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物理学的认识论与中学物理素质教育——柏燕

作者:  来源:  添加日期:2013年03月26日  点击量:

物理学的认识论与中学物理素质教育

盐城市田家炳中学     柏燕

摘  要:本文从六个方面对物理学发展中形成的认识论进行详细的阐述,并将之与当前教育改革中所倡导的素质教育相结合,提出培养学生的创新精神和实践能力是素质教育的关键要素;最后从物理学认识论的角度对素质教育进行初步的概括和总结。

 

关键词:物理学、认识论、素质教育、创新精神、实践能力。

 

引言:“科学易彩时时彩软件是第一生产力”,科学易彩时时彩软件是经济和社会发展的主要推动力量,是一个国家综合国力的决定因素。 20世纪物理学被公认为科学易彩时时彩软件发展中一门重要的带头学科。相对论、量子力学等一系列重大突破性成果的取得,充分体现了科学家勇于探索、不畏艰难的精神。了解科学发现复杂、艰难、曲折的过程,对于增强学习研究的毅力、机敏和聪慧,对于打破思维定势、树立创新意识是极其重要的;学习科学家的创造性思维及正确的科学方法,增强科学素质,有利于人们创造潜力的发挥。

培养学生创新精神和实践能力是素质教育着力张扬的基本要义,是素质教育的关键点。物理学作为一门以实验为基础的科学,在培养学生创新精神和实践能力上,有着其他学科不可替代的作用。易彩时时彩软件从物理学的认识论的角度,浅淡物理学在素质教育中的影响。

 

一、物理学的认识论

    爱因斯坦曾说过:“科学对于人类事物的影响有两种方式,第一种方式是大家都熟知的,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。”  只看到物理学通过认识世界而改变世界是不够的,事情还可以反过来说,正是因为物理学不断地改变世界,才能够认识世界。

    随着物理学的重大发展以及科学研究方法的不断进步和深化,易彩时时彩软件应该更深入地揭示出人类在认识自然、改造自然过程中逐步形成的且还在发展中的认识论的基本内容。

    爱因斯坦在建立狭义相对论时提出了物理的“相对性原理”,明确了空间和时间的相对性。其实在此同时也提出了一条哲学认识论的“相对性原理”,绝对的东西是不可观察,无法认识的,只有相对的东西才是能够观察和可以认识的。狭义相对论中讨论的正是两个相对作匀速运动的惯性坐标系之间空间和时间坐标的变换关系。任何事物只有在相对于其他事物的运动和变化中才能被认识,离开了它的对立物,就势必成为神秘而不可理解的东西,这就是认识论的相对性原理。

    在自然科学实验中,物理实验是最精确的。物理常数表中一个测量值的“有效数字”往往是一个有八九位以上的数。但易彩时时彩软件马上又想到,量子力学中有测不准关系,—方面说可以测得越来越准,另—方面又说“测不准”。为了解决这个矛盾,从认识论的角度提一种看法:测量不是一种“反映”过程,而是一种“变革”过程。测量必然要改变客体的状态,而在客体状态发生改变之前任何数据(或称为信息) 都是不存在的。认识始于变革,量子物理学实验和理论在70多年来的发展已使易彩时时彩软件有根据提出这样的命题:测量数据,例如一个电子的位置x及其在x方向的动量Px,在测量之前并不存在,x或Px,或一般地说信息是在测量时主体与客体相结合才制造出来的。

