下载文档原格式
作者： 邢红军[1];陈清梅[2]
作者机构： [1]首都师范大学物理系,北京100037;[2]北京中医药大学物理研究室,北京
100029
出版物刊名： 课程．教材．教法
页码： 56-61页
主题词： 物理现象;原始物理问题;物理演算;物理习题
摘要：物理学的根源是物理现象，从这一基本观点出发，深入分析目前我国物理教育中存在的问题，依据杜威的经验组织原则、皮亚杰的建构主义理论和生态学运动的要求，提出以原始物理问题教学作为整个物理教育思想和教育方法改革突破口的理论观点。
在物理教育中，与演算对应的物理教育方式是物理习题教学，而与物理现象对应的物理教育方式则是原始物理问题教学，原始物理问题具有特有的教育价值。
这不仅深化了对于物理教育理论与实践的认识，也在一定程度上对物理教育改革具有很好的启示作用。
论物理学发展的科学进化模式及其对物理学发展的启示
邢红军
【期刊名称】《河南教育学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】1997(000)002
【摘要】本文提出了物理学发展的新模式,即理论与实验交替带头的科学进化模式,分析了产生这种模式的原因,为物理学的发展提供了有益的启示。
【总页数】6页(P35-40)
【作者】邢红军
【作者单位】河南教育学院物理系郑州 450003
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.固体地球物理学：当代中国地球物理学的发展势态与在地球系统科学研究进程中的使命 [J], 滕吉文
2.注重内涵,以创新求跨越,持续发展,建设国家物理学基础科学人才培养基地——中国科学技术大学国家物理学基础科学人才培养基地建设总结 [J], 中国科学技术大学国家物理学基础科学人才培养基地
3.从物理学发展看物理学家的科学创新模式 [J], 韩礼刚;陶亚萍
4.物理学家的自然图景的进化——物理学理论过去是怎样发展起来的?如何在过去的发展的启示下,预言它未来的发展? [J], P.A.M.狄拉克;武尚贤;周仲宜
5.2005年度地球物理与空间物理学科项目受理与资助成果——科学家是学科发展的基础,青年科学家是学科发展的希望 [J], 于贵华;于晟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
论物理概念与规律的认知机制：深化与发展
邢红军;赵玉萍;龚文慧
【期刊名称】《课程.教材.教法》
【年(卷),期】2022(42)3
【摘要】在教学中使学生形成、理解物理概念,进而掌握物理规律,并使学生的物理学科能力得到发展,是中学物理教学的核心议题。
研究发现,目前我国中学物理概念
与规律的教学一直停留在创设物理情境、进行思维加工、理解物理意义和运用概念规律的经验层面,未能真正厘清学生形成物理概念与规律的认知机制,在一定程度上
影响了中学物理教学的发展。
为此,本文基于爱因斯坦的概念形成与发展理论、物
理学知识—能力结构以及皮亚杰的认知理论,进一步深化与发展了物理概念与规律
的教学理论,为在中学物理教学中落实物理学科核心素养提供了有益启示。
【总页数】7页(P124-130)
【作者】邢红军;赵玉萍;龚文慧
【作者单位】首都师范大学教师教育学院;首都师范大学教育学院
【正文语种】中文
【中图分类】G633.7
【相关文献】
1.抓好物理概念、规律教学,提高教学成绩——浅议物理概念和物理规律的教学
2.
