物理科學方法教育的啟蒙價值＊

申 潔

（蘇州市振華中學 江蘇 蘇州 215006）

1 啟蒙的含義與物理教育的啟蒙意義

《辭?！方缍?，“啟蒙，開發蒙昧.使初學者得到基本的、入門的知識.亦指通過宣傳教育，使后進者接受新思想、新事物.”［1］英文中“啟蒙”（Enlightment）的含義是闡明、澄清、照亮，給人啟發和啟示.美國心理學家卡倫·荷妮指出：“你無需——事實上也不能教會一粒橡籽長成橡樹，但是如果給橡籽一個機會，它內在的潛能就會長成一棵橡樹.同樣，只要給予人類個體一個機會，他就能發揮出特殊的人類潛能來.”［2］啟蒙的意義在于開啟智慧，運用理性，其實質不是為了給予知識和傳授真理，而是啟發人們思考，交流思考的方法或心得，在交流中提高人們的自由思辨能力，以獲得思維的創新和思想的升華.

處于生理及心理成長期的中學生，普遍對外界新事物敏感、好奇心強，但尚未形成自己的思維定勢，可塑性強.在接觸物理學之前，他們已經在日常生活中日積月累形成了一些關于客觀物質世界的各種認識.這些認識，有些是對教學中所要建立的知識體系有幫助并能納入其原有知識體系的，有些則是對教學起到阻礙作用，對物理科學還缺乏本質理解的片面認識.中學生的這些認知特點影響著其今后的學習及人生的發展，由此，如何引導學生形成科學思維就具有重要的意義.如果說中學物理教育的整個階段是中學生形式邏輯思維演變的過程期，是從具體到抽象的思維完善過渡期，也是從經驗向理論提升的發展期，那么，就初中物理教育而言，這階段的學習既是以后物理科學知識學習的基礎階段，也是形成科學思維的萌芽階段，更是對其終身世界觀和價值觀產生影響的啟蒙階段.

因此，中學物理教育的意義在于啟蒙，它包含了物理學知識的啟蒙，物理學方法的啟蒙，物理學思想的啟蒙［3］.其中，物理學方法的啟蒙尤為重要，其意義重在啟迪學生的理性思維，使其具有自覺運用理性的意識和勇氣，能夠進行獨立性思考，批判性評價，能夠創新思維，解決各種挑戰性問題.

2 物理科學方法教育的價值

2.1 科學方法是最有價值的知識

法國哲學家笛卡兒認為，“最有價值的知識，是關于方法的知識.”科學發展史告訴我們，建立新概念，提出新定律，發現新事物必然存在方法.1930年，波特和貝克發現從鈹中發射出一種穿透力很強的中性射線，他們以為是γ射線，未加理會.約里奧·居里夫婦于1931年用這種射線轟擊石臘，發現能打出強質子束，但他們徘徊在“鈹射線”的邊緣，失去了發現中子的機會.查德威克察覺到這種射線很可能是由中性粒子組成的，經過反復實驗及粒子質量的估算，終于發現了中子.查德威克的成功在于他運用了比較的方法，抓住了新射線與γ射線及“鈹射線”的本質區別，所以有了新發現［4］.

古人云：“授之以魚，更授之以漁.”后人經常引申為教人知識，不如教人學會得到知識的方法.教育自身的局限決定了學生在學校所能學到的知識是有限的，而明白新知識，掌握新技術，沒有科學方法的靈活運用是難以實現的.沒有科學方法，不僅知識難以構建，技能也難以提高.沒有科學思想方法作為統領，知識可能是一盤散沙，能力形成也可能是一句空話.可以說，科學方法是聯系知識和能力的橋梁，是能力形成的核心，是收獲智慧的有效途徑.

2.2 物理科學方法教育的價值

物理科學方法的廣義理解極其豐富，而狹義的物理科學方法主要指研究物理學的基本方法.物理科學方法不僅適用于自然科學研究，也適用于其他科學技術領域，并且包括生活領域和工作領域，普遍存在于人的各種思維活動中，是人們生存不可缺少的基本科學素養.