    众所周知,科学的发展是个曲折的过程。一个新思想、新理论的诞生往往伴随着不同学术观点和不同学派之间的争论,甚至会遭受到压制和围攻。可以说,科学争论是科学发展的强大动力。比如关于光的本性的认识,在十七世纪人类对光的本性的认识存在两种观点:光的粒子说和光的波动说。早在1672年,牛顿根据光的直线传播提出了光的“微粒说”,认为光由微粒组成,并可解释光的反射、折射,但不能解释光的衍射和干涉现象。惠更斯反对光的微粒说,他认为光是在“以态”中传播的波,光的波动说既可解释反射、折射,也能够解释光的衍射现象。从此两个学说一直在争论中不断发展。直到19世纪初在光的干涉、衍射实验的支持下,波动说才为人们普遍承认。到19世纪末,麦克斯韦和赫兹更肯定了光是电磁波。那时,光的波动说似乎完全占了上风。可是到了20世纪初,人类对光的本性的认识又有了一个螺旋式的上升。为了解释光电效应,于1903年爱因斯坦提出了光量子理论,1917年又提出了光子有动量的假说。通过大量探索工作,人们将有关光的本性的两个完全不同的概念统一,提出了光的波粒二象性。这样经过粒子说和波动说长达200多年的反复争论的过程,才以光的波粒二象性这种比较全面的认识代替原来那种片面的认识。

再比如说,在刚刚过去的一个世纪里,量子力学取得极大的成功。但对于量子力学的物理解释和哲学意义,却一直存在着不同观点之间的分歧和激烈的争论。20世纪的两位伟大科学家玻尔和爱因斯坦之间的争论尤为世人所瞩目。爱因斯坦一直对量子力学几率的解释不满意,他说:“我无论如何深信上帝不是在掷骰子”。量子力学理论正是在这种友好的争论中逐步地完善起来,这种争论还在继续,量子理论还处在继续发展和完善之中。可见,在人类认识的长链中易彩时时彩软件看到了从相对真理向绝对真理逼近的无限发展过程。

易彩时时彩软件认识到许多著名科学家在物理学中的杰出贡献,但这并不意味科学易彩时时彩软件的发展只需依靠少数人的天才。事实上每项重大发现或发明都是在一定历史条件下才能产生,而且是无数科技工作者辛勤劳动的结晶。物理学是一门实验科学,而一个重要的实验发现,其直接参与者往往达数百人。所以,每一小组内个人与集体的关系,组与组之间合作和竞争关系处理如何,会直接影响科技工作的成败。对于21世纪的科技工作者来说,善于与他人合作将是衡量优秀人才素质最重要的标准之一。

    当然,易彩时时彩软件常常只关心科学家所取得的辉煌成就,而忽略科学大师们也会走弯路、有失误。对科学失误的客观认识,有利于树立正确的科学思想。约里奥一居里夫妇由于传统观念的束缚,不仅错失了发现中子的良机,又错失了发现正电子的机会。但他们从失败中吸取教训、总结经验,始终以饱满的工作热情和坚忍不拔的意志投入研究工作,终于在1934年获得了20世纪中最重要的发现之一——人工放射性,并荣获了诺贝尔物理学奖。认识到科学发现的艰难性,科学探索过程中出现失误是难免的,有利于易彩时时彩软件不断从失误中总结经验教训;正视科学失误,摆脱传统思想观念的束缚,需要新思想、新观念,需要树立创新精神。

    不可否认,科学易彩时时彩软件深刻地影响了经济、社会和国际政治面貌。但易彩时时彩软件马上又认识到:“科学易彩时时彩软件是一把两面有刃的剑”。人们在利用能源的过程中,也直接污染地球环境,使大气和水质产生污染;在发展科学,改造自然的同时,又在破坏自己赖以生存的自然环境;人们在发现核裂变,预言出一种巨大的能量可以从核内释放出来后,一方面做出了可以用来发电的核反应堆,另一方面,根据第二次世界大战中同盟国对德、意、日法西斯国家作战的需要,制成了人类历史上杀伤力最,惊人的武器——原子弹;等等。用辩证的眼光,认识到科学易彩时时彩软件是一把“双刃剑”,这是非常重要的。

在宇宙的长河中,在物理学的发展历程中,易彩时时彩软件认识到一切具体的真理都是相对的而非绝对的,易彩时时彩软件只能通过对相对真理的认识不断逼近绝对真理。人们在认识自然后使用越来越强的变革手段去改变自然界,“制造”出研究对象。对科学失误的认识、了解和分析,可以使易彩时时彩软件获得科学思想、科学精神和科学方法的熏陶和培养。通过科学易彩时时彩软件对社会发展的影响,易彩时时彩软件从辨证的角度认识到科学易彩时时彩软件是一把“双刃剑”。这就是物理学认识论的基本内容。  

