性．

2 物理規(guī)律及其思維特征

規(guī)律就是自然界和社會諸現(xiàn)象之間必然、本質(zhì)、穩(wěn)定和反復(fù)出現(xiàn)的關(guān)系．物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或物理過程在一定的條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映．物理規(guī)律反映相關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系,包括定律、定理、原理和定則等．

物理規(guī)律與物理概念的區(qū)別在于前者是客觀規(guī)律,后者是思維形式;前者是有條件的,后者是無條件的．相對于物理概念,物理規(guī)律有如下特性．

(1) 以概念為基礎(chǔ)單元,以理想過程為中介.

物理規(guī)律的建立必須以概念為基礎(chǔ)單元,理想過程作為中介．理想過程是一種高度概括,是一種多維的思維的形式,必須在大量感性材料認(rèn)識的基礎(chǔ)上,經(jīng)過分析、綜合、比較、概括和抽象等思維環(huán)節(jié),構(gòu)成相關(guān)物理概念之間因果的邏輯和必然的關(guān)系,這就是發(fā)現(xiàn)或建立物理規(guī)律最基本的思維過程．這也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的困難所在之一．比如,我們研究牛頓第二定律時,首先必須借助于“質(zhì)點(diǎn)”概念,然后要對“質(zhì)點(diǎn)”的運(yùn)動過程進(jìn)行理想化處理(忽略摩擦力或摩擦力很小),通過測量,建立“質(zhì)點(diǎn)”所受合外力與其運(yùn)動狀態(tài)變化之間的關(guān)系……．

在中學(xué)物理教學(xué)中,通常有運(yùn)用兩種實(shí)際的物理過程可以純化為理想過程．其一是研究對象的范圍和條件很接近理想狀態(tài)．比如,從真實(shí)氣體到理想氣體的氣態(tài)方程,只要滿足“壓強(qiáng)不太大、溫度不太低”的條件——真實(shí)氣體的實(shí)際過程就與理想氣體的理想過程一致;其二是研究對象與理想狀態(tài)有明顯的差距．比如,實(shí)際的熱機(jī)與理想的熱機(jī)都存在著巨大差別,實(shí)際過程的每一個環(huán)節(jié)都必須可以理想化,否則,研究難以進(jìn)行下去．

(2) 物理規(guī)律的思維形式具有多級性.

自然規(guī)律是相互聯(lián)系的,一個物理規(guī)律牽涉到許多物理過程和環(huán)節(jié)．物理規(guī)律建立所經(jīng)歷的思維過程,往往需要分作多個過程或多個階段．須經(jīng)歷分析、綜合的多次轉(zhuǎn)換,往復(fù)循環(huán),逐級上升,即物理思維的多級性．比如,庫侖定律反映了靜止電荷的之間的相互作用力,該力是由靜電場傳遞的,靜電場是由靜止電荷產(chǎn)生的,而電荷的靜止與否是與參照系的選擇相聯(lián)系的;電荷有正電荷與負(fù)電荷,正負(fù)電荷之間有相應(yīng)的吸引力或排斥力,……．

(3) 理想實(shí)驗(yàn)具有不可替代的功用.

物理學(xué)發(fā)展過程中,理想實(shí)驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)新規(guī)律、反駁謬論和建立新理論等方面具有不可替代的功用．從思維的角度,“理想實(shí)驗(yàn)”不是真實(shí)的實(shí)驗(yàn),也稱為“假想實(shí)驗(yàn)”、“思想實(shí)驗(yàn)”或“思維實(shí)驗(yàn)”,它是人們在頭腦中按實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)塑造的理想過程,是一種邏輯推理的思維過程．這種理想化思維方式,是進(jìn)行理論研究和物理規(guī)律教學(xué)必不可少的一種手段．比如,牛頓第一定律,熱力學(xué)第三定律,概率波干涉現(xiàn)象客觀解釋,等等．

3 物理概念教學(xué)過程與物理規(guī)律教學(xué)過程的同一性

從認(rèn)知的角度,無論是概念的形成還是規(guī)律的發(fā)現(xiàn),都需要思維的加工．在教與學(xué)的起始階段,都必須創(chuàng)設(shè)好便于發(fā)現(xiàn)問題的物理情境;在教學(xué)過程中,都必須引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐體驗(yàn),獲得進(jìn)行思維加工必要材料,已達(dá)到形成和掌握物理概念或獲得探索發(fā)現(xiàn)和建立物理規(guī)律所必要的感性知識;這就是物理概念教學(xué)過程與物理規(guī)律教學(xué)過程的同一性．

3.1 物理概念教學(xué)的一般過程

在物理概念教學(xué)中,我們應(yīng)當(dāng)摒棄用“二八錯位”(教師講“二”,學(xué)生練“八”),貫徹新課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理念,順應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)心理特點(diǎn)．物理概念的教學(xué)一般過程具有如下的4個環(huán)節(jié)．

(1) 物理概念的引入.

