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1、第 30 卷第 7 期2001 年 7 月中学物理教学参考Physics Teaching in Middle School Vol.30No.7Jul.2001教育研究专论物理学科创新能力结构分析靳建设(甘肃省兰州市第一中学730030)中学创新教育目标的核心是发展学生的学科创新能力.中学学科创新能力是学科特殊能力和创造性思维品质的整合.那么,中学物理学科创新能力就是由理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力和实验能力,这五种能力与五种创新思维品质(即思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性)的整合.中学物理教学中全面提高学生物理学科创新能力的关键,在于突出物理思维品
2、质的培养.一、对物理学科创新能力的认识能力,就是人顺利完成某种任务的一种稳定的个性心理特征.物理学科创新能力是学生在物理课学习中必然发展的、顺利完成物理学习任务的个性心理特征,是学生接受知识、掌握知识、应用知识和创新知识的本领,它具有创新性、整体性、层次性和发展性等特点.随着教育改革与研究的不断深入,近年来我国(1991 年以后的高考物理科 考试说明 中规定)对中学物理学科的能力进行了更具体、更详细、易操作性的研究分类,而且已经形成共识,提出了目前我国高中学生应具备的物理能力由理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力和实验能力五种构成.物理能力以思维品质为核心,物理思维是人
3、脑对客观物理事物(包括物理对象、物理现象、物理过程、物理情景、物理事实等)的本质属性、内在规律性及物理事物间的相互联系和相互关系的间接、概括、能动的反映.理解是物理思维的基础,概括是物理思维最基本的特征.现代提法的五种物理能力与创造性思维品质相互联系,相互渗透,构成物理学科创新能力的开放式动态立体结构.二、创新思维品质思维能力是智力的核心,思维品质是思维能力强弱的反映,是个体思维活动中智力特征的表现,是判断一个人智力和能力高低的主要指标.创新思维品质就是学生在学习过程中逐步形成和发展的、并在此过程中表现出的、直接影响学习效率的个体智力特征和创新个性特征.学生物理能力的差异正是通过其创新思维品质
4、来体现的.所以,培养创新思维品质是发展智力和能力的突破口.创新思维品质主要包括思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性五个方面.1.思维的深刻性指反映思维的抽象程度和逻辑水平,集中体现出思维的概括特点,是思维活动的广度和深度.善于深入地以事物发展的逻辑进行清晰地思考问题;善于把握物理事物的本质和规律,不被表面现象所迷惑;善于进行系统、全面的物理思维活动;善于从整体上用联系的观点认识物理事物,掌握物理知识,严密地推理论证物理规律.2.思维的灵活性指思维活动的灵活程度,思维活动能够根据客观物理现象的具体变化而变化,从不同的角度、侧面、方向去思考问题;善于运用不同的知识和不同的方法正确地解决问题
5、;善于从部分和整体角度分析物理问题,有较大的伸缩性;思维的结果具有多样性、灵活性和合理性.3.思维的批判性指在物理思维的过程中能严格估计思维材料和检查过程,善于独立思考,不受暗示干扰;善于发现问题,提出质疑,进行争论,不断分析解决问题所依据的条件,反复检查已拟定的假设、计划和方案;善于客观地考虑正反两方面的论据;善于明辨是非曲直,敢于质疑问难.4.思维的独创性指思维的创造性,表现为善于独立思考,创造性地发现新问题和解决新问题.具有自己独特的思维方式,善于采用1新的思维方法进行思考;善于在广阔的领域内思考问题.5.思维的敏捷性指思维的速度和灵敏程度.在学习物理知识时,能快速准确地抓住所学内容,在
6、头脑中予以内化;在运用物理知识解决物理问题时,迅速准确地将物理信息输入大脑中,利用原有的认知结构,找出问题的关键所在,恰当地提取物理知识与方法,正确地解决问题.创新思维品质诸因素是相互联系、密不可分的.思维的深刻性是一切思维品质的基础,思维的灵活性和独创性具有相互交叉的关系,灵活性具有广度和顺应性;独创性则更具有深刻性和新颖性,从而获得创造力;思维的批判性则是在深刻性的基础上发展起来的,具有深刻、周密、全面、评判和调节的特点;思维的敏捷性则是以其它四个思维品质为前提,又是其它四个思维品质的表现.思维的这五种品质相互依赖构成一个统一的整体,即构筑了创新思维能力的骨架,成为建立学科创新能力结构的核
