物理学前沿与中学物理教学，本文主要内容关键词为：物理学论文,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。
面对科学技术的迅速发展，世界各国从60年代起就已着手对科学教育，尤其是物理教育，在课程、教法等方面进行了大量的改革尝试。教学内容的现代化是其中的一个主题。美国物理教师协会(AAPT)在1988年发表《中学物理课程内容》的报告中指出：“应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学，是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一。”富有代表性的美国PSSC教程、HPP教程，英国的纳菲尔德中学理科教程等，作为现代物理课程改革的先驱，在这方面作出了富有成效的探索，在国际中学物理课程改革中产生了广泛的影响。
我国1995年在全国高等院校开展了“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”，1997年又启动了“高等师范教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”，在高等教育领域全面地深入地开展了教育改革。物理教学现代化已成了“时代的要求”。与这种现代化要求相伴随的是现代物理学如何教学化的问题。对此，大学以经典物理为主要内容的普通物理已进行了实践探索，以崭新的视角编写的《新概念物理教程》已出版了《力学》，《热学》等分册，引起了物理教育界普遍的关注。那么，物理学的现代进展与中学物理教学之间有什么关系？这也自然引起我们的思考，对此，谈谈我个人的见解。
一、变革中学物理教学的教育思想与教学方法
我国的理科教育，包括中学物理教育，从国际教育成就评价协会(IEA)实施的第二次理科比较教育研究(SLSS)的测试结果看，属较差水平。我国对国民科学素质的调查结果也表明我们与发达国家的差距比较大。几年以前，我国就提出了向素质教育转轨的口号，但这种改革的步履缓慢，实质性的进展不明显。当然，原因是多方面的，但教育思想严重滞后，对于传统的教育观念、教学内容、教学手段、教学方法偏爱至深，形成一种强大的传统惯性，以至难以转向，不能不说是主要的原因之一。当前世界上的理科教育，特别是物理教育，明显的特征是：从强调知识内容向获取知识的科学过程转变，从强调单纯积累知识向探求知识转变；强调不同学科、不同领域知识的内联外延、相互渗透和联系；从以教科书为中心向多种教学媒体和多种教学手段复合运用的方向转变；从严密的班级授课方式向不拘于刻板形式的个别化教学方式转变；注重非智力因素在教学中的影响和作用等。对比之下，我国的物理教育忽视科学归纳，忽视发散思维、形象思维和创造性的直觉思维，忽视主动获取信息与信息交流的训练，忽视学生独立学习与思考的训练。
我国的教师长期在统一的教学大纲，统一的教材，统一的考纲，统一的考试下，已习惯于把自己的思想和兴趣局限于这统一的框架内。教师的创造性逐渐地被磨灭，而且，教师又以这一切去框架学生，直接压抑了学生的进取精神和创新精神，致使他们很难对传统进行否定、向权威提出挑战。我国历来认为教师负有“解惑”的天职，这就使教师不敢轻易将有争议的尚未定论的或正处于发展之中的科技新成就，科学新思想介绍给学生，将物理学的现代进展排斥于教育之外，为的是不给学生课后留下疑问和争论。我国中学物理教学传统的讲课风格是细嚼慢咽式的，教师把知识组织得井井有条，对课程内容的每一个细节都作详尽的解说，对学生可能发生的误解一一予以告诫，知识传授的容量和密度大大受到制约。久而久之，我国的学生往往认为书本上、课堂上教师讲授的是绝对无误的知识，结果，养成了他们唯书、唯师的学习习惯，缺乏创造的热情和竞争的态势。他们误认为300年前由牛顿建立起来的经典力学就是力学知识的全部，150年前麦克斯韦建立的电磁场理论至今仍是唯一的经典，光的叠加原理是解释全部光学现象的不可动摇的基础，玻尔的原子轨道是神圣的法则。或者说，在这样的物理教育思想指导下，只让我们的中学生了解物理学的昨天，而不懂得重要的是应使我们的中学生知道物理学的今天，更要让他们去探索物理学的明天。
20世纪的物理学已取得的成就是极其辉煌的，时至今日，物理学仍是一门充满生机和活力的科学，它的创造性进展仍日新月异。整个物理学，在21世纪将有一个更加辉煌的发展，李政道教授认为：“目前的情况与20世纪初很相似，同样地面临两个疑问：其一，目前的物理理论都是对称的，而实验却发现了不少对称性的破缺；其二，有一半基本粒子是至今一点都独立不出来的。”我们回想本世纪初物理学上空的“二朵云”所引发的相对论和量子论及由此而产生的整个20世纪的高科技的迅猛发展，由此，可以充满信心地预言，21世纪物理学和与物理学相交叉结合的学科将会有更多的突破和更大的发展。我们跟踪物理学的现代进展，就是为了体会重大发现中激励人心的创造性，了解重大突破对物理学及其他学科的巨大影响，认识新概念、新规律的深刻智慧及力量，看到现代科学之间的内在联系，以致对我们的科学观、方法论，以致对我们的教育观和教育方法都产生根本性的影响。