用“检验”“质疑”等方法深化对物理规律的认知--以“探究感应电流的产生条件”教学为例3.追根求源理解概念拨开迷雾揭示规律——基于学生认知规律的高中物
理概念和规律教学改革实践研究4.要不断深化对物理概念和规律的理解与认识──二谈青年物理教师的成长5.基于学生的认知规律谈初中物理概念教学——以沪科版《科学探究:“摩擦力”》为例
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Vol. 42 No. 2 (2021)物理教师PH Y SIC S TEA C H ER第42卷第2期2021 年论智力的“能量说”与能力的“做功说”邢红军1龚文慧2石尧3赵玉萍2(1.首都师范大学教师教育学院，北京100048; 2.首都师范大学教育学院，北京100048;3.北京中学，北京 100028)摘要：智力与能力作为教育学与心理学的重要概念，长期以来其定义都没有形成统一的认识.为此，基于物 理学理论，提出了智力的“能量说”与能力的“做功说”，将智力定义为是大脑获取能量的本领，而能力则是把大 脑获取的能量用来做功的本领，两者的关系可以通过W=A£建立联系.由于信息以能量为载体（£：=幻），因此，智力与能力在本质上就是信息处理.这不仅给出了智力与能力研究的新视角，而且为在教育教学中培养学生的智力与能力提供了有益的启示.关键词：智力；能量；能力；做功；信息1智力研究的历史沿革智力是心理学领域中一个非常重要的概念，人们对智力本质的揭示一直在不断进行.迄今为止，心理学界对智力内涵的界定依然众所纷纭，未能达成共识，甚至对其含义的界定多达150余种，这就在一定程度上说明，人们对智力本质的认识还很模糊.通过对西方心理学史的悉心考察，我们发现，心理学家曾经对“智力”的含义进行过两次大规模的讨论.第1次是在1921年，由美国《教育心理学》杂志所发起，邀请10余位知名心理学家，以“智力及其测定”为题对智力进行定义，论述对智力本质的看法.第2次是在1986年，由斯滕伯格等人系统地收集了当代心理学家对智力本质的观点，并著于《什么是智力？关于智力本质及定义的当代观点》一书中，同时在这次讨论中，心理学家分为了认知心理学派与非认知心理学派两个派别.在两次大规模的讨论中，心理学家们归纳出来的智力属性共27种，如表1所示.表1智力的属性智力属性1.适应性（有效应对环境的需要）2.基本心理过程（包括直觉、感觉和注意等过程）3.元认知（关于认知的知识）4.执行过程续表智力属性5.知识和加工的相互作用6.较高水平的成分（抽象思维、表征、问题解决、决策）7.知识8.学习能力9.生理机制10.独立的能力（如空间、语言、听觉）l i.心理加工的速度12.自动化的加工13. —般智力14.现实世界的表示（社会的、实践的、心照不宣的）15.文化价值观16.不易定义的、不是一种结构的17. —种学术领域18.在出生时所表现出的能力19.情绪的、动机的结构20.限于学术或认识能力21.在心理能力上的个体差异22.以环境产生的遗传程序的基础23.解决新奇事物的能力24.心理上的顽皮性25.只在期望值中重要26.抑制情感的能力27.外在行为的表示(实际的/成功的反应）研究发现，在两次讨论中，心理学家们对智力的认识存有诸多相似之处.譬如，1921年和1986年心理学家在基本加工（知觉、感觉、注意）和心理加工速度这些属性上看法有一致之处.但随着时间的推移，人们对智力属性的研究发生了较大的基金项目：本文系全国教育科学“十三五”规划2019年度国家一般课题“核心素养的关键能力构成及其表现研究(BBA190024)研究成果之一.第42卷第2期2021 年物理教师P H Y S IC S T E A C H E RVol. 42 No. 2(2021)变化，即不同时期对智力属性的研究有不同程度的侧重.从表面上看，20世纪80年代的心理学家和2 0年代的心理学家对智力属性的认识似乎差别不大，但事实上心理学家对于智力本质的研究还是有进展的，这主要体现在：当代心理学家虽使 用过去心理学家的术语来定义智力，但是这些术语却被赋予了新的意义.