在悖论教育中实施情态价值观教育，本文主要内容关键词为：情态论文,悖论论文,价值观论文，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、悖论探究在科学探究中的情态价值作用
科学研究始于问题，创造性思维活动始于对问题的认识，是围绕着解决问题而展开的。科学问题的特征是差异或矛盾，所谓悖论，就是一种逻辑矛盾，它指的是从某一前提出发推出两个在逻辑上自相矛盾的命题，或从某一理论中推出的命题与已知科学原理或实践产生的逻辑矛盾。科学悖论不仅具有重要的认知层面上作用，而且具有情感态度与价值观（以下简称情态价值）层面上的作用。
1.科学悖论是进行科学创新的动力
科学悖论的发现就意味着一个激动人心的重大科学问题的提出，激发科学家开始探索一个新的科学领域。例如，19世纪末，在研究黑体辐射时出现的“紫外灾难”这一悖论，揭示了经典物理的局限性，激发了许多物理学家的探索热情，最后创立了量子物理理论。因而，科学悖论是激发科学家科学探究兴趣和热情的重要源泉，是进行科学探索创新的动力。
2.悖论探究中磨炼科学家顽强的探究意志
为了消除悖论，科学家运用创新的思维方式和观念提出新的假设，经过艰辛的探究过程建立新的理论。例如，针对“光速悖论”，爱因斯坦经过10年艰辛的努力，抛弃了牛顿的绝对时空观，提出了相对性原理，揭示了时空相对性，为狭义相对论的建立打下基础。从这一层面上讲，在科学悖论探究过程中，使科学家体验到探究的艰辛和成功的快乐，不仅促进了思维方式的创新，也磨炼了科学家顽强的意志和拼搏的精神。
3.重视悖论、探究悖论折射出科学家的科学态度和科学精神
针对新出现的悖论，科学家能往往正视悖论，尊重新的实验事实，以批判的态度认识原有理论的局限性，以创新精神冲破传统观念的束缚，以不怕困难、勇于探索、严谨求实、一丝不苟的科学态度和科学精神探究悖论原因，发现新的规律。例如，物理学家尊重“紫外灾难”悖论这一事实，摆脱了传统经典物理束缚，通过普朗克能量子假设——爱因斯坦光子假设——密立根光电效应实验——康普顿电子散射实验——德布罗意物质波理论——玻尔原子模型……一系列严谨求实的探究过程，最后建立比较完整的量子理论。从这一意义上讲，重视悖论、探究悖论折射出科学家的科学态度和科学精神。
4.悖论探究成果体现了悖论探究的科学价值
科学创新，是要建立一种新的理论体系。科学悖论是以其逻辑手段深入到原有的理论体系的根基，揭示原有理论隐含的客观矛盾，以其尖锐性和鲜明性迫使科学家重新审查原有理论基础问题，发现和建立具有重要价值的科学理论。例如，爱因斯坦通过探究“光速悖论”，揭示了牛顿绝对时空观隐含的矛盾，发现了时空相对性，提出具有重要价值的狭义相对论。从这一意义上讲，悖论成为科学理论获得突破的强大推动力，悖论探究成果具有十分重要的科学价值。
二、物理教育中悖论探究与情态价值教育
1.在悖论探究教育中实施情态价值教育的迫切性
科学悖论不仅激发了科学家探索新的科学领域的欲望和兴趣，而且在悖论探究过程中，科学家本着对科学的执著追求，克服种种困难，运用创新的研究方法，伴随着新的科学理论发现使悖论消除，不仅实现了悖论探究的科学价值，更进一步激发了科学家科学探究的热情。新课改的一项重要任务就是培养创新人才，高中阶段的物理教育注重三维教学目标的实施。然而，情感态度与价值观维度的教育并没有像知识与技能、过程与方法维度的教育一样得到有效实施。造成这一结果的客观原因是情态价值教育课程资源的相对贫乏，且实施难度较大；主观原因是教师没有引起足够的重视。根据以上阐述的科学悖论在科学探究中所发挥重要的情态价值功能，结合当今物理课的教学目标，我们认为在中学物理教育中挖掘悖论课程资源，实施悖论探究教育是实施情态价值教育的一个有效途径，充分体现了在悖论探究教育中实施情态价值教育的迫切性。
2.在悖论探究教育中实施情态价值教育的可行性