John Maynard Keynes说过：“困难的不在于创造新思想，而是摆脱旧思想。”我们的中学物理一定要给学生日后接受各种新观念、新思想作好铺垫。绝不能将中学物理学讲得太“绝对”，太“确定”，太“线性”，以致这种“先入为主”的观念影响他们终身难以接受相对的，随机的，非线性的物理思想。切不要把中学物理教成一门封闭的、僵化的、停滞的学科。这就要求我们每个中学物理教师对物理学的现代进展的各个方面必须有一个概括的清晰的了解。也只有这样，才有可能使我们的中学物理课程与科技迅速发展的步伐相适应，使我们的中学物理课程生动活泼地保持旺盛的生命力。
二、更新中学物理教师的知识 扩展中学物理教学内容
由于历史的原因，目前极大部分的中学物理教师是在狭窄的专业模式中培养出来的。而科学的发展对未来人才在知识结构的宽广和厚实上提出了诸多要求。知识结构单一的人对于科技新成果、新学科、新思想，往往由于本能的“偏振”效应而对本专业以外的知识产生排斥和漠视，更不可能在学科之间的空白地带作出探索。人们预言，未来的“大师”必产生于文理会通的通才。因此，有人对21世纪人才应具有的知识结构概括为：“宽阔的知识视野，深厚的文化底蕴，博大的战略心胸，灵活的创造思维，高尚的人格情操。”
物理学的现代进展越来越表明了，由于物理学研究对象的扩展，从宏观到微观，从传统的物理过程到化学过程，从无生命到有生命，以至很难用传统的眼光来界定什么是物理学了，在本世纪中叶，尼尔斯·玻尔曾说过：“物理学所涉及的就是我们对于自然界所能说的东西。”而今天的物理学，正如国外物理学家风趣地说：“什么是物理学？物理学家所做的工作就叫物理学。”例如1995年在我国厦门召开的第十九届国际统计物理学大会，其中有近60篇论文的题目看起来不太像物理学，如“生物进化、蟑螂、药物DNA系统、心率、曲折的河流、聚丙烯、谷堆、文字的存储、交通流量、沸石笼”等等，今天的物理学已代表着一套获得知识，组织知识和运用知识的有效步骤和方法，把这套方法运用到什么问题上，这问题就变成了物理学。从这种发展趋势来看，中学物理教师必须跟踪物理学的现代进展，按照物理学发展的趋势改变我们陈旧的物理学观念，改变我们单一的知识结构。
杨振宁教授曾经指出：“中国的研究生兴趣太窄，对物理学方面的兴趣太窄，对一般的事物的兴趣也显得太窄。……我觉得这是一个不好的普遍现象。”这种兴趣狭窄的普遍现象的造成，不可能是一朝一夕形成的，这当中也有我们中学物理教学应负的不可推卸的责任。
另一方面，目前的高科技与低素质的矛盾导致了科学的异化，作为中学物理教师，了解现代科技的发展所带来的负面作用，从而充分认识到提高人文科学的素养的重要，科学教育人文化已提到议事日程上来了。
现代物理学中每年都有激动人心的新成就、新事物展现在我们眼前，但我们的中学物理教师目前尚无暇或不愿顾及，这就是说，我们的中学物理教育，每年都在减少一部分激动人心的物理学新进展。教育界有一句流传甚广的格言：“要给学生一杯水，教师得有一桶水。”这不仅仅是指教师的知识要大大多于学生，教师要不断学习，使自己的知识有量的增加，更重要的是，我们应有一桶流动的水。常言说：流水不腐，即我们的知识应该吐故纳新，要不断吸取物理学的最新发展成果，更新我们的物理知识，改变我们的知识结构，使我们具有一桶永远是新鲜的，富有营养的，受学生欢迎的高质量的水。同时，这句话还有另一部分，如何“给”学生一杯水，这就是教学方法和教学手段的问题了，前面说过，现代物理学的进展给我们很多方法论和认识论的启示，都是改进我们的教学方法的最好途径。而现代科学技术的进步对教育的影响，首先是现代教育技术的发展，包括当前计算机科学、信息技术，特别是多媒体技术的迅猛发展，这对教育手段现代化的作用是不言而喻的。
三、激发中学生学习物理学的兴趣
