基于科學(xué)素養(yǎng)提升的高中物理學(xué)習(xí)的“4W1H”法

楊世林

摘要：要實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，提升人的科學(xué)素養(yǎng)是關(guān)鍵和重中之重。提升高中生的科學(xué)素養(yǎng)，不但可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，推進(jìn)其對知識體系的融會貫通，也可以培養(yǎng)高中生針對相關(guān)知識提出問題、分析問題的能力，建立相應(yīng)的思維框架，為尋求解決問題的途徑與方案打開思路。采用“4W1H”模式，對高中物理中的物理現(xiàn)象及名詞進(jìn)行學(xué)習(xí)與思考，不但可以使高中生有效掌握物理學(xué)的精髓，也為提升其科學(xué)素養(yǎng)提供一條有效途徑。

關(guān)鍵詞：“4W1H”法；物理；科學(xué)素養(yǎng)；高中生

中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0214-02

眾所周知，當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)滲透到人類社會進(jìn)步、國家發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方方面面，是生產(chǎn)力中最活躍的要素，因而科學(xué)技術(shù)被人們稱作第一生產(chǎn)力?？v觀科學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們已經(jīng)注意到，科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都誘發(fā)經(jīng)濟(jì)的深刻變革和人類社會的巨大進(jìn)步。自18世紀(jì)以來，人類經(jīng)歷的三次工業(yè)技術(shù)革命，無一不是因科學(xué)技術(shù)的突破。以1765年蒸汽機(jī)的發(fā)明為代表的第一次工業(yè)革命，為船舶、火車等大型機(jī)械提供了推進(jìn)動力；以1831年發(fā)電機(jī)的研制成功為代表的第二次工業(yè)革命，推進(jìn)了電力在工業(yè)、生活中的廣泛應(yīng)用；以1946年第一臺計算機(jī)的發(fā)明為代表的第三次工業(yè)革命，實現(xiàn)了信息化，拉近與世界的距離，推進(jìn)人類社會快速、高效發(fā)展。

一、科學(xué)素養(yǎng)提升的意義

簡言之，科學(xué)素養(yǎng)總體上包括三個有機(jī)組成部分[1]：一為對科學(xué)知識所了解的程度；二為對科學(xué)研究的過程與方法所掌握的程度；三為對科學(xué)技術(shù)對社會和個人產(chǎn)生的影響所了解的程度。也就是說，在掌握知識的同時，初步建立科學(xué)思維的方法，思考所學(xué)知識的科學(xué)意義及應(yīng)用價值。其中，初步建立科學(xué)思維的方法是關(guān)鍵，這是因為有效的科學(xué)思維能夠更為合理地掌握基礎(chǔ)知識，實現(xiàn)知識體系的融會貫通，提升學(xué)習(xí)能力。同時，這也有利于高中生對所學(xué)知識進(jìn)行合理思辨，提升科學(xué)素養(yǎng)。由此看來，提升高中生的科學(xué)素養(yǎng)，具有以下方面的重要意義。

1.促進(jìn)高中生對相關(guān)知識的有效學(xué)習(xí)，找到合理的學(xué)習(xí)方法，提升學(xué)習(xí)能力。

2.推進(jìn)高中生對知識體系的融會貫通，達(dá)到扎實掌握知識的目的。

3.培養(yǎng)高中生針對相關(guān)知識提出問題的能力。

4.培養(yǎng)高中生一定的思辨能力，建立針對相關(guān)問題進(jìn)行科學(xué)分析的思維框架。

5.初步培養(yǎng)高中生基于已有知識對相關(guān)問題尋求解決途徑與方案的思路和能力。

二、基于科學(xué)素養(yǎng)提升的高中物理學(xué)習(xí)的“4W1H”法

縱觀中學(xué)物理知識，具有自“客觀現(xiàn)象→提出假說→解釋現(xiàn)象→修正假說→解釋現(xiàn)象→建立物理模型→應(yīng)用知識→預(yù)測現(xiàn)象”這一完整的知識體系。應(yīng)該說，這種知識體系非常有利于高中生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。針對高中生物理學(xué)知識體系的特點，筆者以為，對于科學(xué)素養(yǎng)提升下的高中物理學(xué)習(xí)，可以簡化為“4W1H”模式（What，When，Where，Why，How）。其中，“What”指的是所學(xué)的知識到底是什么，即所學(xué)物理現(xiàn)象、名詞的概念、內(nèi)涵、特點及歷史等；“When”指的是所學(xué)的知識在什么時候出現(xiàn)，即所學(xué)物理現(xiàn)象、名詞產(chǎn)生的時間；“Where”指的是所學(xué)知識在什么地方出現(xiàn)，即所學(xué)物理現(xiàn)象、名詞產(chǎn)生的地點；“Why”指的是所學(xué)知識為什么會發(fā)生，即所學(xué)物理現(xiàn)象、名詞產(chǎn)生的原因；“How”指的是所學(xué)知識是如何發(fā)生的，即所學(xué)物理現(xiàn)象、名詞產(chǎn)生的過程。

下面以高中物理知識中的“能量守恒定律”為例，說明采取“4W1H”模式進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程。