物理概念的引入過程是建立和掌握概念的前提．物理概念是在物理表象的基礎(chǔ)上經(jīng)過思維活動抽象概括而成的,從而反映物理事實(shí)的本質(zhì)屬性．本著“以人為本”的素質(zhì)教育觀,教師應(yīng)重視學(xué)生的內(nèi)心體驗(yàn)與主動參與．通過創(chuàng)設(shè)與教材內(nèi)容相關(guān)的物理情境,把學(xué)生導(dǎo)入活動情境,引導(dǎo)他們在情境中捕捉信息、產(chǎn)生疑問．

(2) 物理概念的建立.

從認(rèn)知活動的角度來看,物理概念的建立主要依賴于概念的引入過程是否符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,教師提供的典型物理事例是否能夠啟迪學(xué)生的物理觀念,教師是否有效地運(yùn)用邏輯的方法(分析、概括、抽象等)幫助學(xué)生積極地思維和主動地構(gòu)建物理新概念．

(3) 物理概念的應(yīng)用.

應(yīng)用有助于學(xué)生深化理解和鞏固,以達(dá)到掌握物理概念的目的．當(dāng)學(xué)生初步形成一個物理概念之后,就應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用這個概念．教師應(yīng)當(dāng)從多角度提供概念的變式,讓學(xué)生判斷或創(chuàng)設(shè)問題情境;建設(shè)還要設(shè)計(jì)階梯式問題,引導(dǎo)學(xué)生由淺人深地逐步深化提高．

(4) 物理概念教學(xué)的階段性.

人們對任何事物的認(rèn)識都有一個過程,都是有階段性的．在物理概念教學(xué)過程中,教師必須準(zhǔn)確把握課程目標(biāo)(不僅僅是教學(xué)目標(biāo)),根據(jù)學(xué)生的年齡特征、理解能力和實(shí)際情況,實(shí)施物理概念的階段性．

3.2 物理規(guī)律教學(xué)的一般過程.

物理規(guī)律具有兩個特殊性,一是物理規(guī)律的建立是有條件的,物理規(guī)律的外延是受限制的;二是物理規(guī)律是表現(xiàn)物理概念之間因果關(guān)系的,即在規(guī)律所指明的具體條件下,能夠產(chǎn)生規(guī)律所揭示的必然結(jié)論．

中學(xué)物理的規(guī)律教學(xué),重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)和建立的過程,同時使學(xué)生感受到每一個物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)對物理學(xué)和科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)．物理規(guī)律教學(xué)的一般過程包括提出問題、探索規(guī)律、討論規(guī)律和運(yùn)用規(guī)律4個階段．

(1) 創(chuàng)設(shè)情境,形成問題——現(xiàn)實(shí)到物理.

在教學(xué)開始階段,在明確相關(guān)物理概念的同時,要創(chuàng)設(shè)好學(xué)生便于發(fā)現(xiàn)問題的物理情境,使學(xué)生通過體驗(yàn)獲得探索物理規(guī)律所必要的感性知識,實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)到物理的問題意識．具體途徑有:運(yùn)用小實(shí)驗(yàn);利用學(xué)生積累的生活經(jīng)驗(yàn);抓新舊知識的邏輯展開;生動有趣的物理學(xué)史實(shí)或故事;多媒體把學(xué)生不易觀察的形象展示出來等．

(2) 探究物理規(guī)律——物理到模型.

從物理教學(xué)的角度,可以把物理規(guī)律分為三種類型:即實(shí)驗(yàn)規(guī)律、理想規(guī)律和理論規(guī)律．然后根據(jù)其類型,選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄕ归_探索．所以,探索階段要從兩個方面入手．一是設(shè)計(jì)定性方案(理論或?qū)嶒?yàn))是規(guī)律教學(xué)的核心環(huán)節(jié)．二是進(jìn)行定量探究(理論或?qū)嶒?yàn)),完成從物理到模型轉(zhuǎn)換．

(3) 建立物理規(guī)律——模型到物理.

