摘要：十九世紀末葉，物理學上一系列重大發現，使經典物理學理論體系本身遇到了不可克服的危機，從而引起了現代物理學革命。由于生產技術的發展，精密、大型儀器的創制以及物理學思想的變革。這一時期的物理學理論呈現出高速發展的狀況，研究對象由低速到高速，由宏觀到微觀，深入到廣垠的宇宙深處和物質結構的內部，對宏觀世界的結構、運動規律和微觀物質的運動規律的認識，產生了重大的變革。

　　關鍵詞：物理教學,教學制度,高等教學論文

　　相對論和量子力學的建立，克服了經典物理學的危機，完成了從經典物理學到現代物理學的轉變，使物理學的理論基礎發生了質的飛躍，改變了人們的物理世界圖景。1927年以后，量子場論、原子核物理學、粒子物理學、天體物理學和現代宇宙學，得到了迅速的發展。

　　物理學向其它學科領域的推進，產生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，并為現代科學技術提供了新思路和新方法。現代物理學的發展，引起了人們對物質、運動、空間、時間、因果律乃至生命現象的認識的重大變化，對物理學理論的性質的認識也發生了重大變化。

　　越來越多的事實表明，物理學在揭開微觀和宏觀深處的奧秘方面，正醞釀著新的重大突破。現代物理學的理論成果應用于實踐，出現了象原子能、半導體、計算機、激光、宇航等許多新技術科學。這些新興技術正有力地推動著新的科學技術革命，促進生產的發展。而隨著生產和新技術的發展，又反過來有力地促進物理學的發展。這就是物理學的發展與生產發展的辯證關系。

　　與傳統教學不同，建構主義主張采取個人或小組的自主探索與學生集體中的合作學習相結合的方式學習。在這種學習中，反饋并不是直接來自教師，而是來自經操作所造成的外界物理環境的變化、學生自身內部的監控和學生集體中的不同見解的交流。在教法設計和教師的作用方面，建構主義反對教學對學生認識過程的直接干預，這些都使教師的作用發生了很大的變化，由教學過程的設計者和控制者，轉變為問題情境及學習資源的設計者和提供者。在教學過程中，教師是學生學習的促進者，發揮組織、向導和示范的作用。所以在探索與合作學習中的教學技能，也與傳統教學中的教學技能有很大的區別。這些技能將主要體現在探索性課題的開發、問題情境的設置、學習資源的開發與利用、必要的認識過程腳手架的設計與實施、必要的原型示范的設計與提供、合作學習的組織與評價這些方面的教學行為中.這里只對探索性課題的開發加以討論.

　　探索性課題的開發

　　所謂探索性課題的開發是指，將什么教學內容設置為建構性的探索式學習。這是進行探索式教學的第一步，也是最關鍵的一步。雖然將什么教學內容開發為探索式學習具有很強的靈活性和個性特征，但也不是無規律可循。因為這種學習應該實現建構主義所提出的能力發展目標，而這些目標的實現是有規律的，抓住這些規律就找到了探索性課題開發的線索，并使探索式學習的教學更有目的性和有效性。如前所述，建構性學習應發展學生的認知能力、實踐能力和創新能力。心理學的研究表明，這些能力的信息加工過程有其各自的特點和規律，將這些規律與物理學科的內容特點相結合，就構成了開發探索性課題的基本方法。

　　發展認知能力的探索性課題的開發

　　認知能力是指學生在主動地利用原有知識經驗去獲取新知識的學習過程中，對認知結構的建構能力。建構的內容包括兩個方面：一是使新知識獲得心理意義，并使原有知識結構得到重組;二是對自主學習過程中建立目標、制定計劃、診斷和調控等信息加工經驗的建構，即認知策略和元認知能力的建構。在這種目標的導向下，我們就可以依據學生原有知識經驗基礎的水平，將那些有可能通過學生的自主學習對認知結構進行建構的教學內容，開發成探索式學習。

