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中学物理与素质教育—兼谈物理教材为加强素质教育所作的努力
在有关素质和素质教育的众多文章和议论中，这两个概念的含义不尽相同。本文所谈的素质，主要指社会文化素质，即指人的价值观、道德品质和行为规范、科学信念和科学精神、文化科学知识、劳动生活技能、审美观和审美能力等。社会文化素质是人通过环境和教育在后天形成的。本文所谈的素质教育，指的则是以全面提高学生的身体素质、心理素质、社会文化素质为目标的教育。一、两种物理教育观
中学物理教育的目标是什么？尽管建国以来历次教学计划和教学大纲的说法不尽相同，其基本目标都是要与其他学科和其他学校活动一起，“培养有理想，有道德，有文化，有纪律的社会主义公民”（《全日制中学物理教学大纲》，1990年4月第二版）。但是，在实际工作中，两种不同的实践反映出来的却是两种不同的物理教育观。多数人的作法实际是在努力把学生培养成为物理专业工作者，另一种则是力图使物理课程在培养高素质公民的过程中作出贡献。
1. 两种教育观对重点知识的不同认识
中学物理的教学内容分为重点知识、重要知识和一般常识。什么是重点知识？举例来说，一般认为牛顿第二定律是重点知识。1990年教学大纲(修订本)在高一和高三两次安排了牛顿第二定律的教学。按照现行高中课本，包括必修和选修两部分内容，牛顿第二定律和为这个定律做铺垫及随后巩固的教学约达七、八课时，若考虑到其后在学习牛顿第三定律及力学单位制时肯定要出现的有关第二定律的练习，所占课时数还会大得多。关于运动学的三个公式的教学也有类似的情况。如果把这部分内容所需的预备性知识，例如力的分析，所用的教学时间也包括在内，所占课时会更多。至于高三总复习，这部分内容所用时间的比例就更大了。
高素质公民的一个重要标志是能够适应未来技术化的社会生活，但在实际生活中，很难想象在什么场合会用到“连接体”等高中物理中这类典型问题。即使将来从事科技工作，如果不是去作大、中学的物理教师，恐怕也很少需要在这样的层次上去应用牛顿第二定律。
产生上述问题的原因，是因为这些同志们认为，在中学的有限课时内，应该多学一些“主干知识”。所谓主干知识，则是那些在物理学中影响全局的，掌握不好就无法进一步学习的，也就是说，考虑得较多的是物理学科本身，而非公民素质的需要。
不适当地强调本学科的主干知识，占用了较多的教学时间，使得我国物理教学内容过窄、过旧，不利于学生科学素质的提高。
英美的教育制度不像我们这样整齐划一，学生在高中阶段可以自己决定是否学习物理课或者学习哪种类型的物理课。他们有若干物理教学大纲（或考试大纲）和很多种物理教科书，各具特色，侧重点不同，可供师生选择。以美国一本有名的CONCEPTUAL PHYSICS为例，关于牛顿第二定律，书中只有一个由力和质量直接计算加速度的例题，章后也只有一个这样的计算性习题；但是这本书却较为深入地分析了有空气阻力时落体的运动，包括降落伞的作用等实际问题，这类内容在实际生活中有重要应用，却是我们的课本中所没有的，原因是这类问题派生于牛顿定律，况且由于中学数学知识所限，不能进行“深入的、定量的”研究。
附带说一下，英美也有一些旨在培养未来物理学家的中学物理课本，但是这些课本在牛顿第二定律、运动学定律、力的分析等老问题中并没有像我们这样下功夫，他们用全新的现代物理的观点研究物理学，其实这才是培养物理学家的道路。这个问题不在本文深入讨论。
2.对于应用性知识在物理课程中的作用，两种教育观有不同的认识