此外，过去心理学家们在智力的研究中更加重视期望，而当代心理学家们在智力的研究中则更重视文化因素.1997年，有人曾对一千余名心理学家有关智力的认识进行过调查研究，结果显示，心理学家对 智力的看法有诸多一致的地方，特别是在对智力组成要素的认识上，结果如表2所示.表2心理学家认为智力的构成要素描述同意的百分比抽象逻辑思维/推理99. 3%问题解决能力97. 7%获得知识的能力96. 0%记忆力80. 5%适应环境77. 2%由表2可知，心理学家对智力的理解和认识既重视逻辑思维及推理、问题解决、记忆等能力，又重视皮亚杰等人所强调的适应环境的能力和认知心理学家所强调的获得知识能力.这5个智力 构成要素说明，这些智力组成要素代表了当今心理学界关于智力本质研究的取向.Atkinson,R.L.(1994)[1]从智力研究的内容和方法的角度出发，认为20世纪人们对智力本质的研究经历了 3个取向（approach)的变化：60年代之前是因素分析（factor analysis)取向，60年 代产生了信息加工（information processing)取向，80年代出现了智力的层面（stration of intelligence)取向.虽然取向各有不同，但 毫无例 外地都 认为智力是一种多元结构.纵观以上研究，不难发现，正如美国心理学会主席斯滕伯格所指出的那样，智力是一个很难捉摸的概念.[2]对此，心理学史专家墨菲（K.R.Murphy,1991)亦曾言 ：“很难有 一个人们共同认可的 智力定义（既准确又实用）.因为从历史上看，心理 学家们从来没有得到一个大家认可的定义.”[3]认 知心理学家丹尼斯（I.Dermis,I"6)也认为“目前 心理学界对智力的具体含义，还没有形成统一的认识，而且这是一个难以回答的问题•”W综上所述，迄今为止，智力的定义并没有在心理学界达成一致，这种情况将会阻碍智力研究的进一步发展.有鉴于此，对智力本质及其基本定义展开深入探索就非常必要.[5]2能力研究的历史沿革“能力（ability)”作为人们耳熟能详的心理学“名词”，其概念的界定在学术领域一直存有颇多争议.随着人们对于能力的日益关注，对“能力”的 研究也逐步从心理学蔓延至哲学和教育学领域，并基于不同视角形成了对“能力”概念的不同界定.在这种情况下，为了进一步对能力展开深人研究，就有必要对“能力”概念的界定方式进行历史沿革，在充分把握“能力”概念界定范式的基础上，更为科学、本质地界定“能力”概念，这对于能力的发展具有深远的意义.心理学家对“能力”给予了莫大的关注，把“能 力”誉为影响个人发展及其活动成败的关键要素.对于“能力”的内涵，心理学界存在3种具有代表性的界定.一是美国心理学家奥图的“潜能说”，认 为能力就是潜能，即“人在特定情境中无数可能行为的表现”;二是前苏联心理学家彼得罗夫斯基的“动态知识技能说”，认为能力并不表现于知识、技 能本身，而是表现在掌握知识、技能的深度、速度、难度以及巩固程度等方面；三是前苏联心理学家斯米尔诺夫的“个性心理特征说”，认为能力是“成 功完成某些活动的个性心理特征，是符合活动要求，影响活动效果的个性心理特征的综合”，该观 点在我国拥有众多拥趸.这种观点还指出，能力是 无法离开具体活动而形成及表现的；能力只是顺利完成某种活动的最为有效的心理特征，而非全部心理条件.此外，心理学家将人的能力分为实际能力与潜在能力两类，前者指个体已经展现出的能力，后者指个体各种实际能力展现的可能性，是 在一定条件下人的某种行为可能达到的水平，并 且潜在能力是实际能力形成的条件和基础，实际 能力是潜在能力的最终展现.同时，心理学家还指出，成功完成某种复杂的活动通常需要多种能力的完备结合；能力高的人之所以能取得较好的活动效果，是由于其心理特征的综合与活动的要求相符合；能力和知识、技能联系密切，是掌握知识的必要前提，制约着知识掌握的深度、速度、难度 及巩固程度，同时能力也会在知识掌握过程中得到提高.相比心理学家而言，哲学家更重视能力的意义和价值.他们将“能力”界定为“人的综合素质在Vol. 