這一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是讓學(xué)生領(lǐng)會定量探究(理論或?qū)嶒?yàn))的作用、建立規(guī)律的思路和過程．因此,一方面,教師創(chuàng)設(shè)的物理情境既要能提供探索物理規(guī)律的感性材料,又要有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲．另一方面,提供的基礎(chǔ)材料的完備性能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行一系列的思維加工從而能夠建立物理規(guī)律．完成從模型到數(shù)學(xué)的定量表征,從而建立規(guī)律．

(4) 討論物理規(guī)律——關(guān)注學(xué)法.

對物理規(guī)律的討論,一般從以下4方面進(jìn)行工作．

其一,準(zhǔn)確理解規(guī)律表述式中的關(guān)鍵詞是學(xué)生正確理解規(guī)律和運(yùn)用規(guī)律的關(guān)鍵,因?yàn)檫@些關(guān)鍵詞是相關(guān)物理概念的再現(xiàn)．

其二,物理規(guī)律的物理意義．明確公式的物理意義是應(yīng)用公式的基礎(chǔ)．

其三,公式中各物理量的單位．不同的單位對應(yīng)不同的數(shù)量．要在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)其重要性,讓學(xué)生養(yǎng)成將物理量中數(shù)量與單位作為一個整體來處理的習(xí)慣．

其四,要使學(xué)生明確物理規(guī)律的三種表達(dá)方式．即文字表達(dá)、公式表達(dá)和圖像表達(dá)．特別是圖像表達(dá),其包括物體運(yùn)動軌跡曲線和物理規(guī)律函數(shù)圖像,兩者有本質(zhì)差別,也是物理規(guī)律教學(xué)的傳統(tǒng)難點(diǎn)．

(5) 運(yùn)用和掌握物理規(guī)律——反思教法.

物理規(guī)律往往都是在一定的條件下建立或推導(dǎo)出來的,只能在一定的范圍內(nèi)使用,超越這個范圍,物理規(guī)律則不成立,有時甚至?xí)贸鲥e誤結(jié)論．這一點(diǎn)往往容易被學(xué)生忽視,學(xué)生一遇到具體問題,就亂套用物理規(guī)律,或者盲目外推,得出錯誤結(jié)論．

對于運(yùn)用和掌握規(guī)律的過程,必須圍繞五個方面展開,這就是要有明確的目的性和針對性,而且要有典型的代表性、啟發(fā)性和靈活性．

(6) 物理規(guī)律教學(xué)具有階段性.

與概念教學(xué)認(rèn)知目標(biāo)的階段性不同,物理規(guī)律教學(xué)過程的階段性,即一般是指對該規(guī)律認(rèn)知過程的階段性．所以,切不可隨意對知識加深和擴(kuò)展．根據(jù)物理規(guī)律的類型,其階段性體現(xiàn)在:

其一,實(shí)驗(yàn)規(guī)律都是經(jīng)過多次觀察和實(shí)驗(yàn),進(jìn)行歸納推理得到的．

其二,理想規(guī)律都是由大量的物理事實(shí),經(jīng)過合理推理而發(fā)現(xiàn)的．

其三,理論規(guī)律是由已知規(guī)律經(jīng)過理論推導(dǎo)而得到的新規(guī)律．

4 物理概念教學(xué)模式與物理規(guī)律教學(xué)模式的差異性

物理概念本身具有抽象性、確定性、主觀性和無條件性的特點(diǎn),而物理規(guī)律具有客觀性、理想化和條件性的特點(diǎn),由于思維學(xué)生因素和學(xué)習(xí)階段性的制約,物理概念和規(guī)律教學(xué)的模式具有較大的差異,在遵循教育心理學(xué)原理的同時,必須凸顯兩者教學(xué)模式的差異性．

4.1 什么是教學(xué)模式

“模式”一詞是英文model．其含義為“模型”、“范式”和“典型”等．一般指被研究對象在理論上的邏輯框架,是經(jīng)驗(yàn)與理論之間的一種可操作性的知識系統(tǒng),是再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的一種理論性的簡化結(jié)構(gòu)．

