“准历史”法的中学物理教学设计，本文主要内容关键词为：历史论文,中学物理教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
在2001年颁布的《义务教育物理课程标准（实验稿）》和2003年颁布的《普通高中物理课程标准》中，分别将“了解物理学及其相关技术产生的一些历史背景，能意识到科学发展历程的艰辛与曲折……”[1]和“了解物理学的发展历程，关注科学技术的主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社会发展的影响……”[2]列入了三维的课程目标当中，并且作为一种课程改革的重要思路和手段。这充分说明物理教育界对物理学史、对于物理教育的重要作用，已经形成了一种共识——如果在物理教学中能正确恰当地运用物理学史，将对物理教育产生非常重要的价值。在史学研究的启发下，我们提出“准历史”的物理教学设计方法，并从理论上论证了这一方法的合理性和可行性，使得物理学史与物理教学相结合，既有理论基础可依，又能给中学物理教师提供一个易操作的教学设计思路和方法。
二、“准历史”法进行物理教学设计的综述
（一）“准历史”法进行物理教学设计的背景
“准历史”是近年来史学研究中提出的一个新概念。它泛指在编写教材时在忠于历史事实、历史发展顺序的情况下，将史料进行组织加工，以服务于某种教学目的或逻辑思路的做法。将这种方法迁移到物理教学设计当中，可将与教学内容相关的物理学史料，尤其是对某一理论的形成起到启发、转折等关键作用的人物、事件（如物理实验等）和思想，进行重新组织，尽可能使物理学史的发展逻辑与学生的认知过程相符合，从而使学生更容易理解和接受并且能从这些历史事件中广泛吸取科学的思想方法和研究方法以及所蕴含的丰富的科学精神与人文精神。[3]
（二）“准历史”法进行物理教学设计的理论依据
1.皮亚杰认知理论。皮亚杰(J.Piaget)是20世纪认知领域最有影响的心理学家之一。他通过引进生物发生学的方法，深刻地分析了个体认识思维的结构和功能，并于1972年，在《发生认识论原理》中阐述了认知的适应性和个体对世界模式的建构。
皮亚杰理论体系中的一个核心概念是图式。图式是个体对世界的知觉、理解和思考的方式。我们可以把图式看做是认知结构的起点和核心，或者说是人类认识事物的基础。因此，图式的形成和变化是认知发展的实质。皮亚杰认为，认知发展是受三个基本过程影响的：同化、顺应和平衡。就一般而言，个体每当遇到新的刺激，总是试图用原有的图式去同化，即将新刺激纳入到原有的图式，若获得成功，便得到暂时的平衡。这时原有图式不会发生质的变化，而只发生量的变化。如果用原有图式无法同化新的环境刺激，个体便会做出顺应，即修改原有图式或重建以形成新图式，直至达到认识上的新平衡。平衡是指个体通过自我调节机制，使认知发展从一个平衡状态向另一个较高的平衡状态过渡的过程。平衡的这种连续不断的发展，就是整个认知发展的过程。[4]将皮亚杰的发生认知理论用图示的方法做简单表达可用下页图1表示。
2.科学革命理论。托马斯—库恩(Thomas S. Kuhn)是美国当代科学史和科学哲学的带头人，他的《科学革命的结构》一书被证明是20世纪科学哲学的转折点。他的理论的一个主要特点是，强调科学进步的革命性质，这里的革命意味着放弃一种理论结构并代之以另一种不相容的理论结构。
图1
库恩的科学革命理论中的一个重要概念是“范式”，但在他的论述中，对“范式”阐释是不确定的，比较模糊的解释是：“范式”是一个科学共同体的成员所共有的东西，它代表着这一特定科学共同体的成员所共有的信念、价值、技术等等构成的整体。[5]库恩的科学革命理论大致是：前科学—常规科学（原有范式）—反常—危机—科学革命—新的常规科学（新范式）。在前科学阶段，各种学派间激烈竞争，没有统一的大家接受的观点，逐渐地某一种观点能更好地解释科学现象，于是被更多的人接受，形成一种范式，于是逐渐进入稳定的常规科学阶段。在这期间，共同体在范式的指导下去解决各种范例，并在一定程度上完善该范式使其更精确。当新问题不能被此范式解释称为“反常”，反常的积累会使得危机出现并最终导致科学革命，结果会有新的范式出现而代替原有的范式。将托马斯—库恩的科学结构理论用图示的方法做简单表达可用图2表示。
图2
比较图1和图2明显可以看出，皮亚杰的学生认知发展过程和库恩的科学发展过程极其相似。由此我们至少可以得出这样一个有意义的结论：以物理学史的发展过程为线索来设计物理教学过程，便在很大程度上能符合学生的认知发展过程，并会在很大程度上展现物理学史的教育价值。[6]这便是“准历史”法进行物理教学设计的理论依据。
三、“准历史”的中学物理教学设计方法及原则
按照上述的讨论，物理学理论的发展历史基本符合学生认知发展的基本过程，因此，结合教学目标进行“准历史”的课堂教学设计会带来非常好的效果。
（一）设计方法
“准历史”的物理课堂教学设计，其实就是以物理学的发展历史为载体，对教学过程进行设计。教师在设计教学过程时，首先在明确教学目标和教学任务、掌握学生当前认知结构的基础上，搜集与物理课堂教学内容相关的物理知识以及物理知识形成的历史过程，整合教学资源，形成教学过程。在整个教学设计中，教学目标和教学任务仍然是其出发点和归宿。