42 No. 2 (2021)物理教师PH Y SIC S TEA C H E R第42卷第2期2021 年现实行动中表现出来的正确驾驭某种活动的实际本领和能量”，认为“能力是实现个人价值的一种有效方式，亦是社会发展和人类生命中的积极力量'并进一步归纳出“能力”的八大内涵（特性），如表3所示.表3能力的内涵能力的特性特性的诠释显现性人的综合素质在实践中的外化表现全面性主要包括潜能、智力、情感力、意志力、精神力量、实践能力与专业技能、体力、德力可测性人驾驭各种活动的本领大小和熟练程度受动性和方向性受道德和理性引导功能性人的实际工作表现及其所达到的实际成效经验观察性和可确证性人在某种实际行动或现实活动中表现出来的、可以实际观察和确证的实际能量具有“本位性”为实现人的个人价值的一种方式属人性左右社会发展和人生命运动的一种积极力量此外，亦有学者从哲学的角度把能力的特性概括为经验观察性和可确证性、现实性、全面性、质量性、做事的实效性、一致性和属人性.从职业能力开发视角来定义，“能力”又被赋 予新的内涵.此时“能力”的英文对应词也变成了“competency”.其中最具代表性的便是“能力本位教育（CBE)”的能力概念观，共出现过3种不同的能力概念.即行为主义能力概念、普通能力概念和整合能力概念.行为主义能力概念把能力视为一系列孤立的行为，认为能力与完成每一项工作任务相联系，既 可分解，亦可测量.行为主义的能力概念使目标具体化，对操作性强的简单工作较为适合，且易于控制学习过程和进行评价.但它忽视了基本素质的重要性，忽视了团体合作的影响，忽视了在真实的职业世界中人们工作表现的复杂性.此外，从这种 能力概念出发的能力评价，只能测量职业能力表层的技能，无法真正触及到学习者的全面职业能力，效度令人质疑.普通能力概念将能力当做具有普遍适应性的一般素质，认为一般素质是掌握具体任务技能的基础，亦是促进个体能力迁移的基础，能够应用于多种不同的工作情景中.能力具有整体性，整体素 质结构的功能要远大于各能力要素的总和.一般素质的能力概念虽注重创造力、学习力等可广泛迁移能力的培养，但也存有不少问题，一般能力实 际上不一定存在，且这种能力观忽视了具体的工作情境，普遍适用的一般素质并不等同于就业岗位中特定的职业能力.整合能力概念将一般素质与具体的工作情境结合起来，认为能力是个体在实际工作中体现出来的才智、知识、技能和态度的整合，是由个体知 识、技能和态度三者组成的一种复杂的素质结构，与职业情境或工作角色相联系，只有在个体完成特定职业任务时才能表现出来.整合的能力观试图将前两种界定方式结合起来，对能力的界定更为全面、完整，因此在一定程度上避免了前两种能力观的局限，并能辩证地看待个体的一般素质及其在职业任务中的操作表现，但美中不足的是，整 合能力观过于强调能力的一致性，从而忽视了不同类型能力之间所存在的种种差别.上述3种能力观在本质上皆属于典型的特质观，亦即把能力看作是具有跨情境的、稳定性的特 质.澳大利亚职业教育专家单德伯格从现象学观点出发，以关注“生活世界”及人在实践活动中的“意向性”的解释性方法为基础，提出了能力形成的情境观，认为人在完成各种任务时，总是有意识 地运用各种以往经验，并在以往经验和新情境的结合中寻找解决问题的办法.因此，人的职业能力 只能在真实的职业情境中通过实践获得.[6]3智力的“能量说”与能力的“做功说”如前所述，到目前为止，有关智力与能力的定义并没有在心理学界达成一致，有鉴于此，我们提 出了一个新的观点：智力是大脑获取能量的本领，而能力则是把大脑获取的能量用来做功的本领.这里所谓的能量（energy)，在物理学中亦简称 “能”，是物质运动转换的量度，它间接表明了物体 做功本领的强弱.能量有多种存在形式，如光能、热能、电能，机械能的、化学能等能量守恒定律”揭示出不同形式的能量可以发生相互转化，并且 能量在转化过程中既不会凭空产生，亦不会凭空 消失，只能从一种形式转化为另一种形式，而能的 总量保持不变；进一步，由£=心可知，能量与频 率有着密切的联系（能量是频率的函数），而频率 是一个表征“信息”的物理量，因此.可以将能量看 做是信息的载体.