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物理學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)分析-靳建設(shè)
中學(xué)物理教學(xué)參考第30卷 第7期Vol.30 No.7
PhysicsTeachinginMiddleSchool●教育研究專論●
物理學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)分析
靳建設(shè)
(甘肅省蘭州市第一中學(xué) 730030)
中學(xué)創(chuàng)新教育目標(biāo)的核心是發(fā)展學(xué)生的學(xué)科創(chuàng)新能力.中學(xué)學(xué)科創(chuàng)新能力是學(xué)科特殊能力和創(chuàng)造性思維品質(zhì)的整合.那么,中學(xué)物理學(xué)科創(chuàng)新能力就是由理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?這五種能力與五種創(chuàng)新思維品質(zhì)(即思維的深刻性、靈活性、批判性、獨(dú)創(chuàng)性和敏捷性)的整合.中學(xué)物理教學(xué)中全面提高學(xué)生物理學(xué)科創(chuàng)新能力的關(guān)鍵,在于突出物理思維品質(zhì)的培養(yǎng).
一、對(duì)物理學(xué)科創(chuàng)新能力的認(rèn)識(shí)
能力,就是人順利完成某種任務(wù)的一種穩(wěn)定的個(gè)性心理特征.物理學(xué)科創(chuàng)新能力是學(xué)生在物理課學(xué)習(xí)中必然發(fā)展的、順利完成物理學(xué)習(xí)任務(wù)的個(gè)性心理特征,是學(xué)生接受知識(shí)、掌握知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和創(chuàng)新知識(shí)的本領(lǐng),它具有創(chuàng)新性、整體性、層次性和發(fā)展性等特點(diǎn).隨著教育改革與研究的不斷深入,近年來我國(1991年以后的高考物理科《考試說明》中規(guī)定)對(duì)中學(xué)物理學(xué)科的能力進(jìn)行了更具體、更詳細(xì)、易操作性的研究分類,而且已經(jīng)形成共識(shí),提出了目前我國高中學(xué)生應(yīng)具備的物理能力由理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ξ宸N構(gòu)成.物理能力以思維品質(zhì)為核心,物理思維是人腦對(duì)客觀物理事物(包括物理對(duì)象、物理現(xiàn)象、物理過程、物理情景、物理事實(shí)等)的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律性及物理事物間的相互聯(lián)系和相互關(guān)系的間接、概括、能動(dòng)的反映.理解是物理思維的基礎(chǔ),概括是物理思維最基本的特征.現(xiàn)代提法的五種物理能力與創(chuàng)造性思維品質(zhì)相互聯(lián)系,相互滲透,構(gòu)成物理學(xué)科創(chuàng)新能力的開放式動(dòng)態(tài)立體結(jié)構(gòu).
二、創(chuàng)新思維品質(zhì)
思維能力是智力的核心,思維品質(zhì)是思維
能力強(qiáng)弱的反映,是個(gè)體思維活動(dòng)中智力特征的表現(xiàn),是判斷一個(gè)人智力和能力高低的主要指標(biāo).創(chuàng)新思維品質(zhì)就是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步形成和發(fā)展的、并在此過程中表現(xiàn)出的、直接影響學(xué)習(xí)效率的個(gè)體智力特征和創(chuàng)新個(gè)性特征.學(xué)生物理能力的差異正是通過其創(chuàng)新思維品質(zhì)來體現(xiàn)的.所以,培養(yǎng)創(chuàng)新思維品質(zhì)是發(fā)展智力和能力的突破口.創(chuàng)新思維品質(zhì)主要包括思維的深刻性、靈活性、批判性、獨(dú)創(chuàng)性和敏捷性五個(gè)方面.
1.思維的深刻性 指反映思維的抽象程度和邏輯水平,集中體現(xiàn)出思維的概括特點(diǎn),是思維活動(dòng)的廣度和深度.善于深入地以事物發(fā)展的邏輯進(jìn)行清晰地思考問題;善于把握物理事物的本質(zhì)和規(guī)律,不被表面現(xiàn)象所迷惑;善于進(jìn)行系統(tǒng)、全面的物理思維活動(dòng);善于從整體上用聯(lián)系的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)物理事物,掌握物理知識(shí),嚴(yán)密地推理論證物理規(guī)律.