美國的喬伊斯和韋爾在《教學(xué)模式》一書中認(rèn)為:“教學(xué)模式是構(gòu)成課程和作業(yè)、選擇教材、提示教師活動的一種范式或計(jì)劃．”傳統(tǒng)的教學(xué)模式可以定義為是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論知道下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序．作為框架和程序,突出了教學(xué)模式從宏觀上把握教學(xué)活動整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能;作為活動程序則突出了教學(xué)模式的有序性和可操作性．教育學(xué)或教學(xué)論原理中的“教學(xué)模式”往往忽視了學(xué)科特點(diǎn)和知識點(diǎn)特點(diǎn)．

4.2 教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)與程序

一般的教學(xué)模式通常包括五個因素,這五個因素之間有規(guī)律的相互的有機(jī)的聯(lián)系著就形成了教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)．

(1) 理論依據(jù).

不同的教育觀往往提出不同的教學(xué)模式．比如,認(rèn)知心理學(xué)提出概念獲得建構(gòu)主義模式,人本主義心理學(xué)提出有利于體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和教師主導(dǎo)作用的雙主教學(xué)模式等．中學(xué)物理概念或規(guī)律的教學(xué)模式的構(gòu)建,既用到相關(guān)的教育心理學(xué)理論又必須要適合物理學(xué)科特點(diǎn)．

(2) 教學(xué)目標(biāo).

任何教學(xué)模式都指向和完成一定的教學(xué)目標(biāo)．教學(xué)目標(biāo)決定著教學(xué)模式的操作程序和師生在教學(xué)活動中的組合關(guān)系,也是教學(xué)評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和尺度．中學(xué)物理概念或規(guī)律的教學(xué)目標(biāo)由物理課程標(biāo)準(zhǔn)確定．

(3) 操作程序.

每一種教學(xué)模式都有其特定的邏輯步驟和操作程序,它規(guī)定了在教學(xué)活動中師生先做什么、后做什么,各步驟應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)．中學(xué)物理概念或規(guī)律的教學(xué)模式的操作程序有較大的差異．

(4) 實(shí)現(xiàn)條件.

教學(xué)模式發(fā)揮效力的各種條件因素,如教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)時間等等．中學(xué)物理概念或規(guī)律教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)代教育技術(shù)即現(xiàn)代多媒體和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密聯(lián)系．同時必須清醒地認(rèn)識到,當(dāng)前我們的物理教育者的物理學(xué)科理論素養(yǎng)亟待提高!

4.3 新課程理念下物理概念教學(xué)模式的構(gòu)建

不同特征的物理概念,形成或掌握該物理概念需要提供“情景材料”不同、教學(xué)程序不同、認(rèn)知難易度不同,其教學(xué)模式有比較大的差別,以下分別討論．

4.3.1 歸納、概括、抽象教學(xué)模式

歸納、概括、抽象模式是在許多個別事例中歸納、概括、抽象出一般性概念的教學(xué)模式．這種模式有兩種結(jié)構(gòu),一種是理想化方法．另一種是實(shí)驗(yàn)舉例法．

(1) 結(jié)構(gòu)1——理想模型方法.

理想模型方法適用于模型類物理概念．理想模型方法是忽略原型的次要因素,集中突出主導(dǎo)因素,摒棄次要矛盾,突出主要矛盾．在物理概念教學(xué)中最簡單的理想化方法是理想模型——忽略原型的非本質(zhì)因素,集中突出原型本質(zhì)因素．比如,力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、位移、速度、光滑面、彈簧振子;熱學(xué)中的熱、理想氣體、孤立系統(tǒng);電磁學(xué)中的點(diǎn)電荷、勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場、純電阻、純電感、純電容、無限長螺線管、理想變壓器;光學(xué)中的點(diǎn)光源、光線與光的直線傳播、薄透鏡;近代物理中的絕對黑體等．

物理概念教學(xué)的理想模型方法模型流程如圖1所示．

圖1 理想模型流程圖

(2) 結(jié)構(gòu)2——實(shí)驗(yàn)舉例方法.

