物理图景素养的培养：模型、问题与对策，本文主要内容关键词为：图景论文,素养论文,对策论文,模型论文,物理论文，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。
科学素养主要包括科学知识、科学方法、科学思想、科学精神以及应用科学知识解决现实问题的能力。为了实现物理新课程的总目标，有必要从素养的角度重新审视物理课程问题并且提出改革建议。
一、中学物理教学的误区与物理图景素养模型的提出
1.图景或物理图景——人们认识和改造世界的基本方式
图景在现代汉语字典中的含义是指图面上的景物，比喻理想中的景况。从认知心理学的角度来看，图景不是具体实在的景物，而是一种具体景况在头脑中的反映，即表象。因此，所谓的图景代表了对具体事物的一种镜像或想象。
旧石器时期，我们的祖先用一石块砸向另一石块制作工具的时候，其脑中已经有了工具的图景。雕刻家凭着高超的技艺、激情和信仰雕塑了一座巨大的花岗岩骏马雕像。有人问雕刻家：“就靠一把小锤子和凿子，你是如何雕刻出来这样一件精美的艺术品的？”雕刻家回答道：“同往常一样，我也是从一块大石头开始雕刻的。雕刻前，我的脑海里已经有了我的雕刻作品，我只是把不属于我脑海里的雕像的所有东西，用小锤子和凿子凿掉。最后，我雕刻出来的骏马，就和想象的完全一样。”由此可见，图景与人们的形象思维密切相关，是人认识和改造世界的基本方式，离开了图景，我们的认识与实践活动将难以想象。图景中蕴涵着丰富的育人价值。
图景具有形象性、整体性、非语言性、动态性和建构性。其中所谓建构性是指不同的人所建立的图景一般不同，它与个人的生活环境和对事物的原有感知程度有关。
关于物理图景概念的界定目前尚未统一，诸多学者从不同的视角给出了不同的理解。李宏斌认为，物理图景是人们在认识物理模型时相关物理背景与相关思维活动相结合的心理印象。物理模型是人们为了探究问题的本质，而从复杂的物理现象和过程中抽象出的有关研究对象的简化描述或模拟。在他的研究中把图景纳入物理模型的范畴，认为物理模型和图景首先是一种理想化的方法，其次按照内容可以分为理想的物理模型与图景、概念模型与图景（也称对象模型）、状态模型与图景（也称条件模型）、过程模型与图景、理论的物理模型与图景（也称物理假说）、实践性物理模型与图景、帮助澄清物理问题情景的模型与图景（如示意图、受力图、图像等）、帮助确定解决物理问题思维方向的模型与图景（如对称操作模型、类比操作模型等）、帮助确定物理问题性质的模型与图景（如临界问题、极值问题、等效问题等）。[1]
段金梅等学者认为：在感知课题的条件与问题的基础上，通过联想使有关知识在头脑中重现，经过分析与综合、比较与概括等思维方法把握具体课题内容的本质，找到与它相应知识的关联，从而把当前的课题纳入已有的知识系统或调整后的知识系统，以便被考察对象转变成物理模型及其动态变化过程，这种模型及其动态变化过程即物理图景。[2]
田世昆、胡卫平等人把图景看做是一种表象，认为一个物理问题可以被认为是一个具体、形象、生动的物理图景，一个实验现象可以被认为是一个物理图景，一个物理过程可以被看做是一个物理图景，唤起学生已有的表象也是创设物理图景等。他们把物理图景作为形象思维的材料和基本元素。[3]有的一线教师对于图景的理解比较狭隘，他们认为物理图景就是在头脑中一系列已有的物理图景表象的基础上进行加工、独立构想而形成的新景象。[4]
笔者参照已有的研究认为，物理图景是在感知的基础上人脑通过形象思维与物理世界相互作用而形成的“心智图画”，这种“心智图画”可以是关于典型的物理事实的一种纯化，甚至可以是物理模型，一般可以借助草图、图像等形象化的方式加以描述。
2.重视物理图景素养培养——走出物理教学误区的必要条件