把智力、能力与能量联系在一起有着坚实的10第42卷第2期2021 年物理教师PH Y SICS T E A C H E RVol. 42 No. 2(2021)生理学基础.这是因为，作为人类进行智力活动、能力活动生理基础的大脑，其重量仅占人体重的2%，但消耗的能量却高达人体的20%.研究还发 现，当人们在思考时，大脑内的1011个神经元会相互传递信息、处理信息.大脑思考得越多，其神经元需要的葡萄糖（能量）就越多.这里，大脑因自身 生存所需的能量，仅有〇• 1cal/min,而集中精力思 考问题时，大脑消耗的能量则高达1. 5 cal/min.此 时脑神经系统会通过神经- 一血管耦合作用，促 使流经脑部活跃区的血管扩张，血流量大幅度增加，继而提高对脑部活跃区提供能量，满足区域活 动对能量的需求.[7]可见，大脑本身并不是以摄取能量（输人信息）为最终目的的，而是将摄取的能量用来“做 功”，即处理与加工感知的信息，进而完成同化新知，改组旧知，解决问题等一系列活动.基于此，我们给出智力的“能量说”与能力的“做功说”及其关系图，如图1所示.图1智力的“能量说”与能力的“做功说”及其关系图图1表示，智力与能力的关系是这样形成的.首先，机体通过呼吸作用消耗有机物，继而释放能 量，供生命（大脑）活动所需；随后大脑从外界获取 摄人能量，这一过程即为智力形成的过程；接下 来，大脑将从外界获取的能量转化为做功，这一过 程就是能力形成的过程；最后是大脑将不能转化为做功的能量再输出外界，也就是产生了熵.应当特别强调的是，整个过程都包含着信息的获取与加工•对于智力与能力的关系，林崇德教授曾精辟地指出，不应将智力与能力绝对分开，既要看清它 们有一定的区别，更要看清它们之间的联系.首先，智力与能力同属于个性的范畴.如果下定义，智力与能力是成功地解决某种问题（或完成 任务）所表现出的良好适应性的个性心理特征•其次，智力和能力存有一定的区别.一般地说,智力偏于认识，它着重解决“知与不知”的问 题，是保证有效地认识客观事物的稳固的心理特征的总和；能力偏于活动，它着重解决“会与不会”的问题，是保证顺利地进行实际活动的稳固的心理特征的总和.第三，认识和活动总是统一的，认识离不开一定的活动基础r活动又必须有认识的参与.所以智力与能力是一种互相制约、互为前提的交叉关系.第四，能力中有智力，智力中有能力.智力和能力的总称为智能.第五，不管智力还是能力，其核心成分是思维，最基本的特征是概括，亦即概括是智力与能力的首要特点.在中小学教学中所说的能力，主要是指智力.智力应由思维、感知（观察）、记忆、想象、言语和操作技能组成.[8]运用图1的“智力与能力关系框图”来理解林崇德教授关于“智力与能力关系”的论点，不难发现，两者是一致的.首先，林崇德教授提出，不要将智力与能力绝对分开，既要看清它们有一定的区别，更要看清它们之间的联系•而按照智力“能量说”与能力“做功 说”的观点，从物理学角度来看，能量与做功有着紧密的联系，能量是表征系统做功本领的量度，并 且能量与功具有相同的单位，都以焦耳（J)作为单位.可见，二者具有天然（与生俱来的）联系，不能 将二者绝对割裂开来.这与林崇德教授的观点是一致的.其次，林崇德教授认为，智力和能力存有一定的区别.智力偏于认识，它着重解决“知与不知”的 问题，是保证有效地认识客观事物的稳固的心理特征的总和；能力偏于活动，着重解决“会与不会”的问题，是保证顺利地进行实际活动的稳固的心理特征的总和.而从智力的“能量说”角度来看，智 力在解决“知与不知的问题”时，可以理解为大脑从外界摄人能量（信息量）的过程，即智力愈高，大 脑从外界摄入的能量（输入的信息量）就愈多；从 能力的“做功说”角度来看，能力在解决“会与不会”的问题时，可以理解为大脑把从外界获取的能量转化为做功的过程，即能力愈强，大脑将能量转化为做功（加工与处理信息）的能力就愈强.两个过程有着本质的差异，是一种有着前后因果关系的逻辑顺序，并且这种差异能够很好地诠释生活中常见的“智力高而成就不高”现象，即智力高的人，只是其对能量的吸收能力强，但其转化能量，继而做功、加工与处理信息的本领并不强.