在眾多的科學方法中，物理科學方法具有基本的意義.巴甫洛夫認為，“搞科學研究時的頭等重要任務乃是制定研究方法.”從這個意義上說，通過物理教學活動實施科學方法教育，啟迪學生的理性思維，教給學生發現問題、分析問題和解決問題的科學方法，是學校教育給予學生的最有價值的知識，最具生命活力的教育成果，也是學生離開學校后學習、生活和工作的有力工具，學生在物理教學過程中受到的科學方法教育將使其終身受益［5］.

《物理課程標準》明確指出：“物理課程應改變過分強調知識傳承的傾向，讓學生經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的探索精神、實踐能力以及創新意識.”由此可見，物理教學不僅要教給學生基本的科學知識，更重要的是要教給學生具有普遍應用價值的科學方法.科學方法教育對于培養學生的科學品質，培養學生的創造性思維和探索能力是其他方面的教育所不可替代的［6］.

3 物理科學方法教育的啟蒙價值

3.1 探究興趣的激發

法國著名啟蒙思想家、教育家盧梭說過，“問題不在于教他各種學問，而在于培養他有愛好學問的興趣，而且在這種興趣充分增長起來的時候，教他以研究學問的方法.毫無疑問，這是所有一切良好教育的一個基本原則.”［7］從心理學角度看，當人們對某件事物產生濃厚興趣時，會主動去求知、探索和實踐，在求知與探索的過程中產生愉快情緒和體驗，這種體驗越豐富，興趣會越濃厚，求知與探索的自覺性與自主性就越強.學生如果掌握了科學方法，就能快捷有效地獲取物理知識，得到科學探究興趣的滿足，而激發探究興趣就是對學生“接受新事物、新思想”的早期啟蒙.

以“轉換法”的應用為例，“轉換”是為了讓物理實驗效果顯性而直觀，有利于學生觀察物理現象，感悟物理原理，激發深層次的物理學習興趣.在進行“聲音的響度”教學時，教師先直接用鼓棒敲擊鼓面發聲，再用不同大小的力敲擊鼓面，學生聽到了不同響度的鼓聲，但不能看出鼓面的振動情況，這時教師在鼓面上放一些彩色的紙屑，用大小不同的力再次敲擊鼓面發聲，彩色紙屑在鼓面上跳動的情景吸引了學生的眼球，激發了他們的興趣.通過觀察紙屑跳動的現象，學生不僅知道了發聲體發聲時振幅大小對于響度的影響，也明白了“轉換法”的意義.

以此為切入口，可繼續設置問題情境激發學生探究“音調與頻率關系”的興趣.教師設問：“音叉發聲的音調可能與音叉振動快慢——頻率有關，但音叉發聲時的振動快慢情況并不能直觀看出，怎樣顯示呢？”因為知道了“轉換法”，有學生就說，“可用乒乓球靠近發出不同音調的音叉，看乒乓球‘被振動’后振動的快慢情況……”教師當場用乒乓球做了實驗，學生看到乒乓球“被振動”的現象與他們設計的方法相符合時，非常高興.又有學生提出用氣球替代乒乓球，還有學生說用泡沫小球也行……在學生體會方法應用和感受教師給予方法引導的激勵氛圍中，學生對問題探究的興趣增強了.

在后續的學習過程中，學生會自覺運用“轉換法”去研究相關物理問題.比如，研究“分子在做永不停息的無規則運動”時，由于分子不能用肉眼直接看見，學生想到可以通過觀察或感覺擴散現象認識和理解它；電流看不見、摸不著，可以通過電流的各種效應判斷它的存在；磁場看不見、摸不著，可以通過小磁針指向或偏轉以及與其他磁場的效應判斷它的存在，等等.

實際上，通過科學方法教育，可以形成一種借助于方法獲取知識的心理能量，使學生容易領會知識和掌握規律，及時產生問題敏感性，找到解決問題的有效途徑，在解決問題的過程中得到心理滿足和科學探究興趣的進一步激發，由此獲得認識和接受新事物的內在動力.

3.2 理性思維的培養

理性思維是建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式，是一種有明確思維方向和充分思維依據，能對事物或問題進行觀察比較，分析綜合，抽象與概括的一種思維活動.當年多數物理學家認為應對麥克斯韋理論按牛頓力學原理進行修改.愛因斯坦卻以自己的理性直覺認為，為保持物理學定律在邏輯上的一致性和麥克斯韋電磁理論的有效性，必須對以牛頓力學為基礎的相對性原理做出修改；經過10年努力，狹義相對論誕生了［8］.