實(shí)驗(yàn)舉例方法適用于事例類物理概念．實(shí)驗(yàn)舉例方法先通過枚舉多個感性物理實(shí)例(材料)的分析,進(jìn)行概括抽象得到其本質(zhì)屬性,然后給出文字表達(dá)以及(物理量)定義式,說明物理意義(質(zhì)和量)和適用范圍,最后與相關(guān)物理概念對比分析,明確它們之間的區(qū)別和聯(lián)系．該模式的過程環(huán)節(jié)可以簡化為:感性材料(舉事例:3個典型物理事例)→科學(xué)抽象→本質(zhì)屬性→下定義(文字表達(dá))→(物理量)定義式→物理意義(質(zhì)和量,單位,測量方法)→ 適用范圍→ 對比(有關(guān)概念的區(qū)別和聯(lián)系)等．

實(shí)驗(yàn)舉例法流程如圖2所示．

圖2 實(shí)驗(yàn)舉例法流程圖

4.3.2 演繹的教學(xué)模式

演繹是依據(jù)某類事物都具有的一般屬性、關(guān)系來推斷該類事物中個別事物所具有的屬性、關(guān)系的推理方法．

演繹的教學(xué)模式適用于狀態(tài)量演繹到過程量、或過程量演繹到狀態(tài)量的物理概念．物理概念教學(xué)演繹模式的結(jié)構(gòu):依據(jù)新知識→舊知識→邏輯關(guān)系,采用數(shù)學(xué)的方法從舊知識中得到新知識．演繹法模型流程如圖3所示．

圖3 演繹法模型圖

4.3.3 科學(xué)探究的教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)舉例方法適用于具有確定量化定義的物理概念．實(shí)驗(yàn)探究的目的在于讓學(xué)生通過親生體驗(yàn),更好的理解知識,并培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),透過表象找到本質(zhì)的能力．其教學(xué)模式根據(jù)物理概念的特征,17版修改稿的課程標(biāo)準(zhǔn)提出了不同于03版實(shí)驗(yàn)稿七要素的四要素科學(xué)探究模式．前者適用于實(shí)驗(yàn)情境探究物理概念,后者適用于理論邏輯(推理)探究物理概念．

兩種科學(xué)探究的教學(xué)模式流程可以統(tǒng)一如圖4所示．

圖4 實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式流程圖

4.3.4 類比的教學(xué)模式

在物理教學(xué)中,常常用已知的物理現(xiàn)象和過程(包括物理學(xué)以外的現(xiàn)象和過程)與未知的物理現(xiàn)象和過程相比較,找出它們的共同點(diǎn)、相似點(diǎn)或相聯(lián)系的地方．以此為根據(jù)推測未知的物理現(xiàn)象和過程也可能具有已知的現(xiàn)象和過程的某些特性和規(guī)律．

物理概念教學(xué)類比模式的結(jié)構(gòu)如圖5所示．

圖5 類比方法的模式

4.3.5 定量物理概念的比值定義法的教學(xué)模式

物理學(xué)的發(fā)展離不開數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)是研究和解決物理問題的工具．定量物理概念(物理量)是用數(shù)學(xué)方法來定義的．所謂比值定義法,就是在定義一個物理量的時候采取比值的形式．比值法定義的物理概念在物理學(xué)中占有相當(dāng)大的比例．比如速度、密度、壓強(qiáng)、電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電容等等．

(1) “比值法”的特點(diǎn).

比值法適用于物質(zhì)屬性或特征、物體運(yùn)動特征的定義．可以分為兩類．

一類是用比值法定義物質(zhì)或物體屬性特征的物理量,如:電場強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容C、電阻R等．它們的共同特征是;屬性由本身所決定．定義時,需要選擇一個能反映某種性質(zhì)的檢驗(yàn)實(shí)體來研究．比如:定義電場強(qiáng)度E,需要選擇檢驗(yàn)電荷q,觀測其檢驗(yàn)電荷在場中的電場力F,采用比值F/q就可以進(jìn)行定義．

另一類是對一些描述物體運(yùn)動狀態(tài)特征的物理量的定義,如速度v、加速度a、角速度ω等．這些物理量是通過另外的實(shí)驗(yàn)引入的,比如勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動．這些物理量定義的共同特征是:相等時間內(nèi),某物理量的變化量相等,用變化量與所用的時間之比就可以表示變化快慢的特征．