　　例一、關于“長度的測量”的討論。認知能力的發展不僅表現為用原有知識經驗去獲取新知識的能力，同時不表現為對原有認知結構進行重組的能力。所以設計某種課題的討論，使學生的原有認知結構得到重組，從而發展這種能力，也是開發探索式學習的一種方法。在這一課題中，學生學過簡單的長度測量的概念，也使用過刻度尺，但離正確測量相隔較遠，不能建立聯系。

　　另一方面，在學生生活經驗中，形成了比較牢固的粗測物體的長度的經驗，盡管學習了正確測量的概念的文字表述，但一遇到具體問題時，往往錯誤地把粗測物體的長度與正確測量聯系了起來。針對這種情況開展如下的實驗討論，可實現學生認知結構的重組。討論題是：提供長短、最小分度值、薄厚均不同的刻度尺,讓學生測量物理課本的長和寬,因為工具不同,擁有短尺的學生就無法測量;第二,讓學生測量練習本長和鋼筆尖的寬,學生又發現,最小分度值過大;第三,學生中會有只讀準確值,而不讀估計值的現象;第四,讓不同的學生測量同一物體的長度,會得到不同的結果……通過對學生結果的評判,及學生的實驗,通過這種探索式討論對一物體測量時應該采取的正確的做法是:①先估測物體的長度;②根據實際要求選擇合適的測量工具;③具體測量是應注意的操作事項;④測量時數值的讀取;⑤誤差的減小等問題.這樣一來,可以加深對長度測量的理解，并使之與其他帶刻度儀器之間建立起聯系和區別.

　　例二、初中物理“固體壓強”的教學內容。建構主義不僅強調對新信息的意義建構，同時還強調對認識過程的信息加工方法的建構。在物理學中，對多變量的問題采用變量控制的手段是一個普遍的研究方法。所以學習應用這一研究方法就可以發展這方面的認知能力。從這一能力發展的目標出發，可以將“固體壓強”的演示實驗，開發成學生的探索性實驗。首先引導學生回憶在“密度”學習中對體積進行變量控制的方法，以及在“速度”的學習中,分別對路程和時間的變量進行控制的研究方法.然后提出在固體壓強中，壓強與哪些因素有關，具體是什么關系的研究課題。要求學生設計實驗并得出結論。學生首先要明確總任務的要求，然后將其分解，先定性研究壓強都以哪些因素有關，然后再定量研究壓強與這些因素的關系。學生在研究定量關系時會發現，不能同時研究壓強與壓力和受力面積的關系。這時需要學生采用變量控制的研究方法，調整原來的定量研究計劃，采用變量控制分步研究的方法。從這一研究過程中可以看出，學生要明確探索任務，制定計劃，在探索過程中監控實施計劃的情況，調整計劃，應用策略等一系列元認知和認知策略的能力，從而使這些能力得到了發展。

　　建構性學習的顯著優勢是有利于創新能力的發展。創新能力由創新意識、創新思維和創新實踐能力構成，其核心是創新思維能力。心理學研究表明，創新思維主要由形象思維、直覺思維、發散思維和邏輯思維構成。將這些思維能力的信息加工規律與物理教學內容相結合，便形成了開發培養這類能力的探索性課題的方法。

　　發展形象思維能力的探索性課題的開發

　　形象思維在學生的物理學習中起著極為重要的作用。如果學生對物質的微觀、宏觀結構的形象、對特定條件下的物理現象和過程，不能在頭腦中形成清晰準確的物理圖景，就不能把語義知識與現實過程有機地聯系起來，也就難以正確地進行分析、推理、判斷等邏輯思維活動。

　　例如:學生對磁體周圍空間存在磁場且對放入其中的磁體有磁力的作用的理解.因為學生對這一物質的存在方式無形象的概念,在為學生建立形象概念時,不妨借用水果實物,滴水在水果花蒂上,讓水緩慢沿水果表面流向下方,水流所經過的球面可以人為是中心軸--磁體周圍的一層空間,多曾空間的重疊,由里及表,即為磁體的周圍空間.且對放入其中的磁體有磁力的作用.這樣一來,學生對磁場這種物質的存在方式就有所理解了.