中学物理“难教难学”，学习物理的学生一旦被问及困难究竟是怎样产生时，他们却失去了对产生问题条件的确切表述能力，只是一遍又一遍地重复问题本身。[5]在物理教学实践中，许多教师和学生确实存在着教学误区。比如重视物理概念和规律的识记，忽视观察与动手实验；重视套数学公式求解物理习题，忽视分析物理过程和物理意义；重视理论知识，忽视科学思想、方法和理论联系实际……一句话，就是严重存在着忽视提高学生的科学素养水平的误区。
走出误区的关键是重视学生的创新意识和实践能力培养。创新意识培养是与创造性思维活动分不开的，而创造性思维是与形象思维密不可分的。创造性思维活动需要抽象逻辑思维活动的参与，更需要发散思维、形象思维活动、物理图景思维甚至灵感的参与。此外，学生动手实验和调查实践能力的培养也同样离不开物理图景的思维能力支持。因此，培养学生的创新意识和实践能力，离不开物理图景能力的训练与培养。
物理学涉及力学、电磁学、热学、光学、近代物理学等图景。不论是理论科学家还是实验科学家在做研究的时候，都需要事先在头脑中想象所研究的对象，对其特点以及规律做一些预测，或者勾画出某种图景与模型。从某种意义上讲，建立物理图景是科学家做研究的必要过程，在整个研究过程中起着重要作用。
建立物理图景是一个不断由浅到深的创新过程。科学家们往往能够借助想象整合头脑中的表象和图景，构建出新的物理图景，发现新的现象和规律。俄国物理学家伽莫夫的大爆炸宇宙图景就是在膨胀的宇宙图景基础上提出的。美国天文学家哈勃在20年代发现除极少数非常邻近的星系外，所有星系都向着远离我们的方向运动，并发现了星系离开我们的退行速度和它们到我们的距离之间的关系，建立了哈勃定律。哈勃定律描绘了一幅宇宙膨胀的图景：从任何一个星系上看，其他星系都离开它而退行，这类似于一个正在胀大的气球表面上的一个个黑点，星系间的距离越远，相对的退行速度就越大。于是在1942年伽莫夫据此创造性地设想了宇宙大爆炸的图景。中学生在物理学习的过程中，也要学会创造性地思考问题，结合需要解决的问题对已有物理图景进行改造，或者在日常生活中创造性地想象一些新的情景，必要之时能够突破旧的前提及逻辑体系，促进自身发展。
构建物理图景不仅是物理思维的一种能力问题，更重要的是其中蕴涵着一种思想、方式或者科学精神。换句话讲，构建物理图景的过程是一种培养物理图景素养的过程。所谓的物理图景素养，包括关于物理图景的基本知识、基本能力，以及构建物理图景的思维方式、思想方法、思维偏好和创新精神。物理学家和学生对于同一物理世界在头脑中建构的图景可能有所不同，甚至可能距离物理学家的物理图景相去甚远，但是随着物理学习的不断深入，学生心中构建的物理图景可以不断接近物理学家的物理图景，更重要的是在学习过程中不断学习科学家采取图景方式研究的态度、思想、方法和精神。
因此，重视物理图景素养的培养，是当前物理教学改革走出教学误区的一个必要条件。
3.物理图景素养模型的提出
为了调查与研究物理图景素养，本文提出了关于物理图景素养的模型。如图1所示。
图1 物理图景素养的模型
物理学家法拉第是图景素养水平很高的人，他从本质上把电磁学的研究推进了一大步，为建立系统、完整的电磁场理论打开了大门。[6]从法拉第的身上我们可以检验上面模型的相对完整性。
二、中学生物理图景素养水平初步调查与分析
1.调查的目的
由于受到时间和精力的限制，本文根据上面物理图景素养模型设计了中学生物理图景素养水平调查方案，并对中学生物理图景素养进行了初步的调查与分析。目的是为了发现目前物理教学中主要存在的物理图景素养问题及其对策。
2.调查的方法
(1)确定调查对象。本文在北京和山西各选取了一所中学高一年级的两个普通班的学生作为调查对象，共计207人。
(2)制订调查工具。参照上文物理图景素养模型和相关的文献资料，通过和一线物理教师研讨，制订了两套调查问卷。问卷一针对高一学生对于物理图景素养理解的调查，其中还涉及学习习惯方面的调查，旨在根据学习习惯侧面反映出学生对物理图景的认识及应用意识。问卷二通过几道典型的物理题目间接分析学生在解决物理问题时建立物理图景的水平，重点考察运用示意图、想象力、构建动态物理图景的能力。考虑到物理图景素养模型中有的维度无法用纸笔直接反映出来，本文还采取了部分的访谈法，弥补问卷数据的不足，以保证数据的完整性。
