科學方法教育在教科版高中物理教材中的體現(xiàn)與實施研究

PAGEPAGE4《科學方法教育在教科版高中物理教材中的體現(xiàn)與實施研究》課題研究方案一、課題背景（一）、20世紀世界科學教育中教學方法教育理念的凸顯綜觀20世紀科學教育的歷程，可以粗略地把它劃分為三個階段，即知識本位、方法本位和人本位階段。在知識本位階段，科學教育的重心在科學知識本身。教師們信奉斯賓塞的名言——“科學知識最有價值”。美國學者卡爾·羅杰斯在考察了澳大利亞一個土著居民部落以后闡明了傳授知識對人的生存價值：“怎樣找水源、怎樣追蹤獵物、怎樣在荒無人跡的沙漠中不迷失方向……在一種敵意的和相對無變化的環(huán)境中，教授知識，為它提供了生存之路。”（注：轉(zhuǎn)引自方展畫：《羅杰斯“學生為中心”教學理論述評》，教育科學出版社1990年版，第73—74頁。）科學教育局限于科學知識的教育情況在20世紀60年代初受到了挑戰(zhàn)。人們發(fā)現(xiàn)，社會在科學技術的影響下變化加速起來，一個人終身享用在校習得的知識已不再可能。“對現(xiàn)代人來說，如果只有一個真理的話，那么，這就是他生活在一個不斷變化的環(huán)境中……現(xiàn)在教給學生的物理學，10年之后將會過時……化學、生物學、遺傳學、社會學都處于這種不斷變化之中，以至今天作出的定論，到人有時間和精力應用這些知識的時候，幾乎必定被更改了?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自方展畫：《羅杰斯“學生為中心”教學理論述評》，教育科學出版社1990年版，第73—74頁。）社會變化加速的現(xiàn)實，促使教育家思考在科學方法和科學知識之間誰的價值更深遠，結(jié)論多傾向于前者。許多科學家、教育家反思科學教育中存在的重知識、輕方法問題。物理學家奧斯特瓦爾特(Ostwarla)指出：“雖然用現(xiàn)在的教授方法很成功地講授了在其現(xiàn)今發(fā)展狀態(tài)中的科學知識，但是，杰出的和有遠見卓識的人不得不一而再地指出時常出現(xiàn)在當前我們的青年科學教育中的一個缺點，這就是缺乏歷史感和缺少關于作為科學大廈基礎的一些重大研究的知識?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自趙玉林：《困惑與出路——現(xiàn)代科學方法導引》“引言”，湖北教育出版社1989年版。）更有學者直截了當?shù)卣f：“我們必須很快地改變我們對教育的概念，今天所教的80%—90%都應放在科學方法、教育方法、學習方法、推理方法、搜集資料的方法、從事實中做結(jié)論的方法以及分析事實和綜合事實的能力上?！保ㄗⅲ恨D(zhuǎn)引自趙玉林：《困惑與出路——現(xiàn)代科學方法導引》“引言”，湖北教育出版社1989年版。）“科學知識最有價值”的科學教育理念讓位于“方法比知識更重要”，科學教育從以科學知識為重心轉(zhuǎn)向以科學方法為重心。美國60年代科學課程改革明顯地反映出這一特征?？茖W教育中“人本位”觀念的興起，是教育家對本世紀70年代中期以后科學技術雙刃劍帶來的社會問題反思的結(jié)果，科學教育中的倫理道德、價值觀教育被提到重要議事日程。面對科學技術發(fā)展給人類帶來的負面影響，教育家們幡然醒悟：科學教育不能僅僅是“頸部以上”的教育，它應該包括更完整的人的教育。至此，科學教育從單一科學知識教育演變?yōu)榘茖W知識、科學方法、科學態(tài)度、科學精神、科學價值觀、科學史等復合的科學素養(yǎng)教育。值得一提的是，科學方法的教育不再是僅對精英而言，而成為對所有學生的普遍要求，因為沒有科學的思維習慣，“公民就很容易成為教條主義和胡言亂語的騙子們的犧牲品，用簡單方法解決復雜問題”。