2.思維的靈活性 指思維活動(dòng)的靈活程度,思維活動(dòng)能夠根據(jù)客觀物理現(xiàn)象的具體變化而變化,從不同的角度、側(cè)面、方向去思考問題;善于運(yùn)用不同的知識(shí)和不同的方法正確地解決問題;善于從部分和整體角度分析物理問題,有較大的伸縮性;思維的結(jié)果具有多樣性、靈活性和合理性.
3.思維的批判性 指在物理思維的過程中能嚴(yán)格估計(jì)思維材料和檢查過程,善于獨(dú)立思考,不受暗示干擾;善于發(fā)現(xiàn)問題,提出質(zhì)疑,進(jìn)行爭(zhēng)論,不斷分析解決問題所依據(jù)的條件,反復(fù)檢查已擬定的假設(shè)、計(jì)劃和方案;善于客觀地考慮正反兩方面的論據(jù);善于明辨是非曲直,敢于質(zhì)疑問難.
4.思維的獨(dú)創(chuàng)性 指思維的創(chuàng)造性,表現(xiàn)為善于獨(dú)立思考,創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)新問題和解決新問題.具有自己獨(dú)特的思維方式,善于采用
新的思維方法進(jìn)行思考;善于在廣闊的領(lǐng)域內(nèi)思考問題.
5.思維的敏捷性 指思維的速度和靈敏程度.在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí),能快速準(zhǔn)確地抓住所學(xué)內(nèi)容,在頭腦中予以內(nèi)化;在運(yùn)用物理知識(shí)解決物理問題時(shí),迅速準(zhǔn)確地將物理信息輸入大腦中,利用原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu),找出問題的關(guān)鍵所在,恰當(dāng)?shù)靥崛∥锢碇R(shí)與方法,正確地解決問題.
創(chuàng)新思維品質(zhì)諸因素是相互聯(lián)系、密不可分的.思維的深刻性是一切思維品質(zhì)的基礎(chǔ),思維的靈活性和獨(dú)創(chuàng)性具有相互交叉的關(guān)系,靈活性具有廣度和順應(yīng)性;獨(dú)創(chuàng)性則更具有深刻性和新穎性,從而獲得創(chuàng)造力;思維的批判性則是在深刻性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,具有深刻、周密、全面、評(píng)判和調(diào)節(jié)的特點(diǎn);思維的敏捷性則是以其它四個(gè)思維品質(zhì)為前提,又是其
理解能力 1.理解概念和規(guī)律的確切含義,理解規(guī)律的成立條件和適用范圍. 2.通過概念的形成過程,發(fā)展抽象概括能力,重在理解其本質(zhì).
3.善于概括各種問題的類型,并正確地判斷各種類型.
推理能力
1.能根據(jù)已知的知識(shí)和所給物理事實(shí)、條件對(duì)物理問題進(jìn)行邏輯推理與論證,得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷.
2.創(chuàng)造條件,自己發(fā)現(xiàn)真理.弄清概念和規(guī)律的來龍去脈、條件結(jié)論的邏輯關(guān)系和相互聯(lián)系,逐步把握知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu).
3.善于將知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化,從不同的角度進(jìn)行分析與組合,形成知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò).
它四個(gè)思維品質(zhì)的表現(xiàn).思維的這五種品質(zhì)相互依賴構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,即構(gòu)筑了創(chuàng)新思維能力的骨架,成為建立學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)的核心要素.
三、高中物理創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)
筆者認(rèn)為,第一,中學(xué)生的物理學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)是由現(xiàn)代提法的五種物理能力與五種創(chuàng)新思維品質(zhì)共同構(gòu)成的有機(jī)整體;第二,各種形式的思維能力提法總可以歸因于五種能力或五種思維品質(zhì)之中,有其相似或相近的一面;第三,五種能力與五種思維品質(zhì)并不是簡(jiǎn)單的并排,而是相互依賴、相互交叉、相互制約的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),在空間構(gòu)成了二十五個(gè)立體交叉點(diǎn).
下表列出了高中學(xué)生物理學(xué)科創(chuàng)新能力的要素,從表中可以反映出中學(xué)生物理學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系.
分析綜合能力
應(yīng)用數(shù)學(xué)處理 1.能根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式,進(jìn)行推導(dǎo)和求解,并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論.
