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摘要：通過對物理學(xué)知能結(jié)構(gòu)的剖析,闡述了物理教學(xué)為適應(yīng)時代的發(fā)展而需在知識的構(gòu)建和能力的培養(yǎng)方面發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：知能結(jié)構(gòu)；知能結(jié)構(gòu)圖；物理教學(xué)

1知能結(jié)構(gòu)概述

據(jù)美國教育家霍爾頓的理論，物理學(xué)的任一基本內(nèi)容都可以分解為實驗事實、物理思想、數(shù)學(xué)表述三個層面或三個坐標，即物理學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)中包含實驗基礎(chǔ)、邏輯體系、數(shù)學(xué)表述、思想方法、應(yīng)用價值五種基本成分。物理學(xué)課程不僅僅要擔當傳授知識的責(zé)任，更要為能力培養(yǎng)和非智力因素的發(fā)展提供可能。傳統(tǒng)的理論知識結(jié)構(gòu)圖已難以滿足教學(xué)和培養(yǎng)人才的需要，因此我們把物理學(xué)科結(jié)構(gòu)中的五種基本成分投影到一個平面上（如圖1所示），從而較全面的反映知識、方法、能力的相互關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)圖可稱做知識-方法-能力結(jié)構(gòu)圖，或簡稱知能結(jié)構(gòu)圖。居于結(jié)構(gòu)圖中心的核心理論在知識傳授和能力培養(yǎng)上起著載體和媒介的作用，核心理論附近上、下、左、右四個鄰區(qū)同時反映該學(xué)科知識所要求的能力結(jié)構(gòu)，能力和方法的培養(yǎng)與知識傳授緊密聯(lián)系為一個有機整體，相輔相成、不可分割。

2物理知識結(jié)構(gòu)

作為一個合理的、健全的物理知識結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)該包括某一物理理論的過去、發(fā)展及前沿動態(tài)，故物理的合理知識結(jié)構(gòu)應(yīng)包含三個方面：物理學(xué)史知識、物理專業(yè)知識、動態(tài)前沿知識。在這三個方面應(yīng)做到“又紅又專”，在物理學(xué)史和動態(tài)前沿知識方面，應(yīng)積極關(guān)注、不斷擴展視野，做到廣博；而在專業(yè)知識方面，應(yīng)深入探求、孜孜不倦，做到精深。

2.1物理學(xué)史知識

物理學(xué)的發(fā)展史就是人類不斷進步的歷史，是人類文明的重要源泉。在學(xué)習(xí)物理的過程中，物理學(xué)史的意義在某些時候甚至于超過了物理知識本身。從無數(shù)科學(xué)家孜孜以求的探索過程中，不僅可以激發(fā)對物理的興趣，更可以學(xué)習(xí)物理大師們極具靈氣的思維方式、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度、為真理獻身的精神和不畏艱險的工作作風(fēng)。

2.2物理專業(yè)知識

物理專業(yè)知識包括物理概念、模型、定律、定理、理論及相互關(guān)系、邏輯推導(dǎo)等方面?！叭f丈高樓從地起”，沒有夯實物理的基礎(chǔ)理論，就談不上應(yīng)用它去解決實際問題、去培養(yǎng)和提高學(xué)生的方法和能力了。因此，它是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的重點，但目前的教學(xué)現(xiàn)狀是“突出重點，不計其余”，這與時展對物理教學(xué)的要求不相符的。

2.3動態(tài)前沿知識

動態(tài)前沿知識即物理學(xué)科的新突破、新進展以及各種新理論、新思潮、新觀點及其它“熱點”問題。一方面它可以為專業(yè)知識提供新鮮養(yǎng)分，促進物理知識結(jié)構(gòu)的新陳代謝；另一方面可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，甚至可以為學(xué)生今后的發(fā)展指明一條前進的方向。邁克爾遜否定“以太”、赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波，就是非常典型的實例。

3物理能力結(jié)構(gòu)