（注：美國《2061計劃》。）（二）、世界各國科學方法教育的現(xiàn)狀綜觀世界各國的科學教育，不難發(fā)現(xiàn)，科學方法的教育明顯加強了，這表現(xiàn)在以下諸方面：1、在課程目標上很多國家和地區(qū)在考慮制定科學課程的目標時，都將科學方法列為目標之一。例如，日本近期公布的理科改善的基本方針之一為“通過有目的、有意識的觀察、實驗，培養(yǎng)科學的調(diào)查研究能力和態(tài)度，同時養(yǎng)成科學的見解和思考方法”。美國近期頒布的國家科學標準則將作為探索過程的科學列為科學教育的八大內(nèi)容之一，專門制定了作為探索過程的科學教育標準。該標準強調(diào)了要培養(yǎng)學生進行科學探索的能力和對科學探索的理解力。標準指出：“各個學科、所有年級的學生都應該有機會進行科學探索并且培養(yǎng)進行探索性思維和探索性活動的能力，包括提出問題、制定調(diào)查研究計劃并付諸實驗、利用有關工具和技術收集數(shù)據(jù)、對證據(jù)與解釋之間的關系進行批判性的邏輯思考、構(gòu)造和分析其他解釋方法以及科學論點的交流等?！保ㄗⅲ骸睹绹鴩铱茖W教育標準》。）為了將培養(yǎng)學生的科學方法意識和運用科學方法的能力落到實處，很多國家還針對不同年段的學生提出不同的要求。如英國國家科學課程標準，從設計實驗程序、獲得證據(jù)、分析證據(jù)并得出結(jié)論、評價證據(jù)等4個方面規(guī)定了每一年級的學生應當學習的層次?？茖W方法目標的具體化、層次化為科學課程的實施提供了便利，它使科學方法的教育不再停留在口號上。課程目標上的這些變化和半個世紀前的科學教育課程目標相比，的確有了很大變化。2、在教材的編寫上科學方法以各種形式嵌入在教科書中：（1）.在不改變以科學知識為教材邏輯主線的情況下，插入有關科學方法知識的內(nèi)容。例如，俄羅斯教學論專家列爾涅爾主張，在闡述牛頓第一定理時，可以插入如下一些內(nèi)容：“慣性定理實質(zhì)上是由伽利略概述出來的。牛頓定理的基礎是腦子里的試想。腦子里的試想被用于科學中，通常呈現(xiàn)為兩種形式：原則上不能完成的和實踐中不能完成的。試想——這是一種可近不可及的試想，可以接近它們，但不管如何近，仍不能完成它們，因為它們采用的是理念性的客體。借助腦內(nèi)實驗曾得出了古典物理學的一些基本定理和原理……”（注：（俄）沃·維·克拉耶夫斯基：《教學過程的理論基礎》，江西教育出版社1996年版，第128頁。）列爾涅爾認為插入科學方法的重要性在于，學生是不知道科學上總結(jié)的本質(zhì)的，也不懂得從事實向假設的創(chuàng)造性過渡，而假定中體現(xiàn)著學者對經(jīng)驗資料的看法，所以應該給學生提供某一理論研究方法的觀念，以及該方法對科學的意義和知識。他還認為，學生所掌握的那些方法論性質(zhì)的認識結(jié)構(gòu)，擁有廣泛遷移作用的趨向，是現(xiàn)代思維的成分之一。（2）.把一門學科的發(fā)展歷史（即學科的問題史）與解決這些問題的種種嘗試結(jié)合起來。美國物理科學研究委員會(PSSC)編制的物理學課程是這種模式的一個典型。美國PSSC物理教材較早進入光學領域，這樣做的理由是光模型的建立是包括物理在內(nèi)的所有自然科學研究的一個典型方法：先建立光的粒子模型，用它來解釋光的行為，一些行為被合理地解釋，而另一些卻遇到了困難，甚至矛盾。因此，物理學家面臨著兩種選擇：其一是推翻舊模型，建立新模型；其二是修改舊模型，使它更完善。物理學家作了后一種選擇，引入波現(xiàn)象，形成波理論，觀察一系列光行為，用波理論解釋它們，由此建立光的波模型。