 

二、中学物理素质教育

1.物理教学中学生创新精神的培养

创新是知识经济时代大力弘扬的观念,是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。创新精神在创造过程中表现出来的那种自觉的、勤奋的、实事求是的、不折不挠的、勇于冒险的精神,它包含创造激情、探索欲、求知欲、好奇心、进取心、自信心等心理品质,也包括具有远大的理想、不畏艰险的勇气、锲而不舍的意志等非智力因素。在教学过程中培养学生的创新精神变得尤为重要。

    从400多年前伽利略做简单的力学实验开始,人们便已认识到“物理学首先是一门实验科学”。物理实验作为物理教学的基本手段和内容,有其特殊的教学功能,易彩时时彩软件从演示实验,验证性实验、设计性实验等方面研究在物理教学中,如何培养学生的创新意识?

    一般来说,教师是演示实验的操作者,具有实验主体的主动性,学生是演示实验的观察者,是被动的参与。演示实验大多是探索性实验,教师可用适当的方法引导启发,充分发挥学生的想象能力,让学生探索、研究。演示实验的最终目的是通过演示,引导学生观察想象,并启发思维、分析总结规律。教师进行演示实验可通过二种途径:  一是启发学生提出问题,做出猜想,预想现象发生的过程,再进行实验。比如说,在学习“焦耳定律”时,学生已经认识到电流在通过导体的过程中会产生热量,教师可以不急于按照课本上的演示实验方案立即演示,把实验结论直接交给学生。而是指出“电流通过导体产生热量的多少可能会与哪些因素有关?”从电压、电流、电阻、通电时间这几个物理量中提出几个相互独立的有关量,让学生猜想、讨论这几个量与电热是怎样的关系。当形成较为一致的意见后,再进行演示实验。二是发现问题、提出解决问题的方案、再观察实验想象。例如演示“磁感线”的实验,很多同学只是看热闹,对铁屑充当什么角色不清楚。易彩时时彩软件可以用设问的方法来解决。首先让学生观察小磁针在磁体周围不同位置静止时的受力指向,但实验后易彩时时彩软件发现由于磁针较大,磁针间不可避免地存在较大的空隙,不能够很好的反映各点的情况,那么有没有方法来解决这个问题?启发学生讨论,得出利用无数个小铁屑在磁场中被磁化,成为无数个紧密放置的小磁针的方法。易彩时时彩软件再用图示的方法将铁屑磁针在磁场中静止时的受力指向情况描绘出来,这便成了磁感线。通过提问、学生讨论猜想,把学生的思维带入主动的探索意识中,起到较明显的作用。

    验证性实验应注意激发学生的实验动机,而不是让学生简单机械地重复实验。有效地提出一些思考性的问题,使学生主动积极地理解实验目的、原理和方法,鼓励学生的实验创意。引导学生思考是否有其他的实验途径和方法。学会用实验去验证已有发现和结论,并有所发展和创新。在进行串、并联电路总电阻教学中,可应用实验验证法探索电阻并联。在并联电路的探索中,先理论上推导,接着由学生自己设计电路操作实验,然后验证这一关系,再由教师进行总结,联系电阻与导体截面积的关系对并联做出解释。这样,在获取电阻知识的同时,学生学习了实验验证法。如测金属块的密度,可由学生自主做实验的方法,让学生自己根据所掌握的物理知识,设计实验方法,选择实验器材,完成实验任务。

通过演示性实验给学生技能示范,再让学生自己练习操作,经过一定的训练以后,再给出一些小型新课题,使学生实现技能和方法的迁移。在实验设计中,提出问题,引发思考,使学生产生寻找解决问题的欲望,从而创造出解决问题方法。比如在研究“力的分解”时,可设置这样的疑问:放置在水平桌面上的一个沉重的大砝码,用细线把它提起来,用一根线易断,还是用二根线易断?学生肯定会说用一根线易断。但设计的实验结果却完全相反,用一根线可以将砝码稳稳地提起,而用两根同样的细线(两线间有较大的夹角)去提时,线却一下子断了。为什么两根线的效果不如一根线?这种看似有悖于常理的疑点,激发学生去思索,从而闪烁着解决问题的创造性思维的火花。

