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美国物理学家安瑟尼·齐指出:物理中的定律划分为唯象学定律和基本定律两种。它们的关系很像法律学中的地方法规与宪法原则的关系,前者具有暂时性和局限性,后者具有长期性和基础性。所以当代基础物理学家正在朝着使定律尽可能少的方向努力。他们的雄心是用单个基本定律去取代大量的唯象学定律,以达到对自然的统一描述。随着对自然的探究,人们发现,对自然探究得越深,就越显得简单,越呈现出事物间的相似性。但与此相反,物理教材却日益庞杂,教材试图用尽可能多的唯象学定律,去解释物理世界中所观察到的每一现象,以至于学生所见到的只是与自然的内在要素没有多少关系的唯象学定律,使学生难以掌握。要克服现在教材繁杂的弊端,要教授学生那些具有基础性和长期性的基本定律,减轻学生负担,使学生认识事物的本质,这些观点与相似论的观点是相契合的,而且符合时代发展的要求。
一、相似论的内涵
相似论属于思维科学理论,是认识论和方法论。相似就是客观事物存在的同与变异的辩证统一。在客观事物发展过程中,始终存在着同和变异。只有同,才能有所继承;只有变异,事物才能往前发展。相似绝非等于相同。相似论的主要内容包括相似的三条规律:相似运动规律;相似联系律;相似创造律。从无生命系统到有生命系统,从人为系统到自然系统,无处没有相似。相似论就是通过自然界中普遍存在的相似现象,来探讨人类大脑思维是如何按照客观世界中的相似原理进行活动的,探讨自然、社会和思维领域广泛存在的相似运动、相似联系与相似创造的规律。因此可以说相似论是认识事物的一种科学途径,运用相似性思维,可以发现表面上互不相关的事物之间的内在联系,从而概括出事物的共同属性与本质,并且找出规律。
二、将相似论应用于物理教学中的原则
1.科学教育的原则。科学教育原则是指在物理教学中,教师以科学的态度向学生传授物理基础知识,通过科学的传授过程,引发学生对物理问题的探索能力,使学生学会用科学的方法解决问题,逐步掌握实验的操作规范,并且培养学生的爱国主义精神,有乐观积极的科学精神,使学生树立正确的世界观和人生观,具有实事求是、尊重事实、尊重科学、爱护公物、团结互助的高尚品德。相似论在物理教学中的应用,必须讲究科学性和教育性的统一,物理学是一门自然学科,在教学中应注重对相似物理现象、相似物理概念和相似物理规律正确无误的描述与表达,还有物理实验或习题的内容、数据等等都应做到准确无误;同时,教师应对物理教学有严谨治学的态度,树立爱岗敬业的精神,让学生在教师的相似人格感染下受到良好的教育。
2.激发兴趣的原则。兴趣是人对客观世界的选择性态度,具有明显的感情色彩,当人的选择持续倾向于特定的对象,表现为对某种活动或事物的关心和爱好,同时伴有一种积极的情绪,这是人们活动成功的保证。在进行物理教学时,我们应该运用学科本身的魅力去激发学生求知的兴趣和情感,在教师、教材和学生的心灵之间组成一种相似和谐的振动,使学生与所学知识产生共鸣;只有发现知识间的相似性,才能激发学生学习的兴趣。在用相似论激发学生兴趣时,对于相似内容的选择,教师要紧密联系所学的知识,要防止太偏、太难、太抽象,但可以比较新颖、接近学生实际,引导学生从感性兴趣向理性兴趣发展。
3.创设相似情境的原则。创设相似情境是指在教学中提供与学习内容相关、与现实生活相类似的或真实的情境,使学生自身能从相似情境中发现、探索并解决相关问题。这种情境教学不再是将结果或内容直接灌输给学生,而是强调通过教育过程的设计、组织、控制、引导使学生积极参与教学活动和实践探索,从中培养学生获取信息,处理信息,以及运用信息解决实际问题的能力。情境创设不仅要与相应的教学内容紧密相连,还应考虑学生的思维水平,使情境能真正适合学生的认知结构,即根据“最近发展区”理论创设的、富于思考性的情境。这种情境从学生现有认知水平出发,让学生感觉到与旧知识的联系,同时又是新奇的,具有一定的挑战性。这样一方面使学生有可能进行思考,另一方面又使其感觉到已有知识的局限性,从而引起强烈的求知欲望。形象是情境的主体,情境中的形象也应和学生的知识经验相一致。也就是为学生提供了更多的感知对象,使学生大脑中的相似块(知识单元)增加,有助于学生灵感的产生,培养了学生相似性思维的能力。在物理教学中,教师必须创造学习物理的相似情境,使客观事物、现象形象化,便于学生观察。学生也能通过观察、实验,对相似物理事实、物理现象和物理过程有了清晰而明确的印象,积累了大量的生动、具体的感性知识和数据,发掘出有待探索的问题,进一步思考问题,从而使学生能够更牢固地掌握要学习的知识。