虽然中学生探究物理的过程与科学家的科学探究在目标和难度上都有所不同，但两者之间存在如下几个方面的相似：首先，学生探究物理知识的过程与科学家的探究过程相似，一般都要经历提出问题、提出猜想、设计方案、验证猜想、拓展研究等过程，学生和科学家的探究过程都用到某些重要的科学方法，例如，都运用理想化法、类比法，等效法等。其次，中学物理情态价值教育内容与科学家在悖论探究中所表现出来的情态价值因素有许多相似点。例如，探究兴趣和热情、科学态度和精神、顽强意志和毅力、创新意识、科学价值观、团队意识和协作精神等；再者，中学物理教育中悖论与科学悖论具有相似性。根据科学悖论的一般性，结合中学生认知水平和中学物理教育实际，笔者认为，中学物理教育中悖论的特点是：学生在学习新知识、解决新问题时，表现出来的认知结构中原有的知识与方法和新的物理情景间的矛盾，认知中原有知识与方法之间的矛盾。中学物理教学中的悖论并非科学研究中的悖论，虽没有多大的科学价值，但对于中学生探究物理知识和教学而言，却具有十分重要的认识价值和教育价值。
另外，中学物理教材中已介绍一些重要的科学悖论。例如，在自由落体运动教学中介绍伽利略的“落体悖论”，在原子物理教学中介绍“原子湮灭悖论”，在量子理论教学中介绍“紫外灾难悖论”，在相对论教学中介绍“光速悖论”等。通过介绍这些重要的科学悖论，使学生认识和感受科学悖论在物理探究中的重要作用，充分发挥其在情态价值教育中的作用。
上述悖论探究教育与科学悖论探究的相似性，以及部分科学悖论在情态价值教育中取得的初步成效，为在中学物理悖论探究教育中实施情态价值教育提供可行性。
3.悖论探究教育中实施情态价值教育的重点
为了切实有效地在悖论探究教育中实施情态价值教育，促使学生自主经历类似的科学探究过程，在类科学探究中真实地经历曲折的探究过程，树立创新意识，发挥创新意志和精神，获得积极的情感体验，形成科学的态度，享受探究成果和价值。悖论探究教育的重点应放在发挥教材中科学悖论的情态价值教育功能方面，通过充分挖掘中学物理悖论探究课程资源，经历导致悖论提出问题、探究悖论产生原因、消除悖论得出规律、评价悖论探究成果等悖论探究过程（如图1所示框图）来实施情态价值教育。
三、在悖论探究教育中实施情态价值教育的探索
1.创设悖论情景，导致悖论，激发学生探究的欲望和兴趣
创设悖论情景，能使教学信息具有新奇性、不和谐性，能打破学生原有的认知平衡，使其产生好奇心和求知欲。在物理教学中，教师可以通过如下途径来创设悖论情景：（1）运用特殊化方法（让某些物理量取特殊值揭示推理错误）创设悖论情景；
（2）运用两种解答方法的矛盾创设悖论情景；
（3）运用推理结果与实践矛盾创设悖论情景；
（4）运用推理结果与正确理论（物理理论或数学理论）矛盾创设悖论情景。例如，对“最大速度”悖论的探究。
例1 如图2所示，水平金属导轨间距为l，导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上，导轨和导体棒的电阻均不计。矩形区域内匀强磁场磁感应强度为B，方向如图2所示。导体棒始终在磁场区域内，当磁场以速度
匀速向右移动时，导体棒受到大小为f的恒定阻力。试求金属棒运动的最大速度。
2.探究悖论原因，培养学生顽强的意志和探究的热情
针对中学物理教育中遇到的悖论，教师要引导学生积极探究悖论产生的原因，运用创新思维方法提出新的解决问题的方法，帮助学生克服探究过程中遇到的困难。从失败到成功，从矛盾到统一，在消除悖论、提出新理论和新方法的同时，培养学生顽强的意志和探究的热情。例如，对“最大速度”悖论产生原因的探究。
提出问题 针对“最大速度”悖论，教师引导学生探究产生悖论的原因。“最大速度”悖论表明：当磁场运动时，E=Blv中v不应是导体棒相对地面的速度。那么v应是相对谁的速度？
提出猜想教师启发学生：根据运动相对性，当导体棒速度与磁场运动速度相同时，相对切割速度为零，导体棒不切割磁感线，感应电动势为零。学生在特殊情形启发下提出猜想：当磁场和导体棒都运动时，动生电动势为
，（
为导体棒相对磁场的切割速度）。
通过上述悖论原因探究，不仅揭示了错误原因，使学生认识到原有认知的局限性，探究出导体棒相对运动磁场运动时动生电动势的规律E=Blvr，更重要的是培养学生顽强的探究意志，伴随着探究的成功，进一步培养学生的探究热情。
3.正视悖论、探究悖论，培养学生的科学态度和科学精神