 当然,学生在实验过程中不可避免地产生失误,经受挫折。但易彩时时彩软件应对失误有正确的认识,从失败中总结经验教训,不断改进,发挥学生的创造性,增强学习毅力从而获得成功,这样将会增加学生学习的乐趣,并得到更多的锻炼。

 

    2.物理教学中学生实践能力的培养

    物理学的一个重要特点就是它与生产、生活实际联系密切,学习物理知识就应该结合实际、解决一些实际问题、培养学生的实践能力。

    物理学科能力在很多方面体现了其他能力的内涵和要求。物理教学的目的和任务可归纳为:传授知识、树立观点、培养能力、训练方法。而首要任务是培养学生的各种能力。比如,观察能力、注意能力、记忆能力、想象能力、思维能力、动手能力、自学能力等等。教师传授知识是培养学生能力的内容和基础,学生在掌握知识的过程中发展能力。

    在诸多能力中思维能力是核心。教师在教学过程中,让学生通过动手动脑动口,不断地开展思维活动,同时不断地对学生进行启发,诱导和训练来逐步提高学生的思维能力。“成功的教学,需要的不是强制,而是激发学生学习兴趣,  自觉地启动思维的闸门”。例如学习《机械运动》这一章时,易彩时时彩软件可以首先让学生思考三个问题:平常易彩时时彩软件能不能抓住向自己飞过来的子弹?要随手像抓一只昆虫一样,抓住子弹有没有方法?书中飞行员为什么能顺手抓住一颗子弹?通过设疑,让学生激起兴趣,引发思维,使学生扮演问题探索者的“角色”,真正卷入学习活动之中,达到掌握知识、训练思维能力的目的。

    同样,在进行物理实验时,应注意启发学生多思,对实验过程中存在的问题加以分析和讨论,使思维不断地产生“横向运动”和“纵向运动”,训练和培养学生思维的多面性和灵活性。比如在学习《额定功率和实际功率》一课时,可设问“100瓦的灯泡亮还是40瓦的灯泡亮?学生肯定会回答100瓦的灯泡亮。把“200伏,100瓦”和“220伏,40瓦”两灯泡并联接入220伏的电源中演示,果然与学生的答案一样。再把这两灯泡改为串联后接入220伏的电源中演示,结果发现,100瓦的灯泡反而比40瓦的灯光暗得多。这一出乎意料的事实使学生展开思维,迫使他们向知识的更深层次进军。

通过对物理学的认识,易彩时时彩软件知道,错误认识既不能忽略,也不能以简单的方法来处理。不能只指出错误所在,就可以认为已清除错误,也不能对错误认识置之不理。应正视错误,使学生在错误结论中进行反思而受到启迪,提高辨别是非的能力。

古人云“授人以鱼不如授之以渔”,作为基础教育的物理学教学,培养学生的自学能力是培养实践能力的又一重要内容。自学能力是一个人获得知识和更新知识的重要能力,也是一个人的一种基本素质。在学习过程中应充分重视并不断培养和增强学生的自学能力,教给学生学习的方法,研究问题和解决问题的方法,增强学生自我获取知识的方法和能力。

    自学能力是对每个人都终身受用的,阅读是提高自学能力的重要途径。在培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力时,应从指导学生阅读开始。教师在教学过程中尽量少灌输、多诱导,使教学过程成为学生在教师指导下自己学习和钻研问题的过程。例如在上《欧姆定律》这节课时,教师只需通过演示实验讲清电流与电压的关系,至于电流与电阻的关系以及归纳得出规律,就可以让学生自己通过实验分析比较,归纳和阅读课本后得出结论,然后再由教师进行总结。这样可使学生自己实验、思考、讨论和研究问题,认真钻研教材,从而达到自学的目的。