物理概念比值定義法的模式結(jié)構(gòu)如圖6所示．

圖6 物理概念比值法模式的流程圖

4.4 新課程理念下物理規(guī)律教學(xué)模式的構(gòu)建

從方法論的角度,由實(shí)驗(yàn)直接歸納建立的物理規(guī)律稱為定律,如牛頓運(yùn)動定律、動量守恒定律等等;由定律出發(fā),用演繹推理(含數(shù)學(xué)推演)導(dǎo)出的物理規(guī)律稱為物理定理或原理．如動量定理、理想氣體狀態(tài)方程、質(zhì)能方程、功能原理等．定律、定理和原理用單純的數(shù)學(xué)表達(dá)稱為方程．

物理規(guī)律只能發(fā)現(xiàn),不能創(chuàng)造．物理學(xué)的發(fā)展史表明,發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律主要有三條途經(jīng):實(shí)驗(yàn)探究、理論演繹和理論假說．對應(yīng)于中學(xué)物理的3種教學(xué)模式分別是:實(shí)驗(yàn)探究模式法、理論演繹模式和理論假說模式．

(1) 實(shí)驗(yàn)探究模式.

包括科學(xué)探究模式、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模式和實(shí)驗(yàn)歸納模式．

其一,科學(xué)探究模式——控制變量法．科學(xué)探究模式被物理新課程改革冠名為科學(xué)探究法,實(shí)施探究途徑采用控制變量法,適用于3個變量以上物理規(guī)律的教學(xué)．其教學(xué)模式一般必須按照03版實(shí)驗(yàn)稿物理新課程標(biāo)準(zhǔn)七要素與程序進(jìn)行:提出問題→猜想與假設(shè)→制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)→分析論證→評估→交流與合作．

其二,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模式是采用實(shí)驗(yàn)方法證明物理規(guī)律的教學(xué),教師指導(dǎo)學(xué)生并和學(xué)生一起通過觀察分析有關(guān)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論,目的在于驗(yàn)證物理規(guī)律,使學(xué)生理解和掌握物理規(guī)律．這是傳統(tǒng)的物理規(guī)律教學(xué)模式．

其三,實(shí)驗(yàn)歸納法

從個別事實(shí)出發(fā),推出普遍性結(jié)論的方法,叫做歸納法．無論完全歸納法還是不完全歸納法,也都可以是通過觀察和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行枚舉物理事例,發(fā)現(xiàn)某類事物中固有的某種屬性,并且不斷重復(fù)而沒遇到相反的事例,從而判斷出所有該類對象都有這一屬性的．在中學(xué)物理教學(xué)中,通過實(shí)驗(yàn)途徑展現(xiàn)同類多個物理現(xiàn)象的共同特征,采用歸納、分析、概括和抽象的邏輯方法得出結(jié)論,這就是實(shí)驗(yàn)分析歸納法．

實(shí)驗(yàn)歸納模式的結(jié)構(gòu)與程序:舉實(shí)驗(yàn)事例1、2、3;→分析結(jié)論(多變量);→歸納(多變量)1、2、3…;→分析各特征;→概括——共同特征;→抽象——揭示本質(zhì);→建立規(guī)律(文字、數(shù)學(xué)表達(dá)式);→討論相關(guān)物理量的物理意義;→討論適用條件和范圍;→鞏固與應(yīng)用．

(2)理論演繹模式.

從已知的物理規(guī)律或物理理論出發(fā),對某特定事物或現(xiàn)象進(jìn)行演繹、推理,從而得出在一定范圍內(nèi)有關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系或新的論斷,最后通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)就成為規(guī)律．用演繹法得出的規(guī)律一般叫做定理或原理．它們不再僅僅是對經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的概括,而是成為科學(xué)理論體系的出發(fā)點(diǎn)．如動量定理、動能定理、功能原理,波的疊加原理、光路可逆原理等等．

物理規(guī)律教學(xué)的理論演繹模式程序是:提出問題→依據(jù)舊知識→新知識→邏輯關(guān)系→采用數(shù)學(xué)方法．其結(jié)構(gòu)如圖7所示．

圖7 物理規(guī)律教學(xué)的理論演繹模式

(3) 理論歸納模式.

理論歸納模式適用于某物理規(guī)律不能完全有由實(shí)驗(yàn)途徑得出．在中學(xué)物理教學(xué)中,用理論思維的歸納得出物理規(guī)律或定理,需要充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性和邏輯思維的潛質(zhì),發(fā)揮非智力因素的重要作用,同時要求充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,提供足夠的信息資源進(jìn)行思維加工,最后抽象得出物理規(guī)律,從而更好地掌握物理規(guī)律,也為更好地應(yīng)用規(guī)律打下良好的基礎(chǔ)．其結(jié)構(gòu)如圖8所示其結(jié)構(gòu)如圖7所示

(4) 理論假說模式.