據(jù)稱，盡早地讓學生了解物理史上的光模型建立，有助于他們樹立科學探索的方法論思想。步驟，根本無需暗暗回憶各種題型再思量其意義。即使學生在進行創(chuàng)造性活動時，也能憑科學方法而非經(jīng)驗去探索正確的解決途徑。因此，物理教學效果的好壞，在很大程度上取決于是否使學生學到了物理學的思想和方法。按照現(xiàn)代教育觀，作為人類認識結(jié)果的知識固然重要，但探求結(jié)果的科學方法更加重要。因此，現(xiàn)代教育更關心怎樣使傳授知識的過程成為掌握科學方法、開發(fā)學生智慧的過程。如果學生學習了一門學科，但沒有掌握科學方法，那么，充其量只能說他們學過了這門學科，而不是掌握了這門學科。但是，我國高初中物理課程標準及其解讀詳細地給出了知識點，而并未明確給出科學方法的教育目標及內(nèi)容。這很可能會使科學方法教育虛化、弱化。（五）、我省高中課改面對的新情況四川省2010年秋季將進入新課程改革，全省高中物理教師對新課程改革的理念還有一個吸收、內(nèi)化的教程，同時對教育科學出版社出版的新教材《高中物理》也不熟悉。教材中隱含了哪些科學方法？科學方法教育的目標是什么？如何有效地結(jié)合課堂教學落實這些目標？科學方法教育目標可以分為哪些階段目標？等等問題都急需研究。二、理論依據(jù)與課題解讀（一）理論依據(jù)1、馬克思主義哲學的方法論與認識論馬克思主認哲學是科學的世界觀和方法論。它為社會科學、自然科學及思維科學的研究提供科學的觀點和一般方法，是人們開展科學實驗、生產(chǎn)活動必須遵循的基本法則和普遍規(guī)律。唯物辯證法認為：物質(zhì)是第一性的，意識是第二性的，物質(zhì)決定意識。事物的發(fā)生、發(fā)展總是有規(guī)律可循的，規(guī)律是客觀是，人們必須按規(guī)律辦事。其基本觀點有：發(fā)展變化的觀點，普遍聯(lián)系的觀點，矛盾的觀點。基本原理有對立統(tǒng)一規(guī)律，質(zhì)量與量變規(guī)律，否定之否定規(guī)律。馬克思主義認識論認為：實踐是檢驗真理的唯一標準，真理是絕對的也是相對的。認識可以分為感性認識與理性認識兩個階段，從感性認識上升到理性認識是認識過程的第一次飛躍，從理性認識回到感性認識是認識過程的第二次飛躍。理論來源于實踐，反過來正確的理論對實踐有指導作用。當然本課題要自覺地馬克思主義哲學的基本觀點、原理為指導，本課題的研究必須在正確的理論下開展，才能走上科學的軌道，才能取得預期的效果。2、終身學習的理論終身學習理論指出：當今時代人類面臨著諸多問題——人口的急劇增加、自然資源的迅速減少、全球氣候變化、知識的爆炸性增長，要適應這些挑戰(zhàn)必須要終身學習。不僅要增強學習者的主體性，更要增強學習者的學習能力。國際21世紀教育委員會在《學習——內(nèi)在的財富》一書中指出：學會求知，學會做事，學會共處，學會做人。阿爾文?托夫勒指出：未來的文盲不再是不識字的人，而是那些沒有學會怎樣學習的人。隨著科學技術的進步，科學技術對國民經(jīng)濟的貢獻越來越大，科學技術已經(jīng)成為世界各國的核心競爭力。掌握大量科學技術知識的創(chuàng)新性人才成為戰(zhàn)略性資源。科學技術的知識更新速度越來越快，一個人不可能在學校學完他一生工作所需要的知識，但是在學校教育中他可以盡可能地了解科學研究的方法，學會應用這些方法去解決實際問題。3、智力形成理論現(xiàn)代智力形成理論認為：知識是智力形成的基礎，但知識不會自動地轉(zhuǎn)化成能力。知識要轉(zhuǎn)化成能力，在生產(chǎn)生活中順利地解決各種問題，必須應用正確的方法。方法是知識轉(zhuǎn)化成能力的橋梁。