破解“钱学森之问”,
从培养
“问题提出”意识和能力开始
随着教育改革的不断深入,教师如何转变陈旧的教育观念,全力促进学生创新精神和实践能力的发展已成为亟待研究解决的问题之一。长期的物理教学实践表明,在教学过程中想方设法增强学生的问题意识,调动学生提出问题的积极性,方可让学生变被动掌握"静态"的物理知识为主动探索、研究"动态"的物理过程,从而真正成为学习的主人,活化对物理学内容实质的理解。
提出问题的能力是指从外界众多的信息源中,阐明自己所发现的、或者筛选出有价值的信息的能力。著名物理学家爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要,因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题、新的可能性,从新的角度去看旧的问题,却需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步。”
正如法国著名文学家巴尔扎克所认为的那样:打开一切科学的钥匙都毫无异议的是问号,我们大部分的伟大发现都应该归功于“如何”,而生活的智慧大概就在于逢事都要问个为什么。本文拟从这一角度探讨培养"问题提出"意识、能力的必要性及方法。
一、从“有意义学习”理论及"耗散结构“理论透视"问题提出”
美国著名认知心理学家奥苏伯尔认为,有意义学习就是学习者通过有意识地努力探索,在新知识和自身的认知结构中已有观念之间建立起实质性的、稳固的联系。它首先指向的是学习过程,从心理学角度看,这个过程也即内化过程,包括同化和顺应。所谓同化是指学生把新的知觉要素或刺激整合到原有的认知结构中去;所谓顺应是指当新的知觉要素或刺激不能被整合到原有的认知结构中去时,就会产生认知不平衡,必须修改或创造新的认知结构,使认知达到新的平衡,进而建立新的认知结构。由上可知,不论是同化还是顺应,学生在接触新信息的过程中,必须将新信息同原有认知结构中的旧信息作比较,以"固定"或"类属"新信息,即找到信息的"停靠点",这一比较过程实质上是学生对自身认知结构的"再建构"过程,在这一过程中学生只有具备较强的问题意识,对新信息进行批判性的分析,或者对自身认知结构持有怀疑态度,才能找到新旧信息之间的"融合点",进而充实、完善自身的认知结构。
比利时学者普利高津于1969年首先提出和创立了"耗散结构"的概念和理论,成功地揭示出一切系统的发展都是由简单到复杂、由低级到高级、从无序到有序,趋向非平衡状态。耗散结构理论认为:一个远离非平衡状态的开放系统,只要通过不断交换物质与能量,在外界条件变化达到一定的阈值时,系统可以产生突变(实际上是一次飞跃——质变),从原有的混dun无序状态转变为更高级的有序状态,有序的组织可以通过一个自组织过程从无序和混dun中自发地产生出来,这种在远离平衡情况下形成的、依靠不断地耗散外界的物质和能量来维持的新的有序结构,即为耗散结构。现代教育科学研究认为,人脑系统是一个耗散结构,伴随着负熵的输入,就会导致系统处于非平衡态,进而能有效吸纳新信息,同外界进行信息交流,解决新问题,实现由简单到复杂,由无序到有序。
一个系统只有在充分开放的条件下才能有序。因为有序的结构需要不断地输入大量的信息,并与外界环境不断地进行交换信息才能维持,而封闭孤立系统是无法与外界环境进行信息交换的,始终都只能变为混dun无序。学生在学习中只有通过不断地提出问题,主动对新信息及原有的认知结构进行积极加工,才能使自身的认知结构不断地从混dun到有序,因为问题提出是信息流动的动力,是负熵输入的基础。
二、“问题提出”的一般方法
从以上“认知结构”角度讲,一个富有"问题提出"意识及较强"问题提出"能力的学生,必然是一个在认知过程中掌握主动权的积极的信息加工者。在物理学习中善于提出问题的学生通常能对物理学本质有着良好的体验,在其大脑中有一个非常明晰的"物理学认知结构",从而能确立明确的学科学习目的,能在看似没有问题可提的情况下峰回路转,达到"柳暗花明"的境界,因而,久而久之对物理学习过程就比较投入。
比如,他们认为自己对物理的兴趣和追求主要是因为"物理知识与生活中的现象的联系很密切,研究物理问题不会感觉枯燥";"物理的思维方式使人受益匪浅,一些物理公式具有数字和艺术的美感";"物理是一门灵活运用所学知识的学科",等等。
从"主体性教学"的角度讲,培养学生的"问题提出"意识及能力就是要尊重学生的主体地位,激活学生的主体能动性。学生的学习不能一味地依赖教师的教,"提出问题"不能简单的理解为教师向学生提问的单向性,而教师只能起旁敲侧引的作用,更重要的是学生要学会提出问题的方法,教学过程中的"道而弗牵、强而弗抑、开而弗达"也正是这个意思。
1、因果法:观察到一个物理现象时,就要开动脑筋问一问产生这一现象的原因是什么。例如,感应圈能输出上万伏的电压,而其输入电压却只有十几伏,为什么它能产生如此高的电压呢?
