“準(zhǔn)歷史”法的中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計

摘要：本文提出了一種將物理學(xué)史引入中學(xué)物理的教學(xué)設(shè)計方法一“準(zhǔn)歷史”法，并根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論和托馬斯一庫恩的科學(xué)革命理論對這一方法進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，介紹了運(yùn)用“準(zhǔn)歷史”法進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計的具體方法、步驟以及需要遵循的基本原則。主要目的是使物理學(xué)史與中學(xué)物理教學(xué)的相互結(jié)合，既有理論基礎(chǔ)可依，又能給中學(xué)物理教師提供一個易操作的教學(xué)設(shè)計思路和方法。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)歷史；教學(xué)設(shè)計；物理教學(xué)；物理學(xué)史

中圖分類號：G633，7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-010X(2008)11—0056-03

一、引言

在2001年頒布的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗稿)》和2003年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，分別將“了解物理學(xué)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生的一些歷史背景，能意識到科學(xué)發(fā)展歷程的艱辛與曲折……”和“了解物理學(xué)的發(fā)展歷程，關(guān)注科學(xué)技術(shù)的主要成就和發(fā)展趨勢以及物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的影響……”列入了三維的課程目標(biāo)當(dāng)中，并且作為一種課程改革的重要思路和手段。這充分說明物理教育界對物理學(xué)史、對于物理教育的重要作用，已經(jīng)形成了一種共識——如果在物理教學(xué)中能正確恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)史，將對物理教育產(chǎn)生非常重要的價值。在史學(xué)研究的啟發(fā)下，我們提出“準(zhǔn)歷史”的物理教學(xué)設(shè)計方法，并從理論上論證了這一方法的合理性和可行性，使得物理學(xué)史與物理教學(xué)相結(jié)合，既有理論基礎(chǔ)可依，又能給中學(xué)物理教師提供一個易操作的教學(xué)設(shè)計總路和方法。

二、“準(zhǔn)歷史”法進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計的綜述

(一)“準(zhǔn)歷史”法進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計的背景。

“準(zhǔn)歷史”是近年來史學(xué)研究中提出的—個新概念。它泛指在編寫教材時在忠于歷史事實、歷史發(fā)展順序的情況下，將史料進(jìn)行組織加工，以服務(wù)于某種教學(xué)目的或邏輯思路的做法。將這種方法遷移到物理教學(xué)設(shè)計當(dāng)中，可將與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史料，尤其是對某一理論的形成起到啟發(fā)、轉(zhuǎn)折等關(guān)鍵作用的人物、事件(如物理實驗等)和思想，進(jìn)行重新組織，盡可能使物理學(xué)史的發(fā)展邏輯與學(xué)生的認(rèn)知過程相符合，從而使學(xué)生更容易理解和接受并且能從這些歷史事件中廣泛吸取科學(xué)的思想方法和研究方法以及所蘊(yùn)含的豐富的科學(xué)精神與人文精神。

(二)“準(zhǔn)歷史”法進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計的理論依據(jù)。

1．皮亞杰認(rèn)知理論。皮亞杰(J．Piaget)是20世紀(jì)認(rèn)知領(lǐng)域最有影響的心理學(xué)家之一。他通過引進(jìn)生物發(fā)生學(xué)的方法，深刻地分析了個體認(rèn)識思維的結(jié)構(gòu)和功能，并于1972年，在《發(fā)生認(rèn)識論原理》中闡述了認(rèn)知的適應(yīng)性和個體對世界模式的建構(gòu)。

皮亞杰理論體系中的—個核心概念是圖式。圖式是個體對世界的知覺、理解和思考的方式。我們可以把圖式看作是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的起點和核心，或者說是人類認(rèn)識事物的基礎(chǔ)。因此，圖式的形成和變化是認(rèn)知發(fā)展的實質(zhì)。皮亞杰認(rèn)為，認(rèn)知發(fā)展是受三個基本過程影響的：同化、順應(yīng)和平衡。就一般而言，個體每當(dāng)遇到新的刺激，總是試圖用原有的圖式去同化，即將新刺激納入到原有的圖式，若獲得成功，便得到暫時的平衡。這時原有圖式不會發(fā)生質(zhì)的變化，而只發(fā)生量的變化。如果用原有圖式無法同化新的環(huán)境刺激，個體便會做出順應(yīng)，即修改原有圖式或重建以形成新圖式，直至達(dá)到認(rèn)識上的新平衡。平衡是指個體通過自我調(diào)節(jié)機(jī)制，使認(rèn)知發(fā)展從一個平衡狀態(tài)向另一個較高的平衡狀態(tài)過渡的過程。平衡的這種連續(xù)不斷的發(fā)展，就是整個認(rèn)知發(fā)展的過程。

2．科學(xué)革命理論。托馬斯—庫恩(Thomas S．Kuhn)是美國當(dāng)代科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)的帶頭人，他的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書被證明是20世紀(jì)科學(xué)哲學(xué)的轉(zhuǎn)折點。他的理論的一個主要特點是，強(qiáng)調(diào)科學(xué)進(jìn)步的革命性質(zhì)，這里的革命意味著放棄一種理論結(jié)構(gòu)并代之以另一種不相容的理論結(jié)構(gòu)。