培养学生的自学能力是物理教学的战略任务之一,而提高阅读能力是培养自学能力的起点。教师在平时的物理教学过程中要充分调动学生阅读课本的积极主动性,加强指导他们阅读课本,让学生在自己的阅读中独立地感知理解教材。通过经常性训练使学生逐步地学会自我学习的方法,研究问题和解决问题的方法,以及不断地提高自我获取知识的能力。

 

三、认识论与素质教育

    物理学是自然科学的基础,这就决定了物理学在培养学生科学素质方面起着举足轻重的作用。

    物理学的认识论告诉易彩时时彩软件认识具有相对性,认识始于变革。在物理学发展中,人们总是通过发现问题、分析问题、解决问题,再使用越来越强的变革手段制造出新的研究问题来。易彩时时彩软件知道一切真理都是相对的,而非绝对的,一种新的解决问题的方法总是伴随着争论而产生。但这种争论正是科学发展不断进步的动力。在学习研究的过程中遭遇失败是在所难免的,易彩时时彩软件需要的是挑战失败战胜自我的勇气和信心。面对新事物、新问题、新思想、新方法,要培养学生能够自觉、不自觉地主动地做出积极反应,从而培养学生在学习过程中的好奇心、批判性和探索精神。

知识经济时代呼唤素质教育,培养学生的创新精神、研究能力和实践能力是物理学研究的基本目标。21世纪是素质教育的世纪,华夏大地如要重现辉煌,就必须持续创新,其关键在于首先要唤醒学生的创新意识、培养学生的实践能力、提高学生的综合素质。从物理学认识论的角度可对素质教育加以概括: 

——具有强烈的创造原动力。这种动力来自对主体的基本需要和满足超出了现实一般人的成就意识、责任感和使命感。

——对已有的知识及成果有所了解和掌握,又不满足,而且产生了疑问,形成了创新意向并掌握了新的起点。

——具有丰富的想象力和求异思维能力,形成开拓进取的明确目标。  

——具有新异的思路,掌握了解决新问题的新方法,具有创造性实践的精神和能力。

——具有竞争和合作的精神,敢于冒尖又不脱离群体。

——具有勇于冒险的胆识,不怕失败和挫折,能够持之以恒、锲而不舍。

对物理学的充分认识,有利于培养学生创造性和开放性思维,培养学生探索未知世界的精神、主动求知的精神和创新意识,提高学生的实践能力。素质教育是“三个面向”的需要,易彩时时彩软件应转化教育观念,注意将知识的学习和能力的培养有机结合起来,素质教育也就落到了实处。

 

 

 

 

    参考文献:

    [1]倪光炯、王炎森、钱景华、方小敏编著.改变世界的物理学.复旦大学出版社.1999.

第二版,

    [2]姚启钧著.光学教程,绪论.高等教育出版社.1989.第二版.

    [3]周世勋编.量子力学教程,第三章.高等教育出版社.1979.第一版.

    [4]吕迎春.物理教学中创新教育的实践与思考.物理通报.2002年第8期.第23~24页.

    [5]徐长祥.浅谈物理演示实验中的素质教育.物理通报.2002年第1.2期.第23~24页.

    [6]吴兆雄,注意思维调控,培养学生创新能力.物理教师.2002年第10期.第14~16页.

    [7]中国教育学会中国高等教育学会编,中国教育改革发展二十年.北京师范大学出版社,1999.第一版.

 

EpiStemology in PhysiCS and Quality-oriented Eduoation

Abstact:This paper elaborates epistemology formed in the development of physics from six aspects respectively in details,combining which with the quality-oriented education advocated in the current instruction reform.It maintains that the key element in quality-oriented education is to train the students’creative spirit and their practicing capability,which ends with an elementary generalizaition of quality-oriented education form the angle of epistemology in physics.

Key words:physics、epistemology 、quality-oriented education、 creative spirit、practicing capability