　　另一方面，如果能夠將邏輯思維中的原理假設與一些原有的事物表象結合起來，在頭腦中構成未曾見過的新形象，這便是想象。而基于形象思維的想象是創新活動的一個重要源泉。

　　例如,在物理學中，理想化模型和理想化實驗都是一種重要的研究方法，這實際上是邏輯思維與形象思維相結合的產物。在物理練習中，可以依據這一方法開發一些這樣的習題，培養學生的形象思維能力。

　　美國人經常在對自己的孩子描述中國的地理位置時說：“如果從我們腳下打一個洞，一直通到地球的另一邊，那就是中國了。”試問，如果將一個物體從洞的一端釋放下去，它將做怎樣的運動?答案應該是做簡諧振動。在考慮物體相對于地球的運動時，就不能再把地球視為質點了，而是要想象在物體運動的過程中，地球質量相對于物體的分布情況，從而判斷出物體受一個恢復力的作用，所以運動過程是簡諧振動。類似的理想實驗還可以有，“如果將木球斜拋入水中，不計水對球的磨擦阻力，木球將怎樣運動?”

　　發展直覺思維能力的探索性課題的開發

　　直覺思維也是物理研究中重要的發現源泉。科學家在積累了大量的實驗觀測資料后，就轉入尋找其關系的冥思苦想中，而突然頓悟，提出猜想和假說，便是直覺思維。直覺思維的信息加工對象是事物的關系屬性，是對事物間關系的直接聯想與猜測。

　　例一、初中物理“浮力”的教學內容。首先教師演示：分別把木塊和鋁塊浸在水中，放手后看到木塊上浮，鋁塊下沉。提出問題：“木塊上浮顯然受到了浮力的作用，那么鋁塊下沉，它是否也受到浮力的作用呢?”教師示范演示，將掛在彈簧秤下端的鋁塊浸入水中，請學生觀察彈簧秤的讀數，并組織學生討論，得出沉沒在液體中的鋁塊也受到浮力的作用，浮力的大小可以通過彈簧秤的讀數差來計算的結論。將學生分成小組進行探索性實驗。每小組有如下器材：裝有適量液體的量筒(不同小組用不同的液體)、彈簧秤、鋁塊、線。把鋁塊掛在彈簧秤下方，讓學生按表格要求做實驗：

　　浮力探索實驗

　　觀察記錄

　　實驗步驟 彈簧秤讀數如何變化?記錄讀數 量筒液面到達的刻度如何變化?記錄讀數

　　鋁塊在空氣中

　　鋁塊約1/3體積浸入液體

　　鋁塊約1/2體積浸入液體

　　鋁塊浸沒在液體中

　　鋁塊浸沒后繼續下沉(但不碰底)

　　對以上的實驗數據提出探索任務：①計算出每種情況下鋁塊所受浮力的大小;②比較前兩次浸入液體中鋁塊所受浮力的大小，說明其原因;③比較最后兩次浸沒在液體中時鋁塊所受浮力的大小，說明其原因;④最后思考除了用彈簧秤測浮力的方法之外，還可能有什么方法可以得到浮力的大小?