庫恩的科學(xué)革命理論中的一個重要概念是“范式”，但在他的論述中，對“范式”闡釋是不確定的，比較模糊的解釋是：“范式”是一個科學(xué)共同體的成員所共有的東西，它代表著這一特定科學(xué)共同體的成員所共有的信念、價值、技術(shù)等等構(gòu)成的整體。庫恩的科學(xué)革命理論大致是：前科學(xué)—常規(guī)科學(xué)(原有范式)—反常一危機(jī)—科學(xué)革命一新的常規(guī)科學(xué)(新范式)。在前科學(xué)階段，各種學(xué)派間激烈競爭。沒有統(tǒng)一的大家接受的觀點，逐漸地某一種觀點能更好地解釋科學(xué)現(xiàn)象，于是被更多的人接受，形成一種范式，于是逐漸進(jìn)入穩(wěn)定的常規(guī)科學(xué)階段。在這期間，共同體在范式的指導(dǎo)下去解決各種范例，并在一定程度上完善該范式使其更精確。當(dāng)新問題不能被此范式解釋稱為“反常”，反常的積累會使得危機(jī)出現(xiàn)并最終導(dǎo)致科學(xué)革命，結(jié)果會有新的范式出現(xiàn)而代替原有的范式。

比較明顯可以看出，皮亞杰的學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過程和庫恩的科學(xué)發(fā)展過程極其相似。由此我們至少可以得出這樣一個有意義的結(jié)論：以物理學(xué)史的發(fā)展過程為線索來設(shè)計物理教學(xué)過程，便在很大程度上能符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展過程，并會在很大程度上展現(xiàn)物理學(xué)史的教育價值。這便是“準(zhǔn)歷史”法進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計的理論依據(jù)。

三、“準(zhǔn)歷史”的中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計方法及原則

按照上述的討論，物理學(xué)理論的發(fā)展歷史基本符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的基本過程，因此，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行“準(zhǔn)歷史”的課堂教學(xué)設(shè)計會帶來非常好的效果。

(一)設(shè)計方法。

“準(zhǔn)歷史”的物理課堂教學(xué)設(shè)計，其實就是以物理學(xué)的發(fā)展歷史為載體，對教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計。教師在設(shè)計教學(xué)過程時，首先在明確教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)、掌握學(xué)生當(dāng)前認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，搜集與物理課堂教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理知識以及物理知識形成的歷史過程，整合教學(xué)資源，形成教學(xué)過程。在整個教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)仍然是其出發(fā)點和歸宿。

具體步驟是：1．將物理學(xué)理論(教學(xué)內(nèi)容)的歷史發(fā)展過程按問題起源一提出的工作假設(shè)一思辨以得出推論一實驗或思想實驗對推論進(jìn)行檢驗—假設(shè)的修正及結(jié)論的推廣進(jìn)行整理，以形成教學(xué)內(nèi)容的“準(zhǔn)歷史”過程；2．將學(xué)生對物理知識(教學(xué)內(nèi)容)的一般認(rèn)知過程，即對物理現(xiàn)象的觀察一提出問題—假設(shè)或猜測一實驗探索一結(jié)論及對認(rèn)知過程的反思．整合到已組織形成的教學(xué)內(nèi)容的“準(zhǔn)歷史”過程中，形成具體的教學(xué)過程。在設(shè)計過程中至少要能突出三個重點：其一是要突出物理科學(xué)發(fā)展中有爭議的概念、定律、理論及實驗以及革命性的理論替代，因為這也正是學(xué)生最難接受、最易出錯的地方，即教學(xué)的難點。例如，力與運(yùn)動的關(guān)系中，亞里士多德及同時代的人都有物體受力而運(yùn)動，不受力則停止的錯誤認(rèn)識，而學(xué)生在學(xué)習(xí)之前，由于生活經(jīng)驗，也同樣會有這樣的錯誤認(rèn)識。因此在設(shè)計時要將亞里士多德的錯誤認(rèn)識、原因以及伽利略如何質(zhì)疑、如何進(jìn)行實驗驗證等展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生同樣在認(rèn)識上也獲得從錯誤到如何突破、再到正確認(rèn)識的完整的認(rèn)識路線。其二是要盡量讓學(xué)生親自動手做那些對于某一物理理論的形成起到關(guān)鍵作用的實驗，如伽利略的斜面實驗、光電效應(yīng)實驗以及a粒子散射實驗等。其三是要盡量發(fā)掘和展現(xiàn)物理學(xué)豐富的人文內(nèi)涵和物理學(xué)所蘊(yùn)含的“文化故事方式”，使每個物理學(xué)家及其科學(xué)研究回歸到人及社會實踐意義上的“常態(tài)”過程，體現(xiàn)物理學(xué)的親和力。

(二)“準(zhǔn)歷史”法的物理教學(xué)設(shè)計原則。

1．真實性原則。基本含義：真實性原則是一條基本原則，指物理學(xué)史教學(xué)要按照物理學(xué)發(fā)展的真實歷史過程進(jìn)行教學(xué)，絕不能虛構(gòu)和歪曲歷史事實。