一個物理理論的發(fā)展和完善，通常包括以下五個階段（見圖2），因此物理理論的學(xué)習(xí)也需具備觀察分析、建立模型、數(shù)學(xué)描述和應(yīng)用實踐等方面的能力。當然，這些能力是在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)物理過程中逐步培養(yǎng)的，不同學(xué)科、不同專業(yè)的學(xué)生對各方面的要求也不一樣。物理教學(xué)應(yīng)該以物理理論為主線，深入挖掘主線背后蘊涵的在培養(yǎng)學(xué)生方法和能力方面所蘊涵的價值，突出物理理論對學(xué)生方法論的形成和能力的培養(yǎng)。

3.1觀察分析、概括總結(jié)的能力

物理學(xué)理論來源于實踐，來源于對大量實驗現(xiàn)象的觀察分析，因此實驗事實對物理學(xué)理論有極為重要的意義。一個成功的物理理論，總是眾多的科學(xué)家經(jīng)過無數(shù)次的觀察和分析之后，經(jīng)過概括總結(jié)而上升為理論體系。因此在教學(xué)過程中，對經(jīng)典物理實驗的回顧和剖析；或者呈現(xiàn)一個或多個同類現(xiàn)象，然后讓同學(xué)自己仔細觀察、分析，從而得出正確結(jié)論，是培養(yǎng)學(xué)生能力的一條重要途徑。3.2建立模型的能力

物理學(xué)研究現(xiàn)實世界的物質(zhì)性質(zhì)、運動規(guī)律及其相互作用，而現(xiàn)實和理論畢竟有差異。這就需要區(qū)分事物的主要矛盾和次要矛盾、矛盾的主要方面和次要方面，并建立起一個與實際最接近的理論模型，進行分析和邏輯推導(dǎo)，從而從紛繁復(fù)雜的客觀世界中發(fā)現(xiàn)潛在的物理規(guī)律。

3.3數(shù)學(xué)表述及邏輯推理的能力

物理學(xué)科由定性的科學(xué)走向量化，成為一個嚴謹、完整、系統(tǒng)的科學(xué)，數(shù)學(xué)起到了極大的作用，同時它也推動了數(shù)學(xué)的發(fā)展。一個物理學(xué)理論，如果沒有嚴格的數(shù)學(xué)描述或證明，則它是不完美的、或說是不成功的。學(xué)習(xí)物理的過程，很大一部分在學(xué)習(xí)它的數(shù)學(xué)規(guī)則和邏輯推導(dǎo)，從而提高自己的數(shù)學(xué)描述能力和邏輯推理能力。

3.4理論應(yīng)用于實際的能力

發(fā)展理論的目的在于改造世界、指導(dǎo)實踐。所以學(xué)習(xí)了物理理論，就需要用它解釋一些物理現(xiàn)象，解決一些實際問題。理論應(yīng)用于實際，僅僅有物理知識還遠遠不夠，它還需要深刻的洞察力、分析判斷的能力、實際動手的能力。

4知能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

掌握物理知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，將有助于我們在教學(xué)過程中有的放矢，使課堂教學(xué)不僅成為傳授知識的殿堂，而且成為培養(yǎng)能力和思維方式的重要途徑。為此在備課的環(huán)節(jié)和教學(xué)的環(huán)節(jié)，教師應(yīng)該深刻分析每一章的知能結(jié)構(gòu)圖，將章節(jié)的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)利用表格或者圖表形象直觀的表示出來，從而更好的為課堂教學(xué)和人才培養(yǎng)服務(wù)。

下面我們以工科物理教學(xué)中的力學(xué)部分為例，來闡述一下知能結(jié)構(gòu)圖在物理教學(xué)中的具體應(yīng)用。

4.1知識結(jié)構(gòu)要優(yōu)化

物理學(xué)的研究對象非常廣泛,研究的內(nèi)容也非常復(fù)雜。這就要求在教學(xué)過程中要注意總結(jié)、對比，理順各章節(jié)、各知識點間的關(guān)系。譬如力學(xué)中的平動、轉(zhuǎn)動，電磁學(xué)中的電學(xué)、磁學(xué)，甚至宏觀、微觀，都可以進行對比。物理教學(xué)應(yīng)該讓學(xué)生建立系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，而不是零碎的知識片斷。