悖论往往反映学生认知的局限性。当悖论出现时，要求学生正视悖论，尊重新的实验事实和已有正确的物理理论，反思自身知识和思维存在的问题。要求学生抱着严谨求实的态度，通力协作、开阔思路、不怕困难、积极主动，勇于探究悖论产生的原因，从而在探究悖论获取新知的同时培养学生的科学态度和科学精神。例如，对“平行板电容器”进行实验悖论探究。
提出探究课题 针对上述悖论，学生感到很惊讶，且能正视上述悖论，并把探究这个悖论的原因作为研究性学习课题。
悖论探究 学生对这个课题进行探究，运用所学的物理知识，从多个角度对上述“矛盾”实验现象进行合理探究。
探究1（从电场力的角度探究） 当A板接近B时，B板中感应负电荷增加，根据电荷守恒可知，静电计上负感应电荷也增加，从而导致静电计指针偏转角度变大。
探究2（从电势角度探究） 当A板接近B板和静电计时，静电计上的金属球、偏转指针的电势变高，与外壳（接地）电势差变大，从而导致指针偏转角度变大。
拓展探究 为了深化上述的悖论探究结果，学生还做了如图4丙所示的实验：让B板带正电，移动A板。当两板间距d变小时，偏转角度θ变小；当两板正对面积S变大时，偏转角度θ变小。学生进一步从电场力和电势差的角度来解释上述实验现象。
在“平行板电容器”实验悖论探究过程中，通过导致悖论使学生正视这个实验悖论，提出探究课题，表明学生能尊重实验事实和观察到的现象，培养学生实事求是的科学态度；学生通过课外多角度探究悖论原因，表现出务求理解、追求统一的强烈欲望，培养了学生不怕困难、勇于探索、团结协作的科学态度和科学精神；通过拓展探究，证实完善探究结果，培养学生严谨求实、一丝不苟的科学态度。
4.评价悖论探究成果隐含的价值，培养学生的科学价值观
首先，体验悖论隐含方法的创新性，培养学生科学的价值观。当原有的方法在应用于新情景、解答新问题过程中出现悖论时，那就可能意味着原有方法不适用于新的领域，必须探索创新适合新情景的解决问题的方法。在探究出新的方法同时，教师应向学生介绍新的方法在解决物理问题中的重要功能，让学生体验新方法的创新性，从而培养学生的科学价值观。例如，“最大高度”悖论探究。
例2 如图5所示，一质量为m、带+q电荷量的带电小球从磁感应强度为B的匀强磁场中的A点由静止开始下落。试求：带电小球下落的最大高度h和最大速度v。
针对学生上述解答，可运用反向思维导致悖论：假设带电小球运动途径如图6所示，根据运动可逆性可知，由水平向左做直线运动小球不可能通过某点后做曲线运动。因而学生构建的小球运动轨迹是错误的。在此基础上，引导学生分析产生上述悖论的原因是带电小球到达最低点时不可能受力平衡，运动轨迹可能是如图7所示。再引导学生创新解答这个问题：
通过上述悖论探究过程，不仅揭示了悖论产生的原因，而且实施了由错误解法到正确解法、由正确解法到简洁解法的创新过程。使学生认识到等效构建复合运动模型的方法和数学方法在解答疑难问题中的重要功能，体验创新思维方法的价值所在，从而培养学生科学价值观。
其次，领略悖论隐含的物理理论间的自洽性，培养学生的科学价值观。中学物理悖论往往暴露了学生知识的局限性和思维上的缺陷.在物理悖论探究教学中，教师要注重引导学生经历如何从矛盾走向统一的探究过程，在探究新知识和新方法、消除悖论的同时，充分挖掘悖论背后隐含的知识与方法之间的自洽美与统一美，让学生在欣赏和感受科学美的过程中培养审美科学价值观.例如，“电子速率”悖论探究。
例3 如图8所示，氢原子核外电子绕原子核做顺时针方向的高速圆周运动。现加一个与轨道平面垂直向里的匀强磁场，假若加了磁场后，电子轨道半径近似不变，不计电子受到重力，则电子运动速率将（）
A.变大 B.变小
C.不变 D.不能确定
分析 部分学生认为加了磁场后电子受到电场力和洛伦兹力作用，向心力变大，电子的速度变大。但部分学生认为洛伦兹力对电子不做功，电子速率应不变。对上述悖论学生感到困惑。教师启发引导学生探究悖论原因：加了磁场后产生的感生电场对电子做正功，电子被加速，速率增大。感生电场理论、牛顿运动定律和洛伦兹力理论解答结果是一致的，从而使学生感受到物理理论间的自洽性，领略物理理论的自洽美，从科学美的角度培养了学生的科学价值观。