假說是在物理事實(shí)或理論根據(jù)還不充分的情況下,通過想象、猜想或假設(shè)提出的對物理現(xiàn)象的理論性解釋．假說的正確與否必須由實(shí)驗(yàn)和邏輯的雙重檢驗(yàn)．中學(xué)物理的理論假說教學(xué)模式要求我們的物理教育者必須具備扎實(shí)的物理學(xué)科理論素養(yǎng)和深厚的邏輯學(xué)知識造詣．

圖8 物理規(guī)律教學(xué)的理論歸納模式程序

物理規(guī)律教學(xué)的假說有三種模式．模式一:根據(jù)已知的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí),對新事實(shí)進(jìn)行假定性的說明．比如,安培的分子電流假說、麥麥克斯韋位移電流假說;模式二:根據(jù)已知的科學(xué)理論,進(jìn)行邏輯推演出可以預(yù)測的新的現(xiàn)象．比如,麥克斯韋電磁理論假說對電磁波的預(yù)言;模式三:不是根據(jù)已知的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí),而是根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí),提出與已知的科學(xué)原理不相容的假定性說．比如,普朗克的量子假說．

物理規(guī)律教學(xué)的假設(shè)模式程序是:提出問題→依據(jù)舊知識→新知識→邏輯關(guān)系→采用數(shù)學(xué)方法．其結(jié)構(gòu)如圖8所示．

圖9 假設(shè)模式的教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

物理規(guī)律教學(xué)中應(yīng)用假說模式的目的在于使學(xué)生認(rèn)識到“實(shí)驗(yàn)→假說→新實(shí)驗(yàn)→新假說”是物理發(fā)展的有效途徑,同時是學(xué)生體會到科學(xué)方法論的多樣性和豐富性．因?yàn)橥ㄟ^假說建立物理規(guī)律的模式還要依賴于類比、瑧美和理想實(shí)驗(yàn)3種思維方法．

理論類比模式是通過對兩個不同的物理事實(shí)進(jìn)行比較,找出它們的相似點(diǎn)或相同點(diǎn),然后以此為依據(jù),把其中某一物理事實(shí)的有關(guān)知識推移到一種物理事實(shí)中去,從而對另一物理事實(shí)的規(guī)律做出假定性的說明．其模式有:物理現(xiàn)象之間的類比．比如,惠更斯的聲波與光“波”的類比;托馬斯楊的機(jī)械波與光“波”的類比．物理現(xiàn)象與其他事物的類比．比如,盧瑟福的原子模型——用太陽系的行星結(jié)構(gòu)類比．?dāng)?shù)學(xué)形式的類比．比如,庫侖應(yīng)用萬有引力定律平方反比率類比靜電力得出庫侖定律等．理論臻美模式．臻美就是在創(chuàng)造性思維過程中,按照美的規(guī)律,對尚不完美的對象進(jìn)行加工,修改以至重構(gòu)的思維方法．比如,哥白尼的天體運(yùn)行理論的建立;理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑硐雽?shí)驗(yàn)是思維中時借助抽象和想象方法建立的理想化對象的思想實(shí)驗(yàn)．比如,伽利略發(fā)現(xiàn)慣性定律、愛因斯坦的相對論理論的建立等．由于篇幅在此不贅述．

物理教學(xué)的各種方法的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)是相交的,那就是,降低物理學(xué)習(xí)難度和提高物理教學(xué)效率．著眼于新時期新課程的改革,尋找紓解物理學(xué)科教與學(xué)難點(diǎn)的社會性焦慮,要求我們的廣大物理教師首先要做到,使學(xué)生對物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)所采用的方法、途經(jīng)和具體模式有較區(qū)別性的認(rèn)識;其次,使學(xué)生切實(shí)理解和掌握物理概念的內(nèi)涵和外延,使學(xué)生明確物理規(guī)律的物理意義,適用范圍和條件;最后,通過應(yīng)用、變式、遷移和拓展,培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性、發(fā)散性和獨(dú)創(chuàng)性等思維品質(zhì),以達(dá)到真正提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力之目的．