　　學生可能的探索結果有以下幾種情況：鋁塊受到的浮力不同與浸入液體中的深度有關;鋁塊所受的浮力只與浸入液體中的體積有關;鋁塊浸入液體中的體積等于它排開液體的體積;鋁塊受到的浮力是力，它排開的液體有重量，也是力，有可能兩者數量相等，這樣只要知道所排開的液體重量就可以知道浮力了。

　　組織全班學生進行合作學習，相互交流，可以彌補學生中某些不全面的認識。可以看出在這一探索過程中，學生要通過直覺思維發現物體浸入液體中的體積與物體排開的液體體積之間的關系。這正是阿基米德在洗澡時的直覺思維結果。當然表中的最右邊的一列數據給學生提供了進行直覺思維的暗示。由于各小組學生所用的液體不同，如果細心的話，在班集體合作學習中，會發現各組測出的浮力大小不同。這一現象是引導學生對物體排開的液體重量，與物體所受到的浮力之間的關系，進行直覺思維的重要線索。

　　發展發散思維能力的探索性課題的開發

　　在物理教學中有許多內容都可以發展學生的發散思維能力。

　　例如:一題多解、用不同的認識方法取得同一知識結果、設計不同的實驗方法驗證物理規律等。對于具有這些認識特點的教學內容就可以開發成探索式的學習。

　　例如，某中學在開展物理小制作的活動中，要求學生制作“桿秤”。在制作后的討論活動中，一個同學提出“能否用一把最多能稱20千克的桿秤稱出一個26千克的物體的問題。”最后還是他自己演示了他的方案，如圖2所示。

　　又如，在制作潛水艇模型時，雖然多數是根據靠改變自身的重量來實現潛水或上浮的。但有個學生的作品是靠改變自身的體積(從而改變自身受到的浮力)來實現的。如圖3所示。(以上兩個小制作摘自 白炳漢等編《中學物理教學方法跟蹤研究》)

　　還有某些學生在學習了密度和浮力的知識后，學生設計測量木塊密度的方案，這一活動充分地調動了學生的發散思維，學生們設計出利用定義法和利用漂浮條件測量的很好的方法,充分表現出學生的創造力。

　　發展邏輯思維能力的探索性課題的開發

　　邏輯思維雖然不直接產生創造性的活動，但它是創造性活動的基礎。例如，阿基米德在發現浸入水中物體的體積與物體排開的液體體積之間的關系之前，也曾洗過千百次澡，但那時為什么沒有發現呢?這是因為當阿基米德接受了測試皇冠是否是純金的任務后，用密度的理論知識經過了嚴密的邏輯思考，得出問題的關鍵是如何測出不規則物體的體積。在此指引下，將思考集中在皇冠體積的獲得上，才有可能產生直覺思維的發現。

　　又例如,奧斯特在給學生上課時,突然發現,給導體通電時,旁邊放置的小磁針就會發生偏轉.直覺告訴他,電與磁之間存在著某種特定的聯系.物理教學中，發展邏輯思維能力的課題往往是用學過的理論去解釋新現象時產生了矛盾，從而對原有理論進行發展的情況。

　　在物理學的研究中，實證邏輯也起著很重要的作用。僅從一個現象或某方面就下結論，往往會導致錯誤。例如，在講授光的色散內容時，演示了白光通過棱鏡后散成了彩色光。教師提出問題：“通過這一現象能否下個結論，即，白光是由各種色光復合而成的?”經探索發現，按照實證邏輯的要求，僅從上面這個現象得出結論還存在兩個不確定性：①有可能是由于棱鏡改變了白光的性質，使之成為各色光;②色光有可能也是由其它色光復合而成的。學生探索如何用實驗來驗證這兩個邏輯假設。探索結果是：必須進行將彩色光通過棱鏡后又還原為白光的實驗，從而排除了第一種不確定性。因為如果棱鏡改變了光的性質，彩色光就不能再還原了。就如同生米煮成了飯，飯不可能再煮成米的邏輯一樣;另處再進行單色光通過棱鏡仍然還是單色光的實驗，從而排除了第二種不確定性。

　　結論

　　綜上所述，從能力發展的目標出發，掌握各項能力的心理學含義，將各項能力中的信息加工規律與物理教學內容的特點相結合，就形成了開發探索性教學課題的基本方法。