4.启发思维的原则。启发首先在于启迪心智,启迪思维。理论研究表明,物理思维是具有意识的人脑对客观物理事物的本质属性、内在规律及事物间的相互联系和相互关系的间接的、概括的、能力的反映。物理思维除具有思维的一般特征外,它还具有抽象性和形象性,物理学中有许多思维方法都是抽象性和形象性的统一,如观察和实验、类比等。物理知识具有高度的概括性和抽象性,学生在学习过程中或多或少都存在着思维障碍。因此,在相似论应用物理教学中时,必须注重启发学生思维,自觉地运用物理相似思维来组织教学活动。使物理教学过程成为启发、引导学生运用物理学方法来提出问题、探索和研究问题的过程。这样既教知识、又教研究问题的方法的教学,会使学生既学到知识,有逐步找到学习物理的窍门,就会越学越爱学,越学越会学。
5.理论联系实际的原则。相似论认为理论与实际联系的中介就是事物间的相似性。所以,我们在教学中,一方面要善于运用概念、判断、推理等形式,培养学生系统的逻辑思维能力,使学生逐步学会用理论的形式把事物的发生、发展和消灭的有规律的过程概括地表现出来;另一方面,还要特别注意向学生充分揭示客观实际中普遍存在的相似性,充分认识理论是对客观实在的结构、相互联系和运动规律的相似性的概括和抽象,从而培养学生的相似性形象思维的能力,使他们能够更自觉更主动地去认识纷繁杂沓的客观世界。物理学是一门自然科学,因此,在物理教学中,要善于从观察自然现象和研究社会生活实际中引出相似物理问题,把物理教学与生活、间接经验与直接经验结合起来。通过教学,使学生体会到自然界和社会生活中处处有物理,认识科学、技术、社会之间的联系。学会了物理,还能够解释生活中的一些现象和解决生活中的一些实际问题。所以,在理论联系实际的教学原则中,我们要充分注意相似原理在理论与实际之间的作用。
6.适度结合的原则。在物理教学中渗透相似论,不是用相似论完全取代物理教学,并不是每一个物理概念、物理规律和物理实验都要用大量的相似理论去堆砌,物理教学是主体,相似论的渗透必须立足于教材,根据教材内容和教学目标的要求,选择好各章节教学内容的切入点,设计出教学合理、主次分明、既有层次性又有连贯性的教学过程,使相似论切实可行,避免随意性、盲目性,做到科学合理、有机结合。
三、相似教学法在物理教学中的运用
1.相似类比法。相似类比法是指根据两个(两类)对象在某些属性上相似而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种逻辑推理的形式。即在教师引导下,学生运用一定的相似元群进行相似注意、相似聚焦、相似提取、相似激活中比较找到的两个对象之间的相似性,把其中一个对象的有关属性推移到另一个对象中去。
2.计算机仿真法。计算机仿真法是指物理教学过程中基于计算机技术和传感器等输出输入技术,由计算机软件相似仿真客观物理现象,或用传感器探测数据经过计算机处理来反映客观物理现象,或通过虚拟现实技术来进行相似实践,促进学生相似元群的发展,引导学生通过仿真软件、传感器、虚拟现实技术分析和解决实际物理问题的教学方法。计算机仿真法教学,不仅可以通过软件仿真观察到无法实际观察的物理现象,同时还可以利用高性能计算机系统来相似仿真物理实验、物理过程,让学生能够在虚拟相似环境中进行身临其境地学习。它使许多无法形象生动展现给学生的物理过程、物理现象成为可能,也使无法进行的实验、操作成为可能。
3.相似比较法。相似比较法是指物理教学过程中基于物理知识的相似性,进行新旧物理知识的比较,找出研究对象之间的同一性和差异性,从而消除负迁移、巩固新知识,促进学生相似元群的发展的教学方法。相似比较法主要目的是消除负迁移。相似比较法与其他相似教学法在利用客观事物相似性上正好相反。其他相似教学法基本上是利用客观事物普遍相似性和相似联系律进行教学,产生和发展相似元群,培养相似性思维。而相似比较法重点是从客观事物众多相似属性中找出本质区别,从而区分不同的相似物理概念,澄清学生的一些模糊相似元群,改变错误的相似元群,它注重相似中的“异”。
参考文献
[1] 张光鉴.科学教育与相似论.南京:江苏科学技术出版社,2000.