图3
具体步骤是：1.将物理学理论（教学内容）的历史发展过程按问题起源—提出的工作假设—思辨以得出推论—实验或思想实验对推论进行检验—假设的修正及结论的推广进行整理，以形成教学内容的“准历史”过程；2.将学生对物理知识（教学内容）的一般认知过程，即对物理现象的观察—提出问题—假设或猜测—实验探索—结论及对认知过程的反思，整合到已组织形成的教学内容的“准历史”过程中，形成具体的教学过程（其具体流程如图3所示）。在设计过程中至少要能突出三个重点：其一是要突出物理科学发展中有争议的概念、定律、理论及实验以及革命性的理论替代，因为这也正是学生最难接受、最易出错的地方，即教学的难点。例如，力与运动的关系中，亚里士多德及同时代的人都有物体受力而运动，不受力则停止的错误认识，而学生在学习之前，由于生活经验，也同样会有这样的错误认识。因此在设计时要将亚里士多德的错误认识、原因以及伽利略如何质疑、如何进行实验验证等展现给学生，使学生同样在认识上也获得从错误到如何突破、再到正确认识的完整的认识路线。其二是要尽量让学生亲自动手做那些对于某一物理理论的形成起到关键作用的实验，如伽利略的斜面实验、光电效应实验以及α粒子散射实验等。其三是要尽量发掘和展现物理学丰富的人文内涵和物理学所蕴含的“文化故事方式”[7]，使每个物理学家及其科学研究回归到人及社会实践意义上的“常态”过程，体现物理学的亲和力。
（二）“准历史”法的物理教学设计原则
1.真实性原则。基本含义：真实性原则是一条基本原则，指物理学史教学要按照物理学发展的真实历史过程进行教学，绝不能虚构和歪曲历史事实。
提出这一原则的基本思想：考虑到现行的物理教材中以及物理教学实践中都存在这样的事实：为了教学方便，在教材编写和教学过程中为了使讲授的内容显示出某种严密的逻辑性，并使学生易于接受和记忆，会有意重构物理学史。教材编写者和教学实践者考虑的只是让科学知识被学生接受，而忽视了物理学历史的真实面貌，忽视了历史原貌的认识价值和教学价值。这种做法是极不恰当的。因为它给学生呈现出一幅错误的历史画面，而这无论是对于学习内容的理解，还是对于思想方法，都没有好处，更严重的是易使学生形成错误的历史观。因此在物理学史教学中要真实的再现物理学理论产生的过程，包括理论的起源、流派间论战、物理学家的行为、重大突破等等。
2.历史与逻辑相统一的原则。基本含义：历史是指物理学发展的历史过程；逻辑是指科学产生和发展的内在逻辑顺序。历史与逻辑相统一是指在教学过程中有意识的按照科学发展的逻辑设计教学过程。
提出这一原则的基本思想：在理论基础中已经说明，科学哲学家托马斯—库恩在其科学革命理论中所阐明的科学发展的内在逻辑与瑞士心理学家皮亚杰关于儿童对于事物的认知过程十分相似。另外教育重演理论也揭示出，儿童对科学的认识过程会重复科学知识发生过程的某些特征。基于这两点，我们认为，在物理学史的教学中，按照托马斯—库恩的科学发展的逻辑来设计教学内容和教学过程，使物理学历史与物理学发展的逻辑相统一，这样就在一定程度上与学生的认知过程相契合，从而使学生更容易接受和理解教学内容。
3.思想性原则。基本含义：物理学史的教学不能停留在讲故事的层面，而要尽可能的发掘故事背后深刻的思想及其教育价值。
提出这一原则的基本思想：长期以来在物理教学实践中渗入物理学史在很大程度上是基于对学生兴趣的培养。因此无论是在教材中还是在教学实践中总是停留在对物理学家生平、事迹尤其是轶事的介绍。但是实际上物理学史除了能引起学生学习物理的兴趣之外，最为重要的是其本身蕴含着丰富的思想价值。这里的思想价值包含两方面：第一，物理学史本身就包含丰富的物理学思想和方法，通过物理学史，学生能更为深刻地理解和掌握其中的物理思想和方法。第二，物理学史中所展现的物理学家高尚的道德情操等，有助于学生形成正确的人生观、价值观。而这两点正是科学素养的重要内容。
4.适宜性原则。基本含义：选择的教学内容须符合学生的认知发展水平和情感发展水平，教学内容的难度和深度要以学生可以接受性为原则，因此，此原则也可以称之为可接受性原则。
提出这一原则的基本思想：首先，在选择中学物理教学内容时，学生认知水平是一个必然考虑的因素。相应的在选择物理学史时也要考虑到学生的认知水平。因为其中涉及的一些知识、实验等可能高于学生当前的认知水平。另外，我们知道，物理学史本身是一门独立的学科，它有其自身的特点，并且在发展过程中形成了不同的研究范式和流派。这样就导致了在物理学史研究中，对某一物理事件的发生、发展等的认识都有各种不同的看法和结论。比如传统的“辉戈式”的历史研究中，布鲁诺被理所当然地称之为坚持真理的“科学斗士”，但是近代西方科学史界出现的以耶兹为代表的“反辉戈”的研究，却得出截然相反的结论，他们认为布鲁诺坚持“日心说”并非是其崇尚和坚持真理的科学精神体现，而是某种宗教情怀使然。但是在物理学史教学中确不能按照“反辉戈”的研究结论去教学，因为不符合学生该阶段的情感发展水平。