7、心要素.三、高中物理创新能力结构笔者认为,第一,中学生的物理学科创新能力结构是由现代提法的五种物理能力与五种创新思维品质共同构成的有机整体;第二,各种形式的思维能力提法总可以归因于五种能力或五种思维品质之中,有其相似或相近的一面;第三,五种能力与五种思维品质并不是简单的并排,而是相互依赖、相互交叉、相互制约的结构系统,在空间构成了二十五个立体交叉点.下表列出了高中学生物理学科创新能力的要素,从表中可以反映出中学生物理学科创新能力结构的内在关系.理解能力推理能力分析综合能力应用数学处理物理问题的能力实验能力思维的深刻性 1.理解概 念和规律的确切含义,理 解规律 的成立条件和适用范围.2.通过概
8、念的形成过程,发展抽象概括能力,重在理解其本质.3.善于概括各种问题的类型,并正 确地判 断各种类型.1.能根据已知的知识和所给物理事实、条件对物理问题进行逻辑推理与论证,得出正确的结论或作出正确的判断.2.创造条件,自己发现真理.弄清概念和规律的来龙去脉、条件结论的逻辑关系和相互联系,逐步把握知识的逻辑结构.3.善于将知识系统化、结构化,从不同的角度进行分析与组合,形成知识结构网络.1.独立地对具体问题进行具体分析,弄清所给问题中 的物理状态、过程与情景,找出其中的主要因素与相关条件.2.探索问题的多解,能从方法论角度进行概括,逐步领会常用的物理方法 与思想.3.利用较深层次、较综合的问题,
9、培养长期深入思考的 习惯.1.能根 据具 体 问 题 列出 物 理 量 之间的关系式,进 行 推 导 和求解,并根据结 果 得 出 物理结论.2.善于 运用 图 象 或 图形、过程示意图 提 取 有 用信 息 进 行 分析问题.1.能 独立完 成 规 定 的实验,明确实验目的,理解和 控 制 实 验条件.2.按 实验步 骤 完 成 实验操作 3.会 分析物 理 实 验 现象 和 实 验 数据.思维的灵活性1.能够清楚地认 识概念 和规律的各种表达方式,并 从不同 的侧面或 不同的 角度进行解释或说明.2.培养从正反两方 面思考 问题的可 逆思维 和全方位 观察思 考的习惯.3.善于将物理公式灵
10、活地变形,并弄清含义.1.根据已知的知识与所给物理事实,能够将物理问题进行的推理分析过程用不同的方式表达出来.2.善于强化物理语言,加强对同一物理事实或结果的生活语言、符号语言、图象 语言 的转 化训练.3.善于把分析与演绎、特殊与一般、具体与抽象的逻辑思维方法有机地联系起来.1.能将一个复杂问题分解为若干 个简单问题,并找出它们之间的联系,运用物理知识灵活解决.2.一题多解,一题多变,善于 联想,长于发散,培养灵活进退自如的思维习惯.3.善于用变化的、联系的、运动的观点分析问题.1.能对 物理 问 题 运 用公式、几何图形、函数图象等 方 法 进 行表达和分析,并 根 据 需 要进 行 灵
11、活 地转换.2.问题 求解 过 程 运 算简捷灵活.1.会 灵活运 用 学 过 的实 验 方 法 或用过的仪器.2.会 设计实 验 记 录 的表格.2思维的批判性1.能够鉴别概念 和规律 的各种说法,理解相关知识的联系与区别.2.弄清问题的条件和要求,自觉采 用合理 的方法解答.1.能够根据相关概念和规律从已知到未知进行合理的推理,排除错误的结论,提高辨别正误的能力.2.能够掌握问题的各种类型及结构特点.3.善于对问题的可能性进行正确合理的估计与推测.1.能够识别所给问题中的干扰因 素并予以排除.能够挖掘其隐含条件.2.善于用多种方法检查结果的正确性.3.注意物理语言的严密性和条件性,对物理语
12、言的细 微差别善于分析.1.容易 纠正 直 觉 或 具体 图 形 产 生的错误.2.善于 摆脱 对 物 理 公式 的 纯 数 学理解,弄清物理意义.1.会 观察分 析 实 验 现象,抓 住 关键.会识别并纠 正 实 验 中可 能 出 现 的错误.2.会 用误差理论分析物理实验结果.思维的独创性1.能够根据问题 充分激 发自己的 创造性 思维萌芽;能 够 大 胆 质疑,深 入思 考,提出自己的见解.2.能够建立相关概念之间的关系网.3.善于探索发现新的解题规律,提 出独特 新颖的解题方法.1.在物理问题由已知到未知的推理分析中,能找到符合实际的具有普遍性的推论或结论,用于灵活地处理相关问题.2.