物理学是一门应用性极强的学科，没有物理学就不会有我们今天的文明生活，这一点没有争议。拿我国90年代的课本和50年代的相比，可以看到联系各种产业和日常生活的例子大大增加了。在九年义务教育物理教学大纲（1992年颁布）规定的教学目的中，物理知识的应用和物理知识本身是同等重要的。这些都是很大的进步。本文要谈的问题是，在不同的教育观的支配下，在课程、教材和教学中，对于物理课程中应用性知识的处理是不同的。
科学素质，作为公民素质的重要组成部分，不仅指较为丰富的科学知识，而且包括把这些知识应用到日常生活和本职工作中的能力。教学中的应用性实例有多种作用，第一，给学生指出，在实际生活中，什么地方用到了这些知识；第二，这些实例是一些示范，让学生看到，怎样使理论中的公式、条文和现实生活中的问题相互沟通；第三，向学生展示科学技术对于人类社会的意义。我们制定大纲、编写课本和进行教学的人，大多是物理专业出身，在工作中常常不自觉地要把学生复制成我们自己，因此，往往把应用实例处理成诠译理论的工具，好像在物理学中只有系统的理论才是最重要的，因而不能全面发挥教材中应用性实例的作用。这种认识和在它支配下的教育实践是和素质教育的精神相悖的。
义务教育物理教学大纲把知识的应用规定为教学目的之一，为了贯彻这一规定，进一步体现素质教育的精神，在九年义务教育初中物理课本中，编者尝试了从两个方向建立物理理论和实际应用之间的联系：过去的习惯是讲过一段理论之后讲一讲理论的应用，以说明理论的重要意义；现在在保留这种形式的同时，也从另一个方向上加强了理论和应用之间的联系，即抓住了一些场合，从实际问题出发，向学生介绍怎样在实际问题中找出科学道理，以深化对于问题的认识并进一步解决问题。在义务教育物理课本第二册中较多地作了这种尝试。在这些尝试中，有的需要综合运用某些物理知识，如“生活用电”，有的要求讲清原理，如“热机原理”，有的要提及技术层次的某些考虑，如“能源和节能”。关于技术层次的讨论，需要说明的是，自义务教育教材的编写以来，编者力求改变长期以来流行的重科学、轻技术的倾向，在教材中努力体现这样一种思想，即科学发现和技术发明对人类社会的发展同样重要。例如在讨论燃料的有效利用时，对比了煤块、煤粉和煤粒在锅炉中的燃烧效率；在讲到直流电动机时比较详细地讨论了换向器的作用。这些问题不涉及新的物理原理，但正是当年的这些“技术决窍”，推动了科学成果向生产力的转化。
学生应用物理知识能力的提高必须有足够数量的实例作基础。和现行高中教材相比，在用于两省一市的高中试验教材中应用性实例大大增加，在前四册的16篇阅读材料中，9篇是有关实际应用的。此外，还有为数不少的练习和习题介绍了物理知识在各种产业和日常生活中的应用，这点和过去的教材有很大不同。希望老师们了解教材编者的初衷，充分利用这些阅读材料和题目，让它们在提高学生科学素质方面发挥作用。
十分遗憾的是，在市面上众多的复习资料和习题集中，训练学生把物理知识用于日常生活和各种产业的题目几乎没有，它们很难在这方面提高学生的科学素质。此外，目前的各种考试，命题时也不大考虑它们对素质教育会起到什么作用。在作者手头的7个省市近年的15份高中会考试卷中，没有一个实际应用的题目，这使得这些考试在提高学生科学素质方面难以进行正确的导向。值得一提的是，每年三月在全国范围内进行的初中物理知识竞赛，其命题一直强调物理知识的应用，这个导向是正确的。
3. 物理课程与其他科学课程的关系
生活在社会中的人对科学知识的需求是综合的，人们为了教学的方便把它们分成了物理、化学、生物等几门课程，在按照素质教育的要求考虑课程、教材和教学时，不能认为这种课程设置和内容划分以及课时分配比例是理所当然的和一成不变的。
物理学是研究物质结构和运动规律的科学，在几门基础学科中，它的研究对象最广泛，它研究的规律最基本。物理学的研究对象可以是无生命的，但是，生命活动却绝对不会违背物理规律。现在人们常说，21世纪是这门学科的世纪、那门学科的世纪，这是从某学科的发展前景来讲的。这里可以肯定地说，出现了跃进式发展的学科，必然广泛地应用了物理学的研究成果和研究方法。从这个意义上讲，物理学科在提高公民的科学素质方面具有其他学科不可替代的作用。
