物理學科創新能力結構分析-靳建設

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物理學科創新能力結構分析-靳建設

中學物理教學參考第30卷　第7期Vol.30　No.7

物理學科創新能力結構分析-靳建設

PhysicsTeachinginMiddleSchool●教育研究專論●

物理學科創新能力結構分析

靳建設

(甘肅省蘭州市第一中學　730030)

中學創新教育目標的核心是發展學生的學科創新能力.中學學科創新能力是學科特殊能力和創造性思維品質的整合.那么,中學物理學科創新能力就是由理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力和實驗能力,這五種能力與五種創新思維品質(即思維的深刻性、靈活性、批判性、獨創性和敏捷性)的整合.中學物理教學中全面提高學生物理學科創新能力的關鍵,在于突出物理思維品質的培養.

一、對物理學科創新能力的認識

能力,就是人順利完成某種任務的一種穩定的個性心理特征.物理學科創新能力是學生在物理課學習中必然發展的、順利完成物理學習任務的個性心理特征,是學生接受知識、掌握知識、應用知識和創新知識的本領,它具有創新性、整體性、層次性和發展性等特點.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》中規定)對中學物理學科的能力進行了更具體、更詳細、易操作性的研究分類,而且已經形成共識,提出了目前我國高中學生應具備的物理能力由理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力和實驗能力五種構成.物理能力以思維品質為核心,物理思維是人腦對客觀物理事物(包括物理對象、物理現象、物理過程、物理情景、物理事實等)的本質屬性、內在規律性及物理事物間的相互聯系和相互關系的間接、概括、能動的反映.理解是物理思維的基礎,概括是物理思維最基本的特征.現代提法的五種物理能力與創造性思維品質相互聯系,相互滲透,構成物理學科創新能力的開放式動態立體結構.

二、創新思維品質

思維能力是智力的核心,思維品質是思維

能力強弱的反映,是個體思維活動中智力特征的表現,是判斷一個人智力和能力高低的主要指標.創新思維品質就是學生在學習過程中逐步形成和發展的、并在此過程中表現出的、直接影響學習效率的個體智力特征和創新個性特征.學生物理能力的差異正是通過其創新思維品質來體現的.所以,培養創新思維品質是發展智力和能力的突破口.創新思維品質主要包括思維的深刻性、靈活性、批判性、獨創性和敏捷性五個方面.

1.思維的深刻性　指反映思維的抽象程度和邏輯水平,集中體現出思維的概括特點,是思維活動的廣度和深度.善于深入地以事物發展的邏輯進行清晰地思考問題;善于把握物理事物的本質和規律,不被表面現象所迷惑;善于進行系統、全面的物理思維活動;善于從整體上用聯系的觀點認識物理事物,掌握物理知識,嚴密地推理論證物理規律.

2.思維的靈活性　指思維活動的靈活程度,思維活動能夠根據客觀物理現象的具體變化而變化,從不同的角度、側面、方向去思考問題;善于運用不同的知識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格估計思維材料和檢查過程,善于獨立思考,不受暗示干擾;善于發現問題,提出質疑,進行爭論,不斷分析解決問題所依據的條件,反復檢查已擬定的假設、計劃和方案;善于客觀地考慮正反兩方面的論據;善于明辨是非曲直,敢于質疑問難.

4.思維的獨創性　指思維的創造性,表現為善于獨立思考,創造性地發現新問題和解決新問題.具有自己獨特的思維方式,善于采用

新的思維方法進行思考;善于在廣闊的領域內思考問題.

5.思維的敏捷性　指思維的速度和靈敏程度.在學習物理知識時,能快速準確地抓住所學內容,在頭腦中予以內化;在運用物理知識解決物理問題時,迅速準確地將物理信息輸入大腦中,利用原有的認知結構,找出問題的關鍵所在,恰當地提取物理知識與方法,正確地解決問題.

創新思維品質諸因素是相互聯系、密不可分的.思維的深刻性是一切思維品質的基礎,思維的靈活性和獨創性具有相互交叉的關系,靈活性具有廣度和順應性;獨創性則更具有深刻性和新穎性,從而獲得創造力;思維的批判性則是在深刻性的基礎上發展起來的,具有深刻、周密、全面、評判和調節的特點;思維的敏捷性則是以其它四個思維品質為前提,又是其

理解能力　1.理解概念和規律的確切含義,理解規律的成立條件和適用范圍.　2.通過概念的形成過程,發展抽象概括能力,重在理解其本質.

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.能根據已知的知識和所給物理事實、條件對物理問題進行邏輯推理與論證,得出正確的結論或作出正確的判斷.

2.創造條件,自己發現真理.弄清概念和規律的來龍去脈、條件結論的邏輯關系和相互聯系,逐步把握知識的邏輯結構.

3.善于將知識系統化、結構化,從不同的角度進行分析與組合,形成知識結構網絡.

它四個思維品質的表現.思維的這五種品質相互依賴構成一個統一的整體,即構筑了創新思維能力的骨架,成為建立學科創新能力結構的核心要素.

三、高中物理創新能力結構

筆者認為,第一,中學生的物理學科創新能力結構是由現代提法的五種物理能力與五種創新思維品質共同構成的有機整體;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并不是簡單的并排,而是相互依賴、相互交叉、相互制約的結構系統,在空間構成了二十五個立體交叉點.

下表列出了高中學生物理學科創新能力的要素,從表中可以反映出中學生物理學科創新能力結構的內在關系.

分析綜合能力

應用數學處理　1.能根據具體問題列出物理量之間的關系式,進行推導和求解,并根據結果得出物理結論.

2.善于運用圖象或圖形、過程示意圖提取有用信息進行分析問題.　1.能對物理問題運用公式、幾何圖形、函數圖象等方法進行表達和分析,并根據需要進行靈活地轉換.