13、通过对物理概念、规律的引申、特殊化、一般化分析引出新的结论.3.善于将各种公式、规律进行有机联系,并找出它们之间的逻辑关系.1.能对所给问题进行联想,从不同的侧面寻找多种解法,从而获得最简解法.2.能创造性地自编、自改物 理问题,并考察结论的变化.1.善于 从物理公式、图形、图象中发现新的结论,从 而 提 出 独特、新颖的方法分析问题.2.善于将多方面的数学知识作为工具解决疑难、综合问题.1.会 处理实验数据,从中 探 索 性 地发 掘 物 理 规律 或 得 出 正确的结论.2.完 成实验报告.3.会制作一些简单实验器材,会设计简单的实验.思维的敏捷性1.能将物理概念文字语言、符号语 言与图
14、象语言有机相互印证.2.能通过具体问 题概括 出一般解题方法、思路.3.善于抓住问题本质,迅速选择正确的解题方法.1.注意思维的合理性,避免走弯路.2.能自觉地运用概念和规律进行判断、分析与综合、对比与类比、归纳与演绎推理论证物理问题.1.能对问题中的物理状 态、过程、情景有深刻地理解,并迅速地建立物理 理想模型.2.注意思维块的积累并熟练地运用.3.正确地使用概念、规律进行综合问题的解答.能 迅 速 地综 合 运 用 数学 工 具 处 理物理问题.1.根 据需要 寻 找 实 验仪 器 的 代 用品.2.能 及时排 除 简 单 的实验故障.总之,中学生物理学科的创新能力是学科特殊能力与创造性思
15、维品质的整合,是一般与特殊创造力的集合.它是由若干能力变量构成的系统,是静态与动态结构的统一体.学科教学活动是学科创新能力结构形成的起点和动力,它以学科知识经验为中介,只有把学科创新能力培养建立在学科扎实知识基础上,才能使学生的创新精神和创新能力得到最大发展.世界四个最大科学难题一、人体基因结构人的基因存储在一个螺旋形的大分子中.现在科学家希望能准确地知道在哪一种基因中存储哪些信息,因为每种基因由约 3 万个信息构成,要一个一个地检查,现在才查明约 10 万种基因中的 100种.日前,科学家们已解出一个志愿者的全部基因密码,如能揭开全部基因的秘密,那么由于基因受损而引起的癌症、糖尿病以及其它迄
16、今已知的 4 000 多种遗传疾病都可以通过修复基因来根治.二、宇宙中的黑暗物质根据新的计算,宇宙间存在的物质比现在天文学家看见的要多九倍,宇宙爆炸论才能成立.然而这些物质在哪里,是什么成分,是否还能发现大量的黑暗物质,完全是个未知数.三、受控核聚变用 7 克氢核燃料能够产生 6 吨煤的能量,而且氢核燃料是从水中提取的,用之不尽,对人类和环境的危害也只是现在能源的 1%.现在理论问题虽然解决了,实际问题还没解决.氢核聚变的前提是 1 亿度高温,如何建造能承受如此高温的熔炉.四、生命起源美国科学家米勒仿造出 40 亿年前地球上的条件,结果在此条件下产生出氢基酸生命的组成部分.但是如何演变成生命仍然是个谜,现在计算机科学家编制出人工生物的程序,在计算机世界中观察“生命”起源的,他认认为,这是理解生命结构的第一步,未来的目标要模拟出生命的形.(本刊资料室供稿)3