工科物理教學論文

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摘要：通過對物理學知能結構的剖析,闡述了物理教學為適應時代的發展而需在知識的構建和能力的培養方面發揮更大的作用。

關鍵詞：知能結構；知能結構圖；物理教學

1知能結構概述

據美國教育家霍爾頓的理論，物理學的任一基本內容都可以分解為實驗事實、物理思想、數學表述三個層面或三個坐標，即物理學的學科結構中包含實驗基礎、邏輯體系、數學表述、思想方法、應用價值五種基本成分。物理學課程不僅僅要擔當傳授知識的責任，更要為能力培養和非智力因素的發展提供可能。傳統的理論知識結構圖已難以滿足教學和培養人才的需要，因此我們把物理學科結構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、能力的相互關系，這種結構圖可稱做知識-方法-能力結構圖，或簡稱知能結構圖。居于結構圖中心的核心理論在知識傳授和能力培養上起著載體和媒介的作用，核心理論附近上、下、左、右四個鄰區同時反映該學科知識所要求的能力結構，能力和方法的培養與知識傳授緊密聯系為一個有機整體，相輔相成、不可分割。

2物理知識結構

作為一個合理的、健全的物理知識結構體系，應該包括某一物理理論的過去、發展及前沿動態，故物理的合理知識結構應包含三個方面：物理學史知識、物理專業知識、動態前沿知識。在這三個方面應做到“又紅又?！?，在物理學史和動態前沿知識方面，應積極關注、不斷擴展視野，做到廣博；而在專業知識方面，應深入探求、孜孜不倦，做到精深。

2.1物理學史知識

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

2.2物理專業知識

物理專業知識包括物理概念、模型、定律、定理、理論及相互關系、邏輯推導等方面?！叭f丈高樓從地起”，沒有夯實物理的基礎理論，就談不上應用它去解決實際問題、去培養和提高學生的方法和能力了。因此，它是教師教學和學生學習的重點，但目前的教學現狀是“突出重點，不計其余”，這與時展對物理教學的要求不相符的。

2.3動態前沿知識

動態前沿知識即物理學科的新突破、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知識提供新鮮養分，促進物理知識結構的新陳代謝；另一方面可以激發學習興趣，甚至可以為學生今后的發展指明一條前進的方向。邁克爾遜否定“以太”、赫茲發現電磁波，就是非常典型的實例。

3物理能力結構

一個物理理論的發展和完善，通常包括以下五個階段（見圖2），因此物理理論的學習也需具備觀察分析、建立模型、數學描述和應用實踐等方面的能力。當然，這些能力是在系統的學習物理過程中逐步培養的，不同學科、不同專業的學生對各方面的要求也不一樣。物理教學應該以物理理論為主線，深入挖掘主線背后蘊涵的在培養學生方法和能力方面所蘊涵的價值，突出物理理論對學生方法論的形成和能力的培養。

3.1觀察分析、概括總結的能力

物理學理論來源于實踐，來源于對大量實驗現象的觀察分析，因此實驗事實對物理學理論有極為重要的意義。一個成功的物理理論，總是眾多的科學家經過無數次的觀察和分析之后，經過概括總結而上升為理論體系。因此在教學過程中，對經典物理實驗的回顧和剖析；或者呈現一個或多個同類現象，然后讓同學自己仔細觀察、分析，從而得出正確結論，是培養學生能力的一條重要途徑。3.2建立模型的能力

物理學研究現實世界的物質性質、運動規律及其相互作用，而現實和理論畢竟有差異。這就需要區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，從而從紛繁復雜的客觀世界中發現潛在的物理規律。

3.3數學表述及邏輯推理的能力

物理學科由定性的科學走向量化，成為一個嚴謹、完整、系統的科學，數學起到了極大的作用，同時它也推動了數學的發展。一個物理學理論，如果沒有嚴格的數學描述或證明，則它是不完美的、或說是不成功的。學習物理的過程，很大一部分在學習它的數學規則和邏輯推導，從而提高自己的數學描述能力和邏輯推理能力。

