物理科學(xué)方法顯化教育的理論與實踐研究

邢紅軍

☆專欄：物理科學(xué)方法教育☆

物理科學(xué)方法顯化教育的理論與實踐研究

邢紅軍

編者按：

首都師范大學(xué)課程與教學(xué)論博士生導(dǎo)師邢紅軍教授領(lǐng)導(dǎo)的物理教育研究團(tuán)隊，近年來在北京市“十一五”規(guī)劃教育科學(xué)課題的資助下，致力于物理科學(xué)方法教育的顯化研究，在科學(xué)方法教育的基本理論、科學(xué)方法教育的分類理論、科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化等方面取得了重要的進(jìn)展，促進(jìn)了科學(xué)方法教育研究的發(fā)展，本期發(fā)表他們的系列研究成果，以饗讀者。

我國物理科學(xué)方法教育研究已經(jīng)開展多年，時至今日，仍然有一些理論和實踐問題沒有得到很好解決。如，科學(xué)方法教育的地位、科學(xué)方法的分類、科學(xué)方法的教育內(nèi)容。圍繞這些重要的理論問題，首都師范大學(xué)物理教育研究團(tuán)隊開展了卓有成效的研究，取得了顯著進(jìn)展。

一、物理科學(xué)方法教育的理論進(jìn)展

科學(xué)方法教育的地位問題，即科學(xué)方法教育與知識教育的關(guān)系問題，歷來是一個爭論不休的問題。長期以來，科學(xué)教育界一直對這個問題進(jìn)行深入探討并逐漸形成了知識中心教育觀。美國的霍爾頓提出了物理學(xué)三維結(jié)構(gòu)模型，前蘇聯(lián)的費多琴柯提出了經(jīng)典力學(xué)結(jié)構(gòu)平面圖?；魻栴D認(rèn)為物理學(xué)的任何一部分內(nèi)容的結(jié)構(gòu)及其發(fā)展都可以分解為3種因素或3個坐標(biāo)：x—實驗(事實)，y—物理思想(邏輯、方法論等)，z—數(shù)學(xué)(表述形式或計量公式)。這一普適性的物理學(xué)科結(jié)構(gòu)模式也為物理學(xué)各分支學(xué)科、各單元課題的結(jié)構(gòu)及其教學(xué)規(guī)律指出了道路。費多琴柯的學(xué)科結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步把三維結(jié)構(gòu)投影到平面上，形成上(實驗)、中(核心理論)左(科學(xué)方法論)、右(數(shù)學(xué))、下(延伸與應(yīng)用)5個區(qū)域，從而全面地反映了物理學(xué)科上述5個特點和物理學(xué)知識的3個主要成分及其相互關(guān)系，特別是反映了知識和方法的關(guān)系(如圖1所示)。

當(dāng)然，這一立體結(jié)構(gòu)模型及其投影還有待進(jìn)一步探索。但這樣的結(jié)構(gòu)啟發(fā)我們進(jìn)一步具體探索知識—方法—能力的相互關(guān)系。從這種基本思想出發(fā)，我們提出了科學(xué)方法中心的物理學(xué)知識—方法結(jié)構(gòu)圖(如圖2所示)。

圖2 知識—方法結(jié)構(gòu)圖

圖2表明，知識—方法結(jié)構(gòu)圖主要包括5個部分：科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)知識、科學(xué)方法、數(shù)學(xué)以及延伸與應(yīng)用?？茖W(xué)方法處于結(jié)構(gòu)圖的中心，分別與其他4個部分相聯(lián)系。圖中的箭頭表示了不同部分之間的相互關(guān)系，不同部分之間也會發(fā)生聯(lián)系，但這種聯(lián)系須經(jīng)由科學(xué)方法才能實現(xiàn)，科學(xué)方法起到橋梁和紐帶的作用?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識論認(rèn)為，現(xiàn)象是科學(xué)的根源，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中，科學(xué)現(xiàn)象與科學(xué)理論并不存在直接關(guān)系，科學(xué)現(xiàn)象要借助于科學(xué)方法的參與才能進(jìn)一步形成科學(xué)理論。同樣，科學(xué)理論的應(yīng)用也不是直接完成的，它需要科學(xué)方法的介入才能成功解決問題，科學(xué)教育同樣也是如此。我們認(rèn)為這樣的結(jié)構(gòu)圖才能準(zhǔn)確地反映出科學(xué)知識與科學(xué)方法的關(guān)系。

二、物理科學(xué)方法教育的內(nèi)容進(jìn)展

科學(xué)方法的分類問題，同樣是困擾物理教育工作者的問題。不解決這個問題，科學(xué)方法教育內(nèi)容問題就很難得到恰當(dāng)?shù)慕鉀Q。我們經(jīng)過長期的理論思考，逐漸形成自己的觀點。

在“智力—技能—認(rèn)知結(jié)構(gòu)”能力理論中，我們從能力因素的來源出發(fā)，區(qū)分“硬能力”與“軟能力”。我們認(rèn)為，由于智力和技能均是人的大腦的功能，因此，定義其為“硬能力”。而人們通過后天學(xué)習(xí)在大腦中擁有的知識、科學(xué)方法所形成廣義知識結(jié)構(gòu)——即認(rèn)知結(jié)構(gòu)，其功能就相當(dāng)于人的能力的“軟件”，因此，定義其為“軟能力”。