4.2能力結(jié)構(gòu)要突出

（1）哲學(xué)思辯能力。

一部物理學(xué)史就是一部哲學(xué)史，在物理學(xué)中蘊涵了豐富的哲學(xué)思想：如從實驗事實總結(jié)歸納出客觀規(guī)律的歸納法、從一般到特殊的演繹法、理想模型建立中抓住主要因素的研究方法。這些方法論是培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)與能力的好素材。在物理教學(xué)中，不能僅僅圍繞著知識點轉(zhuǎn)圈子、應(yīng)在教學(xué)中深入挖掘物理知識的美學(xué)意義、絕妙的物理思想和方法，既能使學(xué)生加深對物理規(guī)律的理解和掌握．又有利于他們逐步樹立辯證唯物主義的世界觀，從而達到“授人以漁、教為不教”的目的。

在講授力學(xué)中的參考系和坐標系時，我們著力挖掘了時間和空間的絕對性與相對性的問題；在分析相對運動時，突出了運動的絕對性和相對性。這對于學(xué)生唯物主義世界觀的建立有重要的作用。

（2）數(shù)學(xué)運用能力。

物理學(xué)是一門定量的學(xué)科。物理學(xué)的魅力，在于用極其簡潔的數(shù)學(xué)公式描述了紛繁復(fù)雜的物質(zhì)世界。牛頓運動定律、麥克斯韋方程組，這樣兩組簡練的方程，就概括了復(fù)雜的力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律，這是一種簡潔美。而物理學(xué)又是一們非常嚴謹?shù)目茖W(xué)、有著非常鮮明的邏輯性，這和復(fù)雜的客觀世界相映成趣。

（3）觀察分析和建模能力。

物理學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，物理學(xué)理論的發(fā)展來自于實驗的不斷推動，同時物理理論的發(fā)展也為一些新實驗的進行指明了方向和道路。

在力學(xué)的發(fā)展中，有一些非常有趣而且意義重大的實驗，諸如比薩斜塔的實驗、馬德堡半球?qū)嶒?、伽利略理想斜面的實驗、牛頓的蘋果落地實驗、卡文迪許的扭稱實驗。嚴謹?shù)牧W(xué)理論體系就是建筑在這樣一個個實驗的基礎(chǔ)上的，對這些經(jīng)典實驗的回顧與反思，促使了學(xué)生對物理理論的掌握，也培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、開闊了視野。（4）應(yīng)用與延伸。

理論來自于實踐，而最終用于指導(dǎo)實踐。物理學(xué)的理論——歸根結(jié)底，是用來指導(dǎo)我們改造物質(zhì)世界，改善我們的生產(chǎn)和生活。在物理理論教學(xué)中，一定要突出理論在實際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力。

力學(xué)是古老的學(xué)科，與實際生活聯(lián)系非常緊密。工程技術(shù)中的機械設(shè)計制造、建筑工程設(shè)計等，都用到了大量的力學(xué)原理，如滑輪、杠桿的大量使用。而引力理論、動量和能量守恒定律，對于太陽系中行星的發(fā)現(xiàn)、航空航天技術(shù)的發(fā)展的指導(dǎo)，都堪稱物理學(xué)應(yīng)用的典范。

5知能結(jié)構(gòu)要完善

社會的發(fā)展，時代的進步，對現(xiàn)代的人才知能結(jié)構(gòu)提出了越來越高的要求。而物理學(xué)也從昔日一馬當先的領(lǐng)頭學(xué)科，轉(zhuǎn)向到逐步與其他學(xué)科交叉融合。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，與時俱進，昔日的物理教學(xué)也必然要做出更深層次的改革。一方面，可以通過更新教學(xué)內(nèi)容、采用先進的教學(xué)方式；而更重要的，物理教學(xué)應(yīng)該擔負起在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)和能力方面的更多責(zé)任。在幫助學(xué)生樹立正確的自然觀、科學(xué)觀和世界觀、掌握有效的思維方法和研究方法，改善和優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)創(chuàng)造性等方面物理學(xué)都應(yīng)該發(fā)揮起重要作用。

物理學(xué)科知能結(jié)構(gòu)的提出，也是為了適應(yīng)新時代對人才的要求和物理教學(xué)本身的需要。通過知能結(jié)構(gòu)圖，使得教師在備課和教學(xué)時不再以理論知識為中心，而更注重挖掘理論背后的深層內(nèi)涵，注重對學(xué)生科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)能力的培養(yǎng)。

參考文獻

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