2.、类比法:比较同一物理规律在不同情境下的应用;不同概念,不同规律之间的异同;比较某一瞬间前后情况的变化;比较互相矛盾的解释、说法和理论;比较新事物和旧理论之间的矛盾和类似现象之间的异同,从中发现问题。例如,惠更斯曾对光和声这两类现象进行比较,发现他们具有一系列相同的属性:直线传播、反射和干涉等。而声是一种波动,由此,惠更斯提出"光波"这一概念能否成立的问题。
3、验证法:对推理得出的结论,能设计实验加以验证吗?反之,实验中发现的规律、现象能从理论上加以论证、解释吗?
4、扩大法:从特殊情况或现象中总结出的规律,推广到更大范围或一般情况还能成立吗?这规律是具有普遍性还是只适合于某些特殊情况?怎样改动才可以应用到另外的情况?
5、极限法:在通常情况下出现的现象或成立的理论与规律,放到极端条件下还会出现或成立吗?会不会出现新的问题?比如说现实世界是有摩擦力的,如果没有摩擦力,世界上的事物将变成什么样子呢?
6、变化法:如果原因改变,结果会怎样?
7、转化法:物体的性质能在一定条件下转化吗?
8、逆反法:正面的问题,反过来会怎样?正定理成立,逆定理也一定成立吗?例如,法拉第在研究电磁现象的过程中,从电与磁的对称性出发,提出既然电流能产生磁场,那么,磁场能否产生电流呢?经进一步的实验总结和理论分析,得出了轰动一时的法拉第电磁感应定律。
三、物理教育中培养学生"问题提出"意识及能力的方法
物理学研究始于问题,提出问题对物理学研究来说意义重大,诺贝尔奖获得者、著名美籍华裔科学家李政道说:"对于科研工作者来说,最重要的是自己会不会提出正确的问题",而物理学家海森堡则说:"提出正确的问题,往往等于解决了问题的大半"。
1900年4月27日,开尔文在英国皇家学会以"19世纪热和光的动力理论上空的乌yun"为题所作的长篇演讲中,虽然认为物理学是万里晴空,但又说:"动力学理论断言热和光都是运动的方式,可是现在,这种理论的优美性和明晰性被两朵乌yun遮蔽得黯然失色了。第一朵乌yun是随着光的波动理论而出现的。菲涅耳和托马斯·杨研究过这个理论;它包括这样一个问题:地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动呢?第二朵乌yun是麦克斯韦一玻耳兹曼关于能量均分的学说。"后来的历史发展告诉我们:正是这"两朵乌yun"导致了现代物理的两个重大理论的建立,即相对论和量子论的建立。因此问题往往预示着伟大发现。重大问题必定带来现有理论的大突破、大发展。
从以上事实可知,物理学研究与创新的起点不是已有的问题,而是从现象和事实中提出新的问题。提出新问题是科学研究的最重要一环。一个人一旦向自己提出了某个问题,产生解决它的欲望,形成了"问题意识",就能够更敏锐地感受和觉察与该问题有关的信息,提高对无关信息的抗干扰能力。问题使人的注意力具有明显的指向性与选择性,对持续进行有目标的思维、探索活动形式具有显著的激励功能。
张广强 :写的很好。(2018-11-23 16:55)
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李润泽 :回复@张志龙 :(2018-11-21 10:03)
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郑芳芳 :(2018-11-19 20:30)
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张志龙 :(2018-11-19 19:40)
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