(3)实施调查。
3.调查的数据分析与结果
(1)采用SPSS统计方法中Kendall相关进行相关度检验，显著度测试使用双侧概率(Twotailed)。（P＞0.05，不相关；P≤0.05，相关，显示*号，当P≤0.01时，将显示**号，说明相关度明显）。数据分析结果表明：学生的学习成绩与其物理图景素养之间呈现高度的相关，说明从提高学生物理图景素养水平入手是有效提高物理学习成绩的途径。
(2)学生对模型、图景等术语及其在物理学和物理学习中的作用认识不够。大部分学生不能理解建立模型的思想，模型、图景等术语在脑海中只是以潜意识、不自觉的形态存在，他们并不能理解物理图景的实质。
(3)由于没能充分认识到物理图景在分析和解决问题中的作用，以及建立清晰物理图景时遇到的障碍，导致学生图景意识弱和过于注重套公式解答问题。但是，这部分学生却渴望着能够通过形象化的方式学习物理。
(4)大部分女生在这方面的能力和空间想象力弱于男生，对对象在一定时间内的空间变化过程感到难以进行完整地想象与分析。
(5)很少学生主动关注教科书上的插图，在分析问题和解决问题的过程中不善于利用形象表征协助抽象思维，利用草图、示意图、图像等手段描述物理概念、过程。
(6)中学生的物理图景素养水平总体水平较低，很少学生对物理图景产生偏好。
三、关于提高学生物理图景素养水平的建议
在探讨与分析物理图景涵义和调查目前中学生物理图景素养主要问题的基础上，本文提出了关于提高中学生物理图景素养的五点建议。
1.注重观察与实验教学
帮助学生在头脑中形成大量的在特定条件下的物理现象和过程的图景。教学中注意将生活图景转化成物理图景，做到真正的学以致用。传统文化在我们民族身上沉积下来的是“君子耻于器”的观念，在思维特征上是抽象逻辑思维占整个思维的主导地位，忽视形象思维，反映在教学上，则是轻视直观教学。与初中生相比，虽然高中生的抽象思维和概念思维能力开始加强，但教学中仍然不能忽略直观和形象而单纯地训练其抽象逻辑思维能力。
2.善于选用现代教育技术手段进行情景教学
多媒体和网络技术可以对信息进行编辑和再现，可以对物理情景进行教学细节放大、过程延缓和实验模拟，等等，这有利于帮助学生形成生动的、立体的物理图景，从而强化学生头脑中的相关表象，促进其物理思维活动。
3.物理教学中渗透物理图景知识
帮助学生了解物理图景、物理模型的概念与科学方法。通过物理教学过程，让学生有机会感受物理图景素养的重要性，从而帮助学生树立提高物理图景素养水平的意识。
4.培养学生建立物理图景的能力
引导学生遇到复杂问题的时候，通过唤起已有物理图景，形成新的物理图景，便于从整体上认识问题的习惯。当两个物理现象的效果相似的时候，可以引导学生将其中一个图景等效转化为另一个图景来处理。当遇到文字表述的物理问题的时候，要帮助学生首先通过审题，在脑中构想出物理图景，实现语言与物理图景转化的习惯，当然，教师也可以有意识地减少练习中的原始图形，改用纯文字表达，训练学生对此构想物理图景的能力。此外，还要强调类比在学习中的运用，可以将抽象的概念和微观世界的物理图景与宏观的物理图景作类比，实现新旧知识的联系，发展学生的想象力。
5.培养学生运用物理图景解决问题方式的习惯
物理图景素养的培养是一个长期的过程。教师在讲解物理知识时，不能把课本上的每个概念和每一条规律像扔砖头一样扔进学生的头脑中，而必须对教学内容进行创造性的重组，给学生以物理学科的整体结构，形成一个完整的物理世界图景。这就要求教师自身头脑中对物理图景有清晰的认识，并且能够在教学过程中有意识地将这种图景思维方式传达给学生。还应该注意启发学生去鉴赏物理图景的简单、对称、统一之美，在不断地探索新现象、揭示新规律、提出新问题、建立新概念、新理论的过程中，按照美的语言、方式、内容等构建出一幅幅美的物理图景。