但是，学科的重要性不能等同于学校中课程的重要性。这里要回到我们的出发点：中学物理课程不是为培养物理专业工作者而设立的，它应该和其他学科有机地结合在一起，为提高学生素质这一总的目标作出贡献。
一个有趣的事实是，我们在谈到中学的三门科学课程时，总是按照物理、化学、生物这样的顺序，而英美的教育工作者则相反，说起来总是生物、化学、物理。在问到为什么把生物课程放到这样重要的位置时，他们说，（按照西方人的观点）人最关心的是自已的生活，而人的身体 医学，人的食物 农业，都是和生物学密切相关的，所以社会舆论对于学校中的生物课程十分重视。他们的说法给我们一个启发：今天的中学生，包括能够考上理工科大学的那部分高中学生，他们之中将来从事物理、化学、生物学的基础研究的人所占比例微乎其微，对于居民中绝大多数的工人、农民、一般工程技术人员和其他许多从业人员来说，到了下一个世纪哪门科学领先并不十分重要，重要的是能够懂得周围的科技环境，适应技术化社会的日常生活，能够应付本职工作中不断进步的技术要求，有能力对于与科学技术相关的社会问题发表意见。
素质教育要求我们把培养学生成为某学科专家的潜意识转变一下，更多地考虑未来的普通公民切身的实际需要，那么学科的重要性、课时分配等难题也就容易解决了。
二、物理课程应该加宽知识面
物理学发展到今天，已经深入到各种产业和日常生活的各个方面。可以说，在生活中到处都能碰到物理问题。在这种形势下，过窄的物理学知识面不利于
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学生适应未来的社会生活，也不利于实现物理课程的其他教育功能。
许多与日常生活息息相关的物理知识，在中学物理课本中却难以找到，即使有，也往往作为选讲处理，多数老师不讲。相对湿度是一个常用的物理概念，夏天，人们对于温度的感觉在很大程度上受相对湿度的影响，在技术上，许多仪器设备对相对湿度都有一定的要求，但它在现行课本中只是一个选讲内容。现在，天气预报常讲降水概率，但是，作为应该具有较高素质的公民，有几个高中毕业生能够比较准确地说出概率的含义呢？现实生活中，有的人看问题片面，以偏盖全，究其认识论上的原因，也和缺少概率与统计的观念有关。其实，作为物理学的重要概念（当然也是数学中的重要概念），在热学和原子物理学中，关于概率与统计的问题本应多作一些文章的。
其他一些物理知识，如角动量守恒、多普勒效应、绝热过程，以及流体动力学的初步知识等，较高素质的公民是应该有所了解的，但是由于种种原因都不能包括在《普通高级中学物理教学大纲（供实验用）》中。
基于以上讨论，正在两省一市试用的新编高中物理课本（必修）在教学内容的选择上做了一定的努力。在尽力限定那些与实际生活距离较远的内容的同时，在可能的情况下以不同形式增加或加强了例如多普勒效应、电话磁卡、电话IC卡、高空气温为什么低、怎样测定古物的年代等与生活常识关系密切的内容。
课本的编写必须遵照教学大纲。由于在降低“主干知识”的要求方面无法加大力度，所以增加的内容也十分有限。
目前我国中学生的课业负担过重，物理课尤其被认为“深、难、重”，在这种情况下能否进一步扩大物理课程的知识面呢？解决这个问题的前提就在于能否在正确的物理教育观的指导下较大幅度地降低“重点知识”的要求，不再在这些知识点上“深挖洞”。只有这样才能解决物理课程“深、难、重”的问题，也才能扩大学生的知识面，使物理课程更好地为提高学生的科学素质服务。
三、必须加强科学方法、科学觉悟和科学精神的教育
