基于科學素養提升的高中物理學習的“4W1H”法

楊世林

摘要：要實現科學技術的不斷進步，提升人的科學素養是關鍵和重中之重。提升高中生的科學素養，不但可以增強學生學習能力，推進其對知識體系的融會貫通，也可以培養高中生針對相關知識提出問題、分析問題的能力，建立相應的思維框架，為尋求解決問題的途徑與方案打開思路。采用“4W1H”模式，對高中物理中的物理現象及名詞進行學習與思考，不但可以使高中生有效掌握物理學的精髓，也為提升其科學素養提供一條有效途徑。

關鍵詞：“4W1H”法；物理；科學素養；高中生

中圖分類號：G632.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0214-02

眾所周知，當今世界，科學技術已經滲透到人類社會進步、國家發展以及經濟建設的方方面面，是生產力中最活躍的要素，因而科學技術被人們稱作第一生產力。縱觀科學技術發展，人們已經注意到，科學技術的每一次重大突破都誘發經濟的深刻變革和人類社會的巨大進步。自18世紀以來，人類經歷的三次工業技術革命，無一不是因科學技術的突破。以1765年蒸汽機的發明為代表的第一次工業革命，為船舶、火車等大型機械提供了推進動力；以1831年發電機的研制成功為代表的第二次工業革命，推進了電力在工業、生活中的廣泛應用；以1946年第一臺計算機的發明為代表的第三次工業革命，實現了信息化，拉近與世界的距離，推進人類社會快速、高效發展。

一、科學素養提升的意義

簡言之，科學素養總體上包括三個有機組成部分[1]：一為對科學知識所了解的程度；二為對科學研究的過程與方法所掌握的程度；三為對科學技術對社會和個人產生的影響所了解的程度。也就是說，在掌握知識的同時，初步建立科學思維的方法，思考所學知識的科學意義及應用價值。其中，初步建立科學思維的方法是關鍵，這是因為有效的科學思維能夠更為合理地掌握基礎知識，實現知識體系的融會貫通，提升學習能力。同時，這也有利于高中生對所學知識進行合理思辨，提升科學素養。由此看來，提升高中生的科學素養，具有以下方面的重要意義。

1.促進高中生對相關知識的有效學習，找到合理的學習方法，提升學習能力。

2.推進高中生對知識體系的融會貫通，達到扎實掌握知識的目的。

3.培養高中生針對相關知識提出問題的能力。

4.培養高中生一定的思辨能力，建立針對相關問題進行科學分析的思維框架。

5.初步培養高中生基于已有知識對相關問題尋求解決途徑與方案的思路和能力。

二、基于科學素養提升的高中物理學習的“4W1H”法

縱觀中學物理知識，具有自“客觀現象→提出假說→解釋現象→修正假說→解釋現象→建立物理模型→應用知識→預測現象”這一完整的知識體系。應該說，這種知識體系非常有利于高中生科學素養的培養。針對高中生物理學知識體系的特點，筆者以為，對于科學素養提升下的高中物理學習，可以簡化為“4W1H”模式（What，When，Where，Why，How）。其中，“What”指的是所學的知識到底是什么，即所學物理現象、名詞的概念、內涵、特點及歷史等；“When”指的是所學的知識在什么時候出現，即所學物理現象、名詞產生的時間；“Where”指的是所學知識在什么地方出現，即所學物理現象、名詞產生的地點；“Why”指的是所學知識為什么會發生，即所學物理現象、名詞產生的原因；“How”指的是所學知識是如何發生的，即所學物理現象、名詞產生的過程。