（一）What

能量守恒定律（即熱力學(xué)第一定律）指的是，一個封閉（或孤立）體系的總能量始終保持不變?？梢赃M(jìn)一步表述為：一個體系的總能量的改變，只能等于傳入或者傳出該體系的能量的多少?？偰芰渴侵福擉w系的機(jī)械能、熱能及除熱能以外的任何內(nèi)能形式的總和。能量守恒定律的內(nèi)涵涉及諸多內(nèi)容。例如，物體的內(nèi)能增加等于物體吸收的熱量和外力對物體所做的功的總和；系統(tǒng)在絕熱狀態(tài)時，功只取決于系統(tǒng)的初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)的能量，與過程無關(guān)；孤立系統(tǒng)的能量永遠(yuǎn)是守恒的；系統(tǒng)經(jīng)過絕熱循環(huán)，其所做的功為零，因此第一類永動機(jī)（即不消耗能量做功的機(jī)械）是不可能的；兩個系統(tǒng)相互作用時，功具有唯一的數(shù)值，可以為正、負(fù)或零；等等。就其發(fā)展歷史而言，能量守恒定律的思想最初是在1842年由德國物理學(xué)家邁爾基于實驗結(jié)果提出的。隨后，英國物理學(xué)家焦耳進(jìn)行大量實驗，并用各種方法求得熱功當(dāng)量，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果完全一致；1847年，德國科學(xué)家亥姆霍茲對熱力學(xué)第一定律進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述；1850年，能量守恒定律被科學(xué)界所公認(rèn)。

（二）When

對于一個系統(tǒng)而言，只要外界的力沒有對該系統(tǒng)做功（或做功之和為零），且沒有其他能量傳入這個系統(tǒng)（即沒有熱量傳導(dǎo)），則該系統(tǒng)的總能量是守恒的。能量只會在系統(tǒng)內(nèi)部的各個物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移或以不同類型的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)變。也就是說，任何時候，系統(tǒng)本身的能量都是守恒的。

（三）Where

能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。從大到宇宙天體，小到原子核內(nèi)部，只要存在能量的轉(zhuǎn)化與（或）轉(zhuǎn)移，就一定服從能量守恒定律。究其原因，這是因為能量的轉(zhuǎn)化形式是多種多樣的，它可以在內(nèi)能、機(jī)械能、電能、化學(xué)能、光能以及原子能等之間發(fā)生轉(zhuǎn)化。與此同時，在能量轉(zhuǎn)化過程中，若某種類型的能量發(fā)生減少，另一種類型的能量就必然增加，且能量總量始終保持不變。由此看來，就中學(xué)物理知識而言，能量守恒定律在任何地方都是客觀存在的。

（四）Why

能量守恒定律之所以會產(chǎn)生，這是因為：物質(zhì)和能量是自然界的最基本形式；世間萬物均必有其來源，也必有其去處；物質(zhì)和能量既不會無中生有，也不會莫名消失；能量具有多種存在形式，如機(jī)械能、光能、化學(xué)能、電能、熱能、原子能等；能量可以以各種存在形式之間或之內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)化與（或）轉(zhuǎn)移，但總量不變；等等。

（五）How

就能量守恒過程來說，其實質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)移與（或）轉(zhuǎn)化的過程，且無論能量是如何轉(zhuǎn)移與（或）轉(zhuǎn)化的，其總的能量始終保持不變。例如，在小球的鐘擺模型中，小球從高擺到最低又從最低擺到高。此小球擺動過程中，小球從高擺到最低，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，下降速度越變越快，重力勢能越來越小，動能越來越大；小球從最低擺到高，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，上升速度越變越慢，重力勢能越來越大，動能越來越小。然而，此過程的任何時刻（即小球位于任何位置），小球的重力勢能與動能之和始終是相同的。基于上述“4W1H”模式下對能量守恒定律的理解，應(yīng)該說高中生已經(jīng)較為合理地掌握了這一物理現(xiàn)象的精髓。同時，更重要的是，高中生學(xué)會了對任何物理現(xiàn)象及名詞進(jìn)行有效學(xué)習(xí)的方法，也建立了科學(xué)思維框架?；诖?，筆者以為，要學(xué)好高中物理，提升科學(xué)素養(yǎng)，應(yīng)該對每個物理現(xiàn)象及名詞時刻不忘從“What，When，Where，Why，How”5個方面進(jìn)行思考、總結(jié)。

三、結(jié)束語

作為未來社會的建設(shè)者和大自然的改造者，高中生不僅要深刻認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)的重要性，更應(yīng)努力學(xué)好科學(xué)技術(shù)，用科學(xué)技術(shù)武裝頭腦，展示獻(xiàn)身科學(xué)的勇氣和決心。其中，遵循科學(xué)規(guī)律，融會貫通知識體系，進(jìn)行合理思辨，是培養(yǎng)自身科學(xué)素養(yǎng)的重要保障。

基于“4W1H”模式，對高中物理中的每個物理現(xiàn)象及名詞進(jìn)行學(xué)習(xí)與思考，是提升自身科學(xué)素養(yǎng)的一條有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]任磊，張超，何薇.中國公民科學(xué)素養(yǎng)及其影響因素模型的構(gòu)建與分析.科學(xué)學(xué)研究，2013，21（7）：983-990.