如上所述，公民的科学素质首先表现为具有较多的科学知识，此外，还表现为掌握一定的科学方法、具有较高的科学觉悟和较强的科学精神。
1. 科学方法
物理学理论的建立遵循着这样的途径：观察实验（广义的） 假设 设计实验验证假设 理论 通过广泛的实践验证理论……在其他领域，大至科学理论的建立，小至自行车、台灯故障的排除，基本途径都是相似的，有意识地沿着这样的途径去思考问题，寻求解决的方法，是一种重要的能力。 我国的物理课程一直对学生进行“物理学是从实践中来，到实践中去”这样的教育，这次新编高中试验教材在坚持这个优良传统的同时又作了以下努力。
首先、注意不给学生造成这样的错误印象，好像通过课堂上的一两个实验，收集三五组数据就可以得出一个物理规律。要让学生认识到，课堂上用于归纳物理规律的实验不过是科学方法的一种演示。这一点，在新教材中多次做了特别的说明。
第二、重视“猜测”在科学发展中的作用。我们一直重视从事实归纳科学规律，而后用演绎的方法利用这些规律去解决问题。这样作是正确的，但有两点常被忽略。其一，单纯的演绎不能得到新的认识；其二，单纯的归纳得出的规律只适用于与原型相同的场合，不能成为普遍规律。这两点都告诉我们：创造性思维需要猜想。在新编高中试用教材中，编者多次正面提到“猜一猜”、“可能”这样的词语，这在过去是十分忌讳的。
最后，在新编高中试用教材以及九年义务教育初中物理教材中，多次应用并正面介绍了某些普遍适用的科学方法，例如控制变量法、用比值定义物理量的方法。新教材中还渗透了使用仪器设备时把它们视为“黑箱”的思想方法。在使用多用电表和使用示波器的教学中，教材有意识地把它们作为“黑箱”处理，即不引导学生考虑它的内部结构和原理，只让学生注意它们的两个界面与被测电路的界面和与使用者的界面。新设备、新电器层出不穷，任何人都不可能全面掌握它们的结构和原理，能够有意识地用“黑箱”的思想方法处理问题是一种十分有用的能力。
能否掌握一定的科学方法是人的素质高低的重要表现之一，近年来，方法教育已经得到很多物理教育工作者的重视。但是，方法教育只能以知识教学为载体，以潜移默化的方式进行，不能把科学方法异化为新的知识点。这个问题在《普通高中物理教学大纲（供试验用）》中已经明确指出。高中物理试用教材以旁批的形式在适当时机指明某些常用的科学方法，起到了画龙点睛的作用。
在一门课程中学到的科学知识是有限的，对于不以物理学为自己专业的学生，某些知识的细节可能以后再也不会用到，但是通过这些知识的学习所掌握的科学方法却可以迁移到社会生活的方方面面，甚至自然科学以外的其他领域，使人终生受益。因此，在物理课程中不断探索方法教育的内容和方式，是素质教育的一个重要课题。
2. 科学觉悟
科学觉悟，在本文中指的是对于科学技术在人类历史和现实生活中的作用的认识，包括积极的和消极的作用；也指对于科技成果的亲近感。
关于科学技术的作用，已经有很多文章进行了充分的讨论。教材的编者作了一些努力来落实这方面的教育。过去的教材中关于科技成果的应用一般到技术层次为止，九年义务教育初中物理教材和新的高中试验教材则在可能的场合把它延伸到科学和技术对于推动社会发展所起的作用（包括资源和环境问题）。在高中试验教材的阅读材料中安排了一定数量的物理学史的内容，目的之一也是进行这方面的教育。这两套教材都用了一定篇幅讨论资源和环境问题，也是出于这种考虑。
对于科技成果的亲近感是一种重要的科学素质。这样的亲近感属于非智力心理素质，它并不要求人们对新科技成果有深刻的理解，但是从内心里愿意接近它、愿意了解它，在可能的条件下应用它。日常生活中我们可以看到有些人对于新出现的微波炉、IC卡电话，以及过去的压力锅、电子煤气点火器等事物非常关心，有条件时总想试一试，这种作法未必出于具体的功利目的，似乎只是好奇，这就是本文所说的亲近感。相反，有的人，特别是那些本职工作与科学技术距离较远的人，常常对于新科技成果呈茫然、恐惧以至排斥的心态。