2.問題求解過程運算簡捷靈活.

實驗能力　1.能獨立完成規定的實驗,明確實驗目的,理解和控制實驗條件.

2.按實驗步驟完成實驗操作

3.會分析物理實驗現象和實驗數據.

思維的深刻性

思維的靈活性

1.能夠清楚地認識概念和規律的各種表達方式,并從不同的側面或不同的角度進行解釋或說明.2.培養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慣.

3.善于將物理公式靈活地變形,并弄清含義.

1.獨立地對具體問題進行具體分析,弄清所給問題中的物理狀態、過程與情景,找出其中的主要因素與相關條件.　2.探索問題的多解,能從方法論角度進行概括,逐步領會常用的物理方法與思想.

3.利用較深層次、較綜合的問題,培養長期深入思考的習　1.根據已知的知識與　1.能將一個復雜所給物理事實,能夠將物問題分解為若干個理問題進行的推理分析簡單問題,并找出它過程用不同的方式表達們之間的聯系,運用出來.物理知識靈活解決.　2.善于強化物理語言,　2.一題多解,一題加強對同一物理事實或多變,善于聯想,長結果的生活語言、符號語于發散,培養靈活進言、圖象語言的轉化訓退自如的思維習慣.練.　3.善于用變化的、　3.善于把分析與演繹、聯系的、運動的觀點特殊與一般、具體與抽象分析問題.的邏輯思維方法有機地聯系起來.

1.會靈活運用學過的實驗方法或用過的儀器.　2.會設計實驗記錄的表格.

思維的批判性

1.能夠鑒別概念和規律的各種說法,理解相關知識的聯系與區別.　2.弄清問題的條件和要求,自覺采用合理的方法解答.

1.能夠根據相關概念和規律從已知到未知進行合理的推理,排除錯誤的結論,提高辨別正誤的能力.

2.能夠掌握問題的各種類型及結構特點.

3.善于對問題的可能性進行正確合理的估計與推測.

1.在物理問題由已知到未知的推理分析中,能找到符合實際的具有普遍性的推論或結論,用于靈活地處理相關問題.　2.通過對物理概念、規律的引申、特殊化、一般化分析引出新的結論.　3.善于將各種公式、規律進行有機聯系,并找出它們之間的邏輯關系.　1.注意思維的合理性,避免走彎路.

2.能自覺地運用概念和規律進行判斷、分析與綜合、對比與類比、歸納與演繹推理論證物理問題.

1.能夠識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果的正確性.　3.注意物理語言的嚴密性和條件性,對物理語言的細微差別善于分析.　1.能對所給問題進行聯想,從不同的側面尋找多種解法,從而獲得最簡解法.　2.能創造性地自編、自改物理問題,并考察結論的變化.

1.容易糾正直覺或具體圖形產生的錯誤.

2.善于擺脫對物理公式的純數學理解,弄清物理意義.　1.善于從物理公式、圖形、圖象中發現新的結論,從而提出獨特、新穎的方法分析問題.　2.善于將多方面的數學知識作為工具解決疑難、綜合問題.　能迅速地綜合運用數學工具處理物理問題.

1.會觀察分析實驗現象,抓住關鍵.會識別并糾正實驗中可能出現的錯誤.

2.會用誤差理論分析物理實驗結果.　1.會處理實驗數據,從中探索性地發掘物理規律或得出正確的結論.　2.完成實驗報告.

3.會制作一些簡單實驗器材,會設計簡單的實驗.　1.根據需要尋找實驗儀器的代用品.

2.能及時排除簡單的實驗故障.

思維的獨創性

1.能夠根據問題充分激發自己的創造性思維萌芽;能夠大膽質疑,深入思考,提出自己的見解.　2.能夠建立相關概念之間的關系網.　3.善于探索發現新的解題規律,提出獨特新穎的解題方法.　1.能將物理概念文字語言、符號語言與圖象語言有機相互印證.　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,迅速選擇正確的解題方法.

思維的敏捷性

1.能對問題中的物理狀態、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用.　3.正確地使用概念、規律進行綜合問題的解答.

總之,中學生物理學科的創新能力是學科特殊能力與創造性思維品質的整合,是一般與特殊創造力的集合.它是由若干能力變量構成的系統,是靜態與動態結構的統一體.學科教

一、人體基因結構　人的基因存儲在一個螺旋形的大分子

中.現在科學家希望能準確地知道在哪一種基因中存儲哪些信息,因為每種基因由約3萬個信息構成,要一個一個地檢查,現在才查明約10萬種基因中的100種.日前,科學家們已解出一個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基因來根治.

二、宇宙中的黑暗物質　根據新的計算,宇宙間存在的物質比現在天文學家看見的要多九倍,宇宙爆炸論才能成立.然而這些物質在哪里,是什么成分,是否還能發現大量的黑暗物質,完全是個未知數.

學活動是學科創新能力結構形成的起點和動力,它以學科知識經驗為中介,只有把學科創新能力培養建立在學科扎實知識基礎上,才能使學生的創新精神和創新能力得到最大發展.

三、受控核聚變　用7克氫核燃料能夠產生6噸煤的能量,

而且氫核燃料是從水中提取的,用之不盡,對人類和環境的危害也只是現在能源的1%.現在理論問題雖然解決了,實際問題還沒解決.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　美國科學家米勒仿造出40億年前地球上的條件,結果在此條件下產生出氫基酸——生命的組成部分.但是如何演變成生命仍然是個謎,現在計算機科學家編制出人工生物的程序,在計算機世界中觀察“生命”起源的,他認認為,這是理解生命結構的第一步,未來的目標要模擬出生命的形.

(本刊資料室供稿)

世界四個最大科學難題

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