[2] 张力冰.相似性在物理教学中的应用.物理教学研究,2006.
[3] 吴海华.相似性与物理相似教学法.教育科学,2005.
(责任编辑杨子)
一、相似论的内涵
相似论属于思维科学理论,是认识论和方法论。相似就是客观事物存在的同与变异的辩证统一。在客观事物发展过程中,始终存在着同和变异。只有同,才能有所继承;只有变异,事物才能往前发展。相似绝非等于相同。相似论的主要内容包括相似的三条规律:相似运动规律;相似联系律;相似创造律。从无生命系统到有生命系统,从人为系统到自然系统,无处没有相似。相似论就是通过自然界中普遍存在的相似现象,来探讨人类大脑思维是如何按照客观世界中的相似原理进行活动的,探讨自然、社会和思维领域广泛存在的相似运动、相似联系与相似创造的规律。因此可以说相似论是认识事物的一种科学途径,运用相似性思维,可以发现表面上互不相关的事物之间的内在联系,从而概括出事物的共同属性与本质,并且找出规律。
二、将相似论应用于物理教学中的原则
1.科学教育的原则。科学教育原则是指在物理教学中,教师以科学的态度向学生传授物理基础知识,通过科学的传授过程,引发学生对物理问题的探索能力,使学生学会用科学的方法解决问题,逐步掌握实验的操作规范,并且培养学生的爱国主义精神,有乐观积极的科学精神,使学生树立正确的世界观和人生观,具有实事求是、尊重事实、尊重科学、爱护公物、团结互助的高尚品德。相似论在物理教学中的应用,必须讲究科学性和教育性的统一,物理学是一门自然学科,在教学中应注重对相似物理现象、相似物理概念和相似物理规律正确无误的描述与表达,还有物理实验或习题的内容、数据等等都应做到准确无误;同时,教师应对物理教学有严谨治学的态度,树立爱岗敬业的精神,让学生在教师的相似人格感染下受到良好的教育。
2.激发兴趣的原则。兴趣是人对客观世界的选择性态度,具有明显的感情色彩,当人的选择持续倾向于特定的对象,表现为对某种活动或事物的关心和爱好,同时伴有一种积极的情绪,这是人们活动成功的保证。在进行物理教学时,我们应该运用学科本身的魅力去激发学生求知的兴趣和情感,在教师、教材和学生的心灵之间组成一种相似和谐的振动,使学生与所学知识产生共鸣;只有发现知识间的相似性,才能激发学生学习的兴趣。在用相似论激发学生兴趣时,对于相似内容的选择,教师要紧密联系所学的知识,要防止太偏、太难、太抽象,但可以比较新颖、接近学生实际,引导学生从感性兴趣向理性兴趣发展。
3.创设相似情境的原则。创设相似情境是指在教学中提供与学习内容相关、与现实生活相类似的或真实的情境,使学生自身能从相似情境中发现、探索并解决相关问题。这种情境教学不再是将结果或内容直接灌输给学生,而是强调通过教育过程的设计、组织、控制、引导使学生积极参与教学活动和实践探索,从中培养学生获取信息,处理信息,以及运用信息解决实际问题的能力。情境创设不仅要与相应的教学内容紧密相连,还应考虑学生的思维水平,使情境能真正适合学生的认知结构,即根据“最近发展区”理论创设的、富于思考性的情境。这种情境从学生现有认知水平出发,让学生感觉到与旧知识的联系,同时又是新奇的,具有一定的挑战性。这样一方面使学生有可能进行思考,另一方面又使其感觉到已有知识的局限性,从而引起强烈的求知欲望。形象是情境的主体,情境中的形象也应和学生的知识经验相一致。也就是为学生提供了更多的感知对象,使学生大脑中的相似块(知识单元)增加,有助于学生灵感的产生,培养了学生相似性思维的能力。在物理教学中,教师必须创造学习物理的相似情境,使客观事物、现象形象化,便于学生观察。学生也能通过观察、实验,对相似物理事实、物理现象和物理过程有了清晰而明确的印象,积累了大量的生动、具体的感性知识和数据,发掘出有待探索的问题,进一步思考问题,从而使学生能够更牢固地掌握要学习的知识。