3.4理論應用于實際的能力

發展理論的目的在于改造世界、指導實踐。所以學習了物理理論，就需要用它解釋一些物理現象，解決一些實際問題。理論應用于實際，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知能結構的優化

掌握物理知識結構和能力結構的構成，將有助于我們在教學過程中有的放矢，使課堂教學不僅成為傳授知識的殿堂，而且成為培養能力和思維方式的重要途徑。為此在備課的環節和教學的環節，教師應該深刻分析每一章的知能結構圖，將章節的知識結構和能力結構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和人才培養服務。

下面我們以工科物理教學中的力學部分為例，來闡述一下知能結構圖在物理教學中的具體應用。

4.1知識結構要優化

物理學的研究對象非常廣泛,研究的內容也非常復雜。這就要求在教學過程中要注意總結、對比，理順各章節、各知識點間的關系。譬如力學中的平動、轉動，電磁學中的電學、磁學，甚至宏觀、微觀，都可以進行對比。物理教學應該讓學生建立系統的知識網絡，而不是零碎的知識片斷。

4.2能力結構要突出

（1）哲學思辯能力。

一部物理學史就是一部哲學史，在物理學中蘊涵了豐富的哲學思想：如從實驗事實總結歸納出客觀規律的歸納法、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。這些方法論是培養學生素養與能力的好素材。在物理教學中，不能僅僅圍繞著知識點轉圈子、應在教學中深入挖掘物理知識的美學意義、絕妙的物理思想和方法，既能使學生加深對物理規律的理解和掌握．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。這對于學生唯物主義世界觀的建立有重要的作用。

（2）數學運用能力。

物理學是一門定量的學科。物理學的魅力，在于用極其簡潔的數學公式描述了紛繁復雜的物質世界。牛頓運動定律、麥克斯韋方程組，這樣兩組簡練的方程，就概括了復雜的力學和電磁學規律，這是一種簡潔美。而物理學又是一們非常嚴謹的科學、有著非常鮮明的邏輯性，這和復雜的客觀世界相映成趣。

（3）觀察分析和建模能力。

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

在力學的發展中，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、馬德堡半球實驗、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。嚴謹的力學理論體系就是建筑在這樣一個個實驗的基礎上的，對這些經典實驗的回顧與反思，促使了學生對物理理論的掌握，也培養了學生學習的興趣、開闊了視野。（4）應用與延伸。

理論來自于實踐，而最終用于指導實踐。物理學的理論——歸根結底，是用來指導我們改造物質世界，改善我們的生產和生活。在物理理論教學中，一定要突出理論在實際生產和生活中的應用，培養學生理論應用于實踐的能力。

力學是古老的學科，與實際生活聯系非常緊密。工程技術中的機械設計制造、建筑工程設計等，都用到了大量的力學原理，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現、航空航天技術的發展的指導，都堪稱物理學應用的典范。

5知能結構要完善

社會的發展，時代的進步，對現代的人才知能結構提出了越來越高的要求。而物理學也從昔日一馬當先的領頭學科，轉向到逐步與其他學科交叉融合。為了適應時代的發展，與時俱進，昔日的物理教學也必然要做出更深層次的改革。一方面，可以通過更新教學內容、采用先進的教學方式；而更重要的，物理教學應該擔負起在培養學生素質和能力方面的更多責任。在幫助學生樹立正確的自然觀、科學觀和世界觀、掌握有效的思維方法和研究方法，改善和優化知識結構，培養創造性等方面物理學都應該發揮起重要作用。

物理學科知能結構的提出，也是為了適應新時代對人才的要求和物理教學本身的需要。通過知能結構圖，使得教師在備課和教學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涵，注重對學生科學知識、科學方法和科學能力的培養。

參考文獻

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[2]物理學上冊/東南大學等院校編;馬文蔚改編.北京:高等教育出版社,1999.

[3]王穎.試析名師走向成功的特質素養[J],當代教育科學,2007，（1）.