一個人知識豐富，掌握了大量的科學方法并且能夠靈活地應用到各種情景中，那么他的能力就很強。物理學形成的過程中，物理概念、規(guī)律是物理學大廈的基石。與此同時，物理學家們還創(chuàng)造了很多科學思想與方法，如對稱的思想，等效的思想，守恒的思想，整體法與隔離法，分析與綜合法，歸納法與演繹法，等等。這些科學思想與科學方法是物理學發(fā)展過程中形成的寶貴的資源，也是人類今后進一步探索大自然奧秘的認知武器。（二）課題解讀科學是指人類在歷史上不斷積累起來的關于自然界的相互聯(lián)系著的技術、經(jīng)驗與理論知識?？茖W方法論是關于方法的理論。它是哲學的一個分支?？茖W方法含有某一科學研究或應用的方法和某一方法的科學性或哲理性兩方面的意義?？茖W離不開方法，方法植根于科學，但方法一旦形成又具有遠遠超過某種科學范疇的普遍意義，成為理智可以廣泛應用的重要工具?！氨绕鹑魏翁厥獾膶W科理論來，對人類的價值觀影響更大的還是科學的方法論?！笨茖W方法的特點是：首先它依靠理性的論證而不訴諸于個人情感，它提出的不同觀點中進行抉擇時必須尊重理性和經(jīng)驗的證明。另外它還總要導致新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，新理論的建立，從而不斷地放大人類的知識體系?？茖W總是革命的，非正統(tǒng)的，科學方法總是指導人們向前看去獲取更加接近真理的認識?？茖W方法教育是指在教育教學過程中，人們有意識地、有目的、人計劃地對學生進行科學方法的教育。通過科學方法的教育，讓學生了解科學研究的一般方法，幫助學生運用這些方法去解決實際問題，形成解決問題的能力與探索未知世界的能力，幫助學生形成正確的世界觀和方法論。三、研究的目的、對象與方法（一）研究目的通過本課題的研究，達到以下目的。1、尋找教育科學出版社出版的高中物理教材中體現(xiàn)的科學方法。由于四川選用了《教科版》高中物理教材，教師對教材不熟悉，對教材中包含的科學方法更不熟悉。因此我們擬通過全面研讀教材，逐個分析知識點中隱含的科學方法，讓這些科學方法顯性化，至少教師要明確這些方法。2、探索科學方法教育的實施途徑。找出高中物理教材中的科學方法之后，如何針對不同學生有效地實施？通過哪些途徑來讓學生認識、感悟、體驗這些方法。通過本研究進行探索總結(jié)與提煉。3、制定科學方法教育的階段性目標整個高中階段科學方法教育應該達到什么目標，各階段的具體目標是什么？如何檢測學生是否掌握這些方法。4、分析近年來高考對科學方法考查的趨勢隨著課改的深入推進，先行課改的地區(qū)高考試題中對科學方法已有所考查，這些試題的特點是什么？我省高中教師如何借鑒都值得研究。（二）研究對象研究人員所教的學生作為研究對象，研究人員所在學校同年級其它學生作為比較對象。（三）研究方法行動研究法，研究人員分工合作，在教學實踐中研究，研究教學實踐中如何落實。文獻研究法，在研究的過程中，研究人員要注意大量查閱國內(nèi)關于科學方法教育已有的成果，學習借鑒他人的經(jīng)驗。四、研究內(nèi)容與措施（一）研究內(nèi)容1、高中物理教材中體現(xiàn)了哪些科學方法？2、科學方法教育有哪些實施途徑？3、科學方法教育的階段性目標和總體目標是什么？如何檢測？4、近年來高考對科學方法考查的趨勢是什么？（二）研究措施1、成立課題研究小組，精選課題成員，確保課題順利進行。2、廣泛開展學習，購買相關資料，深入地學習相關理論。3、課題組成員定期集會，就課題開展情況進行研究，總結(jié)經(jīng)驗，分析問題，布置任務，嚴格按照計劃實施。4、聘請專家指導，本課題申請成功后擬聘請科學方法教育方面、教育科學研究方面的專家作指導，確保專家引領落到實處。5、參加全國性學術會議，