在能力結(jié)構(gòu)中區(qū)分“硬能力”與“軟能力”有著重要的意義。因為根據(jù)這種區(qū)分，我們不僅清楚了能力因素中的智力、技能、知識和科學(xué)方法的不同屬性，更為重要的是，我們進(jìn)一步明確了在能力因素中，智力的提高和技能的形成主要是靠訓(xùn)練而達(dá)成的，而能力因素中的知識和科學(xué)方法則可以通過傳授、探究或發(fā)現(xiàn)使學(xué)生掌握。

從這種基本思想出發(fā)，我們把科學(xué)方法分為了思維方法和學(xué)科方法。前者是主觀的，是大腦的功能，需要訓(xùn)練才能使學(xué)生形成與掌握，后者是客觀的，不是大腦的功能，需要傳授才能使學(xué)生習(xí)得與掌握。這樣一種分類方式，不僅來源清晰，而且與教育方式在邏輯上是自洽的。它有效地避免了將思維方法與學(xué)科方法混為一體的分類方式，使科學(xué)方法教育內(nèi)容的研究豁然開朗。進(jìn)一步，我們把學(xué)科方法分為獲得知識的方法和應(yīng)用知識的方法，這就使得科學(xué)方法教育內(nèi)容的顯化順理成章。

按照對應(yīng)原則，我們分別顯化了獲得物理知識的物理方法和應(yīng)用物理知識的物理方法，見表1和表2：

表1 獲得物理知識的物理方法

表2 應(yīng)用物理知識的物理方法

這樣，就初步顯化了物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育內(nèi)容。

三、物理科學(xué)方法教育的實踐進(jìn)展

在物理科學(xué)方法教育顯化研究中，我們認(rèn)為，科學(xué)方法與知識不同，它所涉及的不是物質(zhì)世界本身，而是人們認(rèn)識物質(zhì)世界的途徑與方式，是高度抽象的。如果只從隱性教育角度進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生也可能從中學(xué)到一些科學(xué)方法，但只能是零星的、不連貫的，收效甚微。但若脫離具體物理知識去傳授科學(xué)方法，則更不可取。這樣，就形成了一種科學(xué)方法教育途徑的兩難處境。因此，我們嘗試尋找一種恰當(dāng)?shù)慕逃绞?，在顯化科學(xué)方法的同時，進(jìn)行科學(xué)方法教育途徑的創(chuàng)新，使學(xué)生對科學(xué)方法的了解切中要害。我們認(rèn)為，這就是結(jié)合科學(xué)方法的物理概念與規(guī)律教學(xué)。

概念與規(guī)律既是物理教學(xué)的核心，又是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的起點。從核心著手貼近教學(xué)本質(zhì)，從起點出發(fā)符合認(rèn)知順序。事實上，物理知識與科學(xué)方法本來就是一種水乳交融的關(guān)系，每一個概念與規(guī)律的得出，都自始至終貫穿著科學(xué)方法。如果把物理學(xué)喻為珍珠項鏈，那么物理知識是珍珠，而科學(xué)方法就是串起珍珠的那根“線”。因此，我們認(rèn)為：只有通過結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)，只有使學(xué)生在每一個物理概念、規(guī)律得出過程中真切體會科學(xué)方法的作用，學(xué)生頭腦中的科學(xué)方法才能顯示出其內(nèi)涵、色彩和格調(diào)，才能顯示出其內(nèi)在的理由、作用和功能，學(xué)生學(xué)習(xí)過的科學(xué)方法才能真正活起來。正是在這個意義上，我們認(rèn)為結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)，是科學(xué)方法顯化教育途徑的創(chuàng)新。

基于此，我們在物理概念、規(guī)律教學(xué)中進(jìn)行了結(jié)合科學(xué)方法的顯性教育。

1.被試選擇

在同一所中學(xué)選擇2個平行班級，2個班級的物理任課教師相同。

2.實驗設(shè)計

采用固定組比較設(shè)計：利用研究之前已經(jīng)形成的兩個原有整組，僅對其中一組給予實驗處理，然后對兩組進(jìn)行后測比較的一種研究設(shè)計。其基本設(shè)計模式如圖3所示：

圖3 固定組比較設(shè)計模式圖

由圖3可以看出，本研究的2個組分別為實驗組和對照組，且為兩個隨機(jī)(以“R”表示)等組。實驗組接受實驗處理(以“X”表示)，而對照組不給予任何實驗處理(以“---”表示)。實驗后，對2組同時進(jìn)行同樣的后測驗，并分別獲得測驗結(jié)果O1和O2，通過比較O1和O2可以得到實驗結(jié)論。

本研究在實驗班中采取科學(xué)方法顯性教育方式，對照班未施加任何干預(yù)，經(jīng)過一段教學(xué)之后，用同一試卷進(jìn)行測試，對學(xué)生成績進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。

表3 實驗班和對照班數(shù)據(jù)差異分析

由統(tǒng)計結(jié)果可知，結(jié)合科學(xué)方法的物理概念、規(guī)律教學(xué)的科學(xué)方法顯化教育途徑是可行的。

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邢紅軍，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

首都師范大學(xué)物理系。

本文系北京市“十一五”規(guī)劃教育科學(xué)重點課題“高中物理科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化的理論與實踐研究”成果(編號：ABA08010)。