下面以高中物理知識中的“能量守恒定律”為例，說明采取“4W1H”模式進行學習的過程。

（一）What

能量守恒定律（即熱力學第一定律）指的是，一個封閉（或孤立）體系的總能量始終保持不變。可以進一步表述為：一個體系的總能量的改變，只能等于傳入或者傳出該體系的能量的多少。總能量是指，該體系的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。能量守恒定律的內涵涉及諸多內容。例如，物體的內能增加等于物體吸收的熱量和外力對物體所做的功的總和；系統在絕熱狀態時，功只取決于系統的初始狀態和結束狀態的能量，與過程無關；孤立系統的能量永遠是守恒的；系統經過絕熱循環，其所做的功為零，因此第一類永動機（即不消耗能量做功的機械）是不可能的；兩個系統相互作用時，功具有唯一的數值，可以為正、負或零；等等。就其發展歷史而言，能量守恒定律的思想最初是在1842年由德國物理學家邁爾基于實驗結果提出的。隨后，英國物理學家焦耳進行大量實驗，并用各種方法求得熱功當量，發現所得結果完全一致；1847年，德國科學家亥姆霍茲對熱力學第一定律進行嚴格的數學描述；1850年，能量守恒定律被科學界所公認。

（二）When

對于一個系統而言，只要外界的力沒有對該系統做功（或做功之和為零），且沒有其他能量傳入這個系統（即沒有熱量傳導），則該系統的總能量是守恒的。能量只會在系統內部的各個物體間發生轉移或以不同類型的能量進行轉變。也就是說，任何時候，系統本身的能量都是守恒的。

（三）Where

能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。從大到宇宙天體，小到原子核內部，只要存在能量的轉化與（或）轉移，就一定服從能量守恒定律。究其原因，這是因為能量的轉化形式是多種多樣的，它可以在內能、機械能、電能、化學能、光能以及原子能等之間發生轉化。與此同時，在能量轉化過程中，若某種類型的能量發生減少，另一種類型的能量就必然增加，且能量總量始終保持不變。由此看來，就中學物理知識而言，能量守恒定律在任何地方都是客觀存在的。

（四）Why

能量守恒定律之所以會產生，這是因為：物質和能量是自然界的最基本形式；世間萬物均必有其來源，也必有其去處；物質和能量既不會無中生有，也不會莫名消失；能量具有多種存在形式，如機械能、光能、化學能、電能、熱能、原子能等；能量可以以各種存在形式之間或之內發生轉化與（或）轉移，但總量不變；等等。

（五）How

就能量守恒過程來說，其實質就是能量的轉移與（或）轉化的過程，且無論能量是如何轉移與（或）轉化的，其總的能量始終保持不變。例如，在小球的鐘擺模型中，小球從高擺到最低又從最低擺到高。此小球擺動過程中，小球從高擺到最低，重力勢能轉化為動能，下降速度越變越快，重力勢能越來越小，動能越來越大；小球從最低擺到高，動能轉化為重力勢能，上升速度越變越慢，重力勢能越來越大，動能越來越小。然而，此過程的任何時刻（即小球位于任何位置），小球的重力勢能與動能之和始終是相同的。基于上述“4W1H”模式下對能量守恒定律的理解，應該說高中生已經較為合理地掌握了這一物理現象的精髓。同時，更重要的是，高中生學會了對任何物理現象及名詞進行有效學習的方法，也建立了科學思維框架。基于此，筆者以為，要學好高中物理，提升科學素養，應該對每個物理現象及名詞時刻不忘從“What，When，Where，Why，How”5個方面進行思考、總結。

三、結束語

作為未來社會的建設者和大自然的改造者，高中生不僅要深刻認識到科學技術的重要性，更應努力學好科學技術，用科學技術武裝頭腦，展示獻身科學的勇氣和決心。其中，遵循科學規律，融會貫通知識體系，進行合理思辨，是培養自身科學素養的重要保障。

基于“4W1H”模式，對高中物理中的每個物理現象及名詞進行學習與思考，是提升自身科學素養的一條有效途徑。

參考文獻：

[1]任磊，張超，何薇.中國公民科學素養及其影響因素模型的構建與分析.科學學研究，2013，21（7）：983-990.