傳統的物理教學非常注重知識積累與遷移以及再現，評價標準也相應地體現這種特征，這無形中忽略了學生的主體精神，久而久之導致學生理性思維的缺失.然而，現代社會界定的一個真正受過教育的人，應該是一個富有理性并能進行理性思維的人，不經訓練無以產生理性思維.對學生進行物理科學方法教育，培養其理性思維是物理教學的必然選擇.

基于物理實驗現象的觀察、數據的分析、概念的抽象與概括、規律的總結與應用，物理實驗活動過程蘊涵有豐富的科學理性思維內容，非常有利于學生理性思維的培養.如“控制變量法”是中學物理實驗常用的科學方法.教師在教學過程中針對性地讓學生思考“為什么要控制變量，如何確定變量，如何控制變量”就是理性思維的啟蒙.又如，對于實驗數據的收集與處理，教師可以設問：“為什么要多測幾次實驗數據？多測幾次實驗數據對于不同的實驗，實驗意義一樣嗎？”這樣的問題看上去簡單，其實對于啟發學生的理性思維是有益的.如果學生對看似簡單的“為什么”缺乏思考，而教師又疏于引導，天長日久，理性思維是不可能形成的.

康德在《什么是啟蒙運動》中指出，“任何一個個人要從幾乎已經成為自己天性的那種不成熟狀態之中奮斗出來，都是很艱難的……，就只有很少數的人才能通過自己精神的奮斗而擺脫不成熟的狀態，并且從而邁出切實的步伐來.”［9］借用此番闡述，不難理解物理科學方法教育對于學生科學理性的啟蒙何其重要.

3.3 批判精神的倡導

批判精神是指善于獨立思考，不受暗示干擾，善于發現問題，提出質疑，善于客觀地考慮正、反兩方面的論據，提出和檢查各種假設、計劃或方案的系列思維活動及意識.法國后現代主義哲學家福柯在“何為啟蒙”一文中指出，啟蒙“應被看作是態度、‘氣質’、哲學生活”.這種哲學氣質在于，“對我們之所說、所思進行批判.”［10］物理學幾乎每一個重大發現都表明，批判和質疑精神是打開未知科學大門的鑰匙.伽利略研究落體運動的科學思想和方法就是在繼承和批判前人，特別是繼承和批判亞里士多德關于落體運動理論的基礎上發展起來的.

當下物理教學普遍存在的現狀是，多數學生傾向于接受已有的結論，較少去追究知識的來源和對課本或權威提出質疑.這種被動的思維習慣限制了學生主動學習意識的形成，造成了深入學習動力的缺乏.教學實踐中也發現，一些學習成績優秀的學生具備較強的批判性意識及獨立思維能力，正是這種自身具有的批判精神造就了他們思維的獨立性，賦于他們學習的自信與主見，形成了學習的耐力與內需動力.因此，有必要在物理教學過程中培養學生的質疑性思維，倡導無畏的批判精神，讓學生在對待任何事情和問題上都保持思維的靈動，使他們真正獲得科學精神的啟發.

物理教學過程中滲透物理科學方法教育，倡導批判與質疑精神是一個教與學相輔相成，由感性到理性的逐漸變化過程.除了要求學生學會運用分析、歸納、演繹、比較、假設、反證等一般的解答問題的方法外，通過教學活動強化一些特殊的科學思維方法，如模型法、類比法、等效法、守恒法、轉換法等，更有利于學生獲得思維的頓悟與突破，形成質疑與批判的精神品質.例如，“研究串聯電阻特點”的教學過程中，教師以“兩個電阻串聯”為研究對象，啟發學生思考等效的意義，當學生意識到運用一個電阻可以替代兩個電阻串聯的效果時，“等效”就不難理解了.當教師提出能否用一個“電阻箱”替代某一個電阻時，有學生指出“電阻箱”就是若干電阻串聯的等效電阻，而不是一個獨立的電阻.學生這樣思考的過程呈現出的就是批判性思維的雛形.