许多受过高等教育的人缺少对于科学技术的亲近感，中学里的物理教育是有责任的。究其原因，一是许多学生学不会，二是教学内容远离学生的生活。这样学生自然会疏远物理学，进而疏远一般的科学技术。在课程、大纲、教材和课堂教学这几个环节上，不分学生的学习水平和能力倾向，一律片面强调本学科的主干知识，许多与生活密切相关而又有趣的内容，由于在物理学科体系中处于枝节的位置而不能在中学教材中入选。一门课程如果以这样的面孔出现，怎么能够使人亲近呢？
3. 科学精神
我们的国家曾是一个文明古国，但从几百年前开始，逐渐落后于西方。对于这个现象，可以在经济、政治、文化、社会等多方面进行探讨，从不同侧面寻找原因。从文化传统上看，儒家思想在我们国家统治了几千年，在很多场合道德思维代替了科学思维。在民族心理的深处，重人情、重道德，轻逻辑、轻规则。与西方文化相比，不能不说科学精神有些欠缺。
不唯上、不唯书，不受传统观念的左右，把实践作为检验真理的唯一标准，就是一种重要的科学精神。真正作到这一点并不容易，有时候要经受痛苦的观念转变。供试验用的新高中教学大纲在建国以来第一次把量子论和相对论列入教学内容，目的之一也是进行这样的教育。
质疑的习惯和独立思考的习惯也是重要的科学精神。新编高中物理试验课本和九年义务教育初中物理课本都十分注意从习以为常的现象或“理所当然”的想法中引导学生找出矛盾，展开课题。课本写得思路清晰、节奏轻快，本身就会给学生以潜移默化的影响。如果有的实验在课堂上做不了，有的理论推导对中学生说来预备知识不够，或者有的推导或运算是留给学生自己完成的，那么这些地方都有明确的交代，不丢失任何一个思维环节，也就是说，绝对不给学生养成死记硬背、人云亦云的坏习惯。
相信科学技术的力量，是又一种科学精神。关于技术，除了一般理解的产业技术外，还有管理技术，包括使用符号的技术。在工业社会里，管理庞大的企业、管理复杂的社会，需要技术，它是产业技术的延伸。企业和社会的法制化管理，则是科学学科的公理化体系的延伸。科学教育不仅在传授科学知识，它还在塑造人，塑造人的价值观、行为准则和思维习惯。目前一些学校中，对于不准备升入理工科大学的学生，物理课教学不认真，除了应试教育在作怪外，就是对于这门课程在培育学生的科学方法、科学觉悟和科学精神方面的作用认识不够。
四、物理课程和美育
审美素质是人的素质的一个重要方面。美育不仅是艺术类课程的任务，科学课程同样负有美育的责任。物理学作为一门成熟的科学，它把科学的和谐美、简单美、对称美和新奇美全面地展现在我们面前。在供试验用的新高中物理课本中，编者在适当的地方已经用旁批的形式作了指点，目前还只是一种尝试。新教材强调了电学规律与磁规律的对称与不完全对称，同时以注解的形式指出磁单极子存在的可能性，意为向学生展示对称美与对称破缺的美。新教材加强了守恒关系的教学，这也是对称美的一种表现。目前，在科学课程中进行美育的研究还有待进一步深入。
综合以上讨论可以看到，使
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物理教育（进而科学教育）真正转到素质教育的轨道上来，是一个复杂的系统工程，它涉及课程计划和教学大纲的制定、教材的编写，以及广大教师的教学实践。这里既有教育观念的问题，也有考试制度、学校条件和师资水平等具体问题，还要考虑到巨大的教学惯性。这个转变必须得到社会各方面的认可才能实现。因此，向素质教育的转变是一个长期艰巨的任务，我们科学教育工作者任重而道远。
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