目前中等学校普遍存在着物理“难教难学”的现象，中学生对物理学习由畏难发展到对物理学习的兴趣索然。而且前采用的对策是不断降低教材难度，减少教学内容。而同时高考为了达到选拔人才的目的（目前中国的高等教育是典型的精英教育），考题难度有增无减，花样年年翻新，很多中学为了追求升学率，迫使同学做难题。这样，以较少的物理知识去解答更难的物理考题，无异对中学物理的难教难学是雪上加霜。另一方面，物理难学，是因为物理学道理深刻，理解困难。无论用何种方法降低课程难度，不可能改掉物理学“道理深刻”这一特点。过分地限制教学内容，反而会割裂物理学体系的逻辑结构和因果关系，淡化其物理思想，使物理教学更显得呆板、机械，这也变本加厉地加重了物理学的难教难学。如果教师对物理学没有深入理解，讲解枯燥、教法单调、教学手段落后，更使学生学习物理失去了乐趣和信心。如何改变这种状态，如何激发学生学习物理的兴趣？教师对物理学必须有深刻的理解，而这种理解不应该仅仅停留在中学物理教科书上的概念和习题，犹如坐井观天。我们认为教师对现代物理学知识理解得越深刻、越多，才有可能简明生动地向学生阐发深奥的物理学理论。我们常说“深入浅出”，这确是一种很高的教学境界，没有高水平的研究，谈不到深入，没有深入，浅出只是肤浅而已。以书解书，同样的几个习题搬来搬去，几年甚至十几年一个调，学生越学越觉得单调乏味。因此要提高中学物理教师的学术水平，使中学物理教师对物理学有深刻的理解和具有精湛的教学方法，只有追踪物理学的现代进展，舍此别无他法。只有这样，才有可能改变物理学“难教难学”的状态，才能使更多的学生爱学物理，学好物理。
激发学生学习物理的兴趣，还必须使学生认识到物理学是一门处于不断发展的学科，是前沿科学中最为激动人心的学科之一，物理学还存在着许多不解之谜有待年青一代去探索。也许有的老师会认为将现代物理学发展前沿介绍给中学生不现实，新闻式的匆匆介绍，学生不可能有真正的理解，谈不上激发学生学习物理的持久兴趣和热情。但事实并非如此，青少年求知欲旺盛，好奇心强，正处于立志阶段，他们对尚不完全理解但能看到发展前途的科学会孜孜不倦地去追求，以至成为终身追求的目标。著名科学家杨振宁教授曾谈到：量子力学在30年代发展迅速，那时他在中学图书馆读到有关量子力学的中译本，尽管作为中学生，他对这门新学科并不全部了解，但学科崭新的发展，奇妙的知识使他产生了一种向往，这与他后来专攻物理学不无关系，这就是一个非常有说服力的典范。
我认为从中学抓起，不仅要让学生爱学物理，会学物理，更要让他们了解物理学发展前沿许多激动人心的领域，许多发展迅速但尚未成熟的领域，使他们对发展中的物理学产生一种向往，产生无穷无尽的追求的欲望。
四、为中学物理教育科学研究提供了广阔的领域
要提高广大中学物理教师的水平，必须进行教育科学研究。物理学的现代进展将为中学物理教师科学研究提供宽广的研究领域。用现代的观点来重新审视中学物理的概念、原理、规律、提法是否过时，各规律的相对位置是否发生了变化，在中学物理各部分内容的讲授中如何渗透现代物理的风格与精神，现有课程体系如何重新组织，原有的内容应如何合理地加以增删取舍，都是值得深入研究的。使我们的中学物理教学的内容尽量符合现代物理学发展的需要，与人才的培养相配合，使我们的教法能真正体现现代物理学的精神。
物理学的近代发展或前沿领域，往往是在原有内容的基础上生长出来的，或者说，物理学的现代进展的根基仍然可以在基础物理中找到，物理学最新的发展其实离我们并不遥远，在中学物理教学过程中，完全可以向现代物理学前沿开“窗口”，也完全能够找到与现代物理学进展相衔接的“接口”，关键在于中学物理教师对于现代物理学前沿的了解和如何将物理学现代进展知识教学化的研究。
物理学的现代进展不只是提供了知识，更重要的是给我们以现代科学观，科学思想，科学方法的启迪，如何内化成我们的教育观、教育思想、教学方法，是一个很有意义的教育科学研究领域，也是教育现代化的一个重要方面，值得引起我们重视。
素质教育已是当前普遍重视的教育改革的“热点”，从物理教育的角度来看，提高中学生的科学素质已是关系到我国公民科学素质的关键。所谓科学素质一般包括：对科学技术知识的理解（当然包括科学技术的最新成就），对科学研究过程和方法的理解，对科学技术对社会的影响的理解三方面，这三个方面无一不包括物理学的现代进展，或者说，越是物理学的现代科技成果与中学生的科学素质培养关系越密切，如何将这三方面有目的、有意识地贯穿于教学的每一个环节之中，融合于我们的中学物理课堂教学中，是我们每一位中学物理教师都应该给以关注和研究的。物理学是一切科学技术的基础，很难想象一个人没有必要的物理基础而能够成为相关的高科技人才。中学物理教师对于提高全民族的科学素质和培养21世纪的高科技人才是责无旁贷的。
从未来中学教师的形象来看，我们期待未来的中学教师应是学者型的，具有高深的学问；行动者型的，是一个具有综合能力的行动者；完全人格型的，具有完整的智慧，完整的人格；研究型的，具有科学研究和教育科学研究的能力。这样的教师形象，不是大学本科培养所能完成的，需要继续教育、职后培训，特别是教师自己的终身学习、不断研究的结果。从这点来看，对于中学物理教师，要成为未来的合格教师，跟踪物理学的现代进展，并进行科学研究和教学研究也已成为一个必要的条件。