2.善于運(yùn)用圖象或圖形、過程示意圖提取有用信息進(jìn)行分析問題. 1.能對(duì)物理問題運(yùn)用公式、幾何圖形、函數(shù)圖象等方法進(jìn)行表達(dá)和分析,并根據(jù)需要進(jìn)行靈活地轉(zhuǎn)換.
2.問題求解過程運(yùn)算簡(jiǎn)捷靈活.
實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?.能獨(dú)立完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解和控制實(shí)驗(yàn)條件.
2.按實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)操作
3.會(huì)分析物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).
思維的深刻性
思維的靈活性
1.能夠清楚地認(rèn)識(shí)概念和規(guī)律的各種表達(dá)方式,并從不同的側(cè)面或不同的角度進(jìn)行解釋或說明.2.培養(yǎng)從正反兩方面思考問題的可逆思維和全方位觀察思考的習(xí)慣.
3.善于將物理公式靈活地變形,并弄清含義.
1.獨(dú)立地對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析,弄清所給問題中的物理狀態(tài)、過程與情景,找出其中的主要因素與相關(guān)條件. 2.探索問題的多解,能從方法論角度進(jìn)行概括,逐步領(lǐng)會(huì)常用的物理方法與思想.
3.利用較深層次、較綜合的問題,培養(yǎng)長(zhǎng)期深入思考的習(xí) 1.根據(jù)已知的知識(shí)與 1.能將一個(gè)復(fù)雜所給物理事實(shí),能夠?qū)⑽飭栴}分解為若干個(gè)理問題進(jìn)行的推理分析簡(jiǎn)單問題,并找出它過程用不同的方式表達(dá)們之間的聯(lián)系,運(yùn)用出來.物理知識(shí)靈活解決. 2.善于強(qiáng)化物理語言, 2.一題多解,一題加強(qiáng)對(duì)同一物理事實(shí)或多變,善于聯(lián)想,長(zhǎng)結(jié)果的生活語言、符號(hào)語于發(fā)散,培養(yǎng)靈活進(jìn)言、圖象語言的轉(zhuǎn)化訓(xùn)退自如的思維習(xí)慣.練. 3.善于用變化的、 3.善于把分析與演繹、聯(lián)系的、運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)特殊與一般、具體與抽象分析問題.的邏輯思維方法有機(jī)地聯(lián)系起來.
1.會(huì)靈活運(yùn)用學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法或用過的儀器. 2.會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄的表格.
思維的批判性
1.能夠鑒別概念和規(guī)律的各種說法,理解相關(guān)知識(shí)的聯(lián)系與區(qū)別. 2.弄清問題的條件和要求,自覺采用合理的方法解答.
1.能夠根據(jù)相關(guān)概念和規(guī)律從已知到未知進(jìn)行合理的推理,排除錯(cuò)誤的結(jié)論,提高辨別正誤的能力.
2.能夠掌握問題的各種類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn).
3.善于對(duì)問題的可能性進(jìn)行正確合理的估計(jì)與推測(cè).
1.在物理問題由已知到未知的推理分析中,能找到符合實(shí)際的具有普遍性的推論或結(jié)論,用于靈活地處理相關(guān)問題. 2.通過對(duì)物理概念、規(guī)律的引申、特殊化、一般化分析引出新的結(jié)論. 3.善于將各種公式、規(guī)律進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系,并找出它們之間的邏輯關(guān)系. 1.注意思維的合理性,避免走彎路.
2.能自覺地運(yùn)用概念和規(guī)律進(jìn)行判斷、分析與綜合、對(duì)比與類比、歸納與演繹推理論證物理問題.
1.能夠識(shí)別所給問題中的干擾因素并予以排除.能夠挖掘其隱含條件.
2.善于用多種方法檢查結(jié)果的正確性. 3.注意物理語言的嚴(yán)密性和條件性,對(duì)物理語言的細(xì)微差別善于分析. 1.能對(duì)所給問題進(jìn)行聯(lián)想,從不同的側(cè)面尋找多種解法,從而獲得最簡(jiǎn)解法. 2.能創(chuàng)造性地自編、自改物理問題,并考察結(jié)論的變化.
1.容易糾正直覺或具體圖形產(chǎn)生的錯(cuò)誤.
2.善于擺脫對(duì)物理公式的純數(shù)學(xué)理解,弄清物理意義. 1.善于從物理公式、圖形、圖象中發(fā)現(xiàn)新的結(jié)論,從而提出獨(dú)特、新穎的方法分析問題. 2.善于將多方面的數(shù)學(xué)知識(shí)作為工具解決疑難、綜合問題. 能迅速地綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理物理問題.