4.启发思维的原则。启发首先在于启迪心智,启迪思维。理论研究表明,物理思维是具有意识的人脑对客观物理事物的本质属性、内在规律及事物间的相互联系和相互关系的间接的、概括的、能力的反映。物理思维除具有思维的一般特征外,它还具有抽象性和形象性,物理学中有许多思维方法都是抽象性和形象性的统一,如观察和实验、类比等。物理知识具有高度的概括性和抽象性,学生在学习过程中或多或少都存在着思维障碍。因此,在相似论应用物理教学中时,必须注重启发学生思维,自觉地运用物理相似思维来组织教学活动。使物理教学过程成为启发、引导学生运用物理学方法来提出问题、探索和研究问题的过程。这样既教知识、又教研究问题的方法的教学,会使学生既学到知识,有逐步找到学习物理的窍门,就会越学越爱学,越学越会学。
5.理论联系实际的原则。相似论认为理论与实际联系的中介就是事物间的相似性。所以,我们在教学中,一方面要善于运用概念、判断、推理等形式,培养学生系统的逻辑思维能力,使学生逐步学会用理论的形式把事物的发生、发展和消灭的有规律的过程概括地表现出来;另一方面,还要特别注意向学生充分揭示客观实际中普遍存在的相似性,充分认识理论是对客观实在的结构、相互联系和运动规律的相似性的概括和抽象,从而培养学生的相似性形象思维的能力,使他们能够更自觉更主动地去认识纷繁杂沓的客观世界。物理学是一门自然科学,因此,在物理教学中,要善于从观察自然现象和研究社会生活实际中引出相似物理问题,把物理教学与生活、间接经验与直接经验结合起来。通过教学,使学生体会到自然界和社会生活中处处有物理,认识科学、技术、社会之间的联系。学会了物理,还能够解释生活中的一些现象和解决生活中的一些实际问题。所以,在理论联系实际的教学原则中,我们要充分注意相似原理在理论与实际之间的作用。
6.适度结合的原则。在物理教学中渗透相似论,不是用相似论完全取代物理教学,并不是每一个物理概念、物理规律和物理实验都要用大量的相似理论去堆砌,物理教学是主体,相似论的渗透必须立足于教材,根据教材内容和教学目标的要求,选择好各章节教学内容的切入点,设计出教学合理、主次分明、既有层次性又有连贯性的教学过程,使相似论切实可行,避免随意性、盲目性,做到科学合理、有机结合。
三、相似教学法在物理教学中的运用
1.相似类比法。相似类比法是指根据两个(两类)对象在某些属性上相似而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种逻辑推理的形式。即在教师引导下,学生运用一定的相似元群进行相似注意、相似聚焦、相似提取、相似激活中比较找到的两个对象之间的相似性,把其中一个对象的有关属性推移到另一个对象中去。
2.计算机仿真法。计算机仿真法是指物理教学过程中基于计算机技术和传感器等输出输入技术,由计算机软件相似仿真客观物理现象,或用传感器探测数据经过计算机处理来反映客观物理现象,或通过虚拟现实技术来进行相似实践,促进学生相似元群的发展,引导学生通过仿真软件、传感器、虚拟现实技术分析和解决实际物理问题的教学方法。计算机仿真法教学,不仅可以通过软件仿真观察到无法实际观察的物理现象,同时还可以利用高性能计算机系统来相似仿真物理实验、物理过程,让学生能够在虚拟相似环境中进行身临其境地学习。它使许多无法形象生动展现给学生的物理过程、物理现象成为可能,也使无法进行的实验、操作成为可能。
3.相似比较法。相似比较法是指物理教学过程中基于物理知识的相似性,进行新旧物理知识的比较,找出研究对象之间的同一性和差异性,从而消除负迁移、巩固新知识,促进学生相似元群的发展的教学方法。相似比较法主要目的是消除负迁移。相似比较法与其他相似教学法在利用客观事物相似性上正好相反。其他相似教学法基本上是利用客观事物普遍相似性和相似联系律进行教学,产生和发展相似元群,培养相似性思维。而相似比较法重点是从客观事物众多相似属性中找出本质区别,从而区分不同的相似物理概念,澄清学生的一些模糊相似元群,改变错误的相似元群,它注重相似中的“异”。
参考文献
[1] 张光鉴.科学教育与相似论.南京:江苏科学技术出版社,2000.
[2] 张力冰.相似性在物理教学中的应用.物理教学研究,2006.
[3] 吴海华.相似性与物理相似教学法.教育科学,2005.
(责任编辑杨子)