提出這一原則的基本思想：考慮到現(xiàn)行的物理教材中以及物理教學(xué)實踐中都存在這樣的事實：為了教學(xué)方便，在教材編寫和教學(xué)過程中為了使講授的內(nèi)容顯示出某種嚴(yán)密的邏輯性，并使學(xué)生易于接受和記憶，會有意重構(gòu)物理學(xué)史。教材編寫者和教學(xué)實踐者考慮的只是讓科學(xué)知識被學(xué)生接受，而忽視了物理學(xué)歷史的真實面貌，忽視了歷史原貌的認(rèn)識價值和教學(xué)價值。這種做法是極不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ驗樗o學(xué)生呈現(xiàn)出一幅錯誤的歷史畫面，而這無論是對于學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，還是對于思想方法，都沒有好處，更嚴(yán)重的是易使學(xué)生形成錯誤的歷史觀。因此在物理學(xué)史教學(xué)中要真實的再現(xiàn)物理學(xué)理論產(chǎn)生的過程，包括理論的起源、流派間論戰(zhàn)、物理學(xué)家的行為、重大突破等等。

2．歷史與邏輯相統(tǒng)一的原則。基本含義：歷史是指物理學(xué)發(fā)展的歷史過程；邏輯是指科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在邏輯順序。歷史與邏輯相統(tǒng)一是指在教學(xué)過程中有意識的按照科學(xué)發(fā)展的邏輯設(shè)計教學(xué)過程。

提出這一原則的基本思想：在理論基礎(chǔ)中已經(jīng)說明。科學(xué)哲學(xué)家托馬斯-庫恩在其科學(xué)革命理論中所闡明的科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在邏輯與瑞士心理學(xué)家皮亞杰關(guān)于兒童對于事物的認(rèn)知過程十分相似。另外教育重演理論也揭示出，兒童對科學(xué)的認(rèn)識過程會重復(fù)科學(xué)知識發(fā)生過程的某些特征。基于這兩點，我們認(rèn)為，在物理學(xué)史的教學(xué)中，按照托馬斯—庫恩的科學(xué)發(fā)展的邏輯來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，使物理學(xué)歷史與物理學(xué)發(fā)展的邏輯相統(tǒng)一，這樣就在一定程度上與學(xué)生的認(rèn)知過程相契合，從而使學(xué)生更容易接受和理解教學(xué)內(nèi)容。

3．思想性原則。基本含義：物理學(xué)史的教學(xué)不能停留在講故事的層面，而要盡可能的發(fā)掘故事背后深刻的思想及其教育價值。

提出這一原則的基本思想：長期以來在物理教學(xué)實踐中滲入物理學(xué)史在很大程度上是基于對學(xué)生興趣的培養(yǎng)。因此無論是在教材中還是在教學(xué)實踐中總是停留在對物理學(xué)家生平、事跡尤其是軼事的介紹。但是實際上物理學(xué)史除了能引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣之外；最為重要的是其本身蘊(yùn)含著豐富的思想價值。這里的思想價值包含兩方面：第一，物理學(xué)史本身就包含豐富的物理學(xué)思想和方法，通過物理學(xué)史，學(xué)生能更為深刻地理解和掌握其中的物理思想和方法。第二，物理學(xué)史中所展現(xiàn)的物理學(xué)家高尚的道德情操等，有助于學(xué)生形成正確的人生觀、價值觀。而這兩點正是科學(xué)素養(yǎng)的重要內(nèi)容。

4．適宜性原則。基本含義：選擇的教學(xué)內(nèi)容須符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和情感發(fā)展水平，教學(xué)內(nèi)容的難度和深度要以學(xué)生可以接受性為原則，因此，此原則也可以稱之為可接受性原則。

提出這一原則的基本思想：首先，在選擇中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容時，學(xué)生認(rèn)知水平是一個必然考慮的因素。相應(yīng)地在選擇物理學(xué)史是也要考慮到學(xué)生的認(rèn)知水平。因為其中涉及到的一些知識、實驗等可能高于學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平。另外，我們知道，物理學(xué)史本身是一門獨立的學(xué)科，它有其自身的特點，并且在發(fā)展過程中形成了不同的研究范式和流派。這樣就導(dǎo)致了在物理學(xué)史研究中，對某一物理事件的發(fā)生、發(fā)展等的認(rèn)識都有各種不同的看法和結(jié)論。比如傳統(tǒng)的“輝戈式”的歷史研究中，布魯諾被理所當(dāng)然地稱之為堅持真理的“科學(xué)斗士”，但是近代西方科學(xué)史界出現(xiàn)的以耶茲為代表的“反輝戈”的研究，卻得出截然相反的結(jié)論，他們認(rèn)為布魯諾堅持“日心說”并非是其崇尚和堅持真理的科學(xué)精神體現(xiàn)，而是某種宗教情懷使然。但是在物理學(xué)史教學(xué)中確不能按照“反輝戈”的研究結(jié)論去教學(xué)，因為不符合學(xué)生該階段的情感發(fā)展水平。