1.會(huì)觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,抓住關(guān)鍵.會(huì)識(shí)別并糾正實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤.
2.會(huì)用誤差理論分析物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 1.會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從中探索性地發(fā)掘物理規(guī)律或得出正確的結(jié)論. 2.完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告.
3.會(huì)制作一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)器材,會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn). 1.根據(jù)需要尋找實(shí)驗(yàn)儀器的代用品.
2.能及時(shí)排除簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)故障.
思維的獨(dú)創(chuàng)性
1.能夠根據(jù)問題充分激發(fā)自己的創(chuàng)造性思維萌芽;能夠大膽質(zhì)疑,深入思考,提出自己的見解. 2.能夠建立相關(guān)概念之間的關(guān)系網(wǎng). 3.善于探索發(fā)現(xiàn)新的解題規(guī)律,提出獨(dú)特新穎的解題方法. 1.能將物理概念文字語言、符號(hào)語言與圖象語言有機(jī)相互印證. 2.能通過具體問題概括出一般解題方法、思路. 3.善于抓住問題本質(zhì),迅速選擇正確的解題方法.
思維的敏捷性
1.能對(duì)問題中的物理狀態(tài)、過程、情景有深刻地理解,并迅速地建立物理理想模型.
2.注意思維塊的積累并熟練地運(yùn)用. 3.正確地使用概念、規(guī)律進(jìn)行綜合問題的解答.
總之,中學(xué)生物理學(xué)科的創(chuàng)新能力是學(xué)科特殊能力與創(chuàng)造性思維品質(zhì)的整合,是一般與特殊創(chuàng)造力的集合.它是由若干能力變量構(gòu)成的系統(tǒng),是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一體.學(xué)科教
一、人體基因結(jié)構(gòu) 人的基因存儲(chǔ)在一個(gè)螺旋形的大分子
中.現(xiàn)在科學(xué)家希望能準(zhǔn)確地知道在哪一種基因中存儲(chǔ)哪些信息,因?yàn)槊糠N基因由約3萬個(gè)信息構(gòu)成,要一個(gè)一個(gè)地檢查,現(xiàn)在才查明約10萬種基因中的100種.日前,科學(xué)家們已解出一個(gè)志愿者的全部基因密碼,如能揭開全部基因的秘密,那么由于基因受損而引起的癌癥、糖尿病以及其它迄今已知的4000多種遺傳疾病都可以通過修復(fù)基因來根治.
二、宇宙中的黑暗物質(zhì) 根據(jù)新的計(jì)算,宇宙間存在的物質(zhì)比現(xiàn)在天文學(xué)家看見的要多九倍,宇宙爆炸論才能成立.然而這些物質(zhì)在哪里,是什么成分,是否還能發(fā)現(xiàn)大量的黑暗物質(zhì),完全是個(gè)未知數(shù).
學(xué)活動(dòng)是學(xué)科創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)形成的起點(diǎn)和動(dòng)力,它以學(xué)科知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為中介,只有把學(xué)科創(chuàng)新能力培養(yǎng)建立在學(xué)科扎實(shí)知識(shí)基礎(chǔ)上,才能使學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力得到最大發(fā)展.
三、受控核聚變 用7克氫核燃料能夠產(chǎn)生6噸煤的能量,
而且氫核燃料是從水中提取的,用之不盡,對(duì)人類和環(huán)境的危害也只是現(xiàn)在能源的1%.現(xiàn)在理論問題雖然解決了,實(shí)際問題還沒解決.氫核聚變的前提是1億度高溫,如何建造能承受如此高溫的熔爐.
四、生命起源 美國科學(xué)家米勒仿造出40億年前地球上的條件,結(jié)果在此條件下產(chǎn)生出氫基酸——生命的組成部分.但是如何演變成生命仍然是個(gè)謎,現(xiàn)在計(jì)算機(jī)科學(xué)家編制出人工生物的程序,在計(jì)算機(jī)世界中觀察“生命”起源的,他認(rèn)認(rèn)為,這是理解生命結(jié)構(gòu)的第一步,未來的目標(biāo)要模擬出生命的形.
(本刊資料室供稿)
世界四個(gè)最大科學(xué)難題
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