筆者在美國波特蘭杰克森中學考察時，關注了該校8年級學生學習“機械能轉化與守恒”內容所完成的相關作業，確切地說是學生的“創意作品”，學生將“能量轉化與守恒”的思想及方法落實在他的“過山車”作品的制作上.每一件作品都有相對應的說明書，對所用材料特點及使用模型的步驟有具體交代；尤其對于所用材料，特別強調了環保性.這顯示了學生對模型法、守恒法、轉換法、比較法等物理科學方法的一種實踐層面的批判性解讀，某種程度上也反映了美國學校教育滲透物理科學方法教育的啟蒙意義所在.

3.4 獨立思想的形成

獨立思想意味著個人思維體系的成熟與完善，外界的變化不易影響和控制個體進行獨立的思維.愛因斯坦認為，“發展獨立思考和獨立判斷的一般能力，應當始終放在首位.如果一個人掌握了他的學科的基礎理論，并且學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節知識為其培訓內容的人來，他一定會更好地適應進步和變化.”［11］這一方面說明了知識與能力的密切關系，另一方面特別強調了獨立思想的重要.

如果一個學生思想是獨立的，他就不會單純死記硬背書本內容，不會人云亦云，也不會因為應試的一點成績而沾沾自喜.因為具有了獨立思想，他懂得運用科學方法去分析問題的多方面因素、多角度背景及深層次原因，能夠理性地理解各種價值及自我定位，直接說，就是能明辨是非對錯，明白自己的目標與作為.對于中學生，思想獨立是值得倡導和需要進行培養的，這是影響其發展的重要精神素質，任何時代和社會都希望有更多的思想獨立者去推動人類文明的進程.

物理科學方法教育是提高學生科學素質，培養創新意識和創新人才的基礎.學生在接受科學方法教育的過程中，作為獨立的個體能夠形成自己解決問題的科學方法體系，并能伴隨知識的積累和發展相應地調整方法體系，這無疑就是創新，也是獨立思想形成的體現.如有些學生在理解“建?！蔽锢硭枷敕椒ǖ幕A上，能夠設計和構建自己領悟的“電路”模型，用自己的方法掌握電路連接的基本方式，而不是完全按照書本和教師所教授的方法理解和設計電路；又如，學生在“制作測力計”的活動中，不同學生構建的測力計模型不一樣，值得教師欣喜的是，學生制作的測力計并不是實驗室用測力計造型的簡單模仿，而是每個學生獨立的“模型”和“轉換”思想的體現，“模型”的與眾不同就是“創新”.我們不妨認為，學生這種獨立思想的形成與科學方法教育的滲透和影響是密切相關的.

由此可見，關注物理科學方法教育與學生獨立思考能力的培養，關心學生獨立思想的形成應成為物理教育的信念基礎.

4 結語

作為科學方法教育的啟蒙，其功效是雙向的，不僅是被啟蒙者——學生能受益，啟蒙者——教師也能有所獲，這兩者地位是對等的.物理科學方法教育是一個值得探索的永恒課題，只要物理教育存在，物理科學方法教育的啟蒙價值也就值得思考.

1 夏征農，陳至立.辭海（第六版）.上海：上海辭書出版社，2009

2 （美）卡倫·荷妮著.陳收，等譯.神經癥與人的成長.北京：國際文化出版社，2001

3 許耀剛.物理啟蒙教育的一部好教材.課程·教材·教法 ，1995（7）

4 張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學方法論.杭州：浙江教育出版社，2007

5 徐志長.高中物理科學方法教育的研究.課程·教材·教法 ，2002（6）

6 廖伯琴，張大昌.物理課程標準（實驗稿）解讀.武漢：湖北教育出版社，2002

7 （法）盧梭著.李平漚譯.愛彌兒 論教育.北京：商務印書館，1978

8 邢紅軍.論物理教育中的直覺思維及其對教學的啟示.課程·教材·教法，2004（4）

9 （德）康德著.何兆武譯.歷史理性批判文集.北京：商務印書館，1990

10 杜小真編.福柯集.上海：上海遠東出版社，2003

11 許良英，趙中立，張宣三編譯.愛因斯坦文集（第三卷）.北京：商務印書館，2009