这与林崇德教授的观点也是一致的.第三，对于智力与能力的关系，林崇德教授认为，认识和活动总是统一的，认识离不开一定的活动基础，活动又必须有认识的参与，所以智力与能力是一种互相制约、互为前提的交叉关系.而从智力“能量说”与能力“做功说”的观点出发，在物理11Vol. 42 No. 2 (2021)物理教师PH Y SIC S TEA C H ER第42卷第2期2021 年•教材与教法•促进科学本质认识的H P S教学过程构建—以“牛顿第一定律”教学为例张健1王华1李春密2(1.北京师范大学第二附属中学，北京100088; 2.北京师范大学物理学系，北京100875)摘要：本文通过对科学本质的解读，阐明了在物理教学中进行科学本质教育的重要意义，分析了将H P S内容融入物理课程的可行性.以“孟克—奥斯本’’的融入教学模式为基础，介绍了融入H P S内容的物理教学设.计的“六阶段’’方法，并以“牛顿第一定律”为例进行教学设计和实践；结合实践经验，对H P S内容融入物理课程 的现状与挑战进行分析.关键词：核心素养；科学本质；H P S教育；牛顿第一定律党的十九大明确提出：“要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育，推 进教育公平，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人.”2016年9月，《中国学生发展核 心素养》研究成果公布，明确提出核心素养是学生应该具备的“能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”，中国学生发展核心素养是党的教育方针的具体化.为了建立核心素养与物理课程教学的内在联系，充分挖掘物理学科教学对全面贯彻党的教育方针、落实立德树人根本任务、发展素质教育的独特育人价值，物理学科基于学科本质凝练了物理学科的核心素养，包括“物理观念”“科学思维”“科 学探究”“科学态度与责任”4个方面，物理学科核心素养是物理教学育人价值的体现.[1]1科学本质与H PS教育什么是“科学本质（nature of science)’’呢？只有明晰了这个概念，我们才能在教学中有意识地组织有效的教学活动.人们对于科学本质的认识是不断发展、不断深化的，总的来说，经历了“知识 本质”到“探究本质”的转变.我们将科学本质界定为：科学知识、科学研究 过程和方法、科学事业、科学的价值和局限性等方面最基本的特点.国际科学教育领域对学校科学本质教育的比较一致的认识包括：（1)科学知识方面，主要包括科学知识的确定性和发展性；(2)科学方法方面，主要包括实验检验、数据的分 析和解释、假设与预测、科学思维的多样性、科学 的创造性、科学就是不断地提出问题等；（3)科学 研究群体与社会实践方面，主要包括科学知识发展学中，能量由一种形式转化为另一种形式时，必伴 随着做功的过程.相应地，人们通过能力的展现，顺利完成某项任务，其智力才会获得相应的提升. 进一步，做功、能量与信息是通过W=A£ =知而建立联系的，这样就使得智力与能力的关系从定性上升到了定量的层面，这亦与林崇德教授的观点相一致，这就为后续智力与能力的研究开辟了一条新的途径.参考文献：1R L Atkinson•心理学导论[M].孙名之，等译，车文博审.台北：晓园出版社，1994.2 Sternberg R J. Beyond IQ. Cambridge：Cambridge U-niversity Press, 1986.3 Murphy K R, Davidshofer C D. Psychological Testing：Principle &- Applications. Englewood cliffs：PrenticeH all, Inc. , 1991.4 Dennis I, Tapsfield P» ed. Human Ability：Their Nature and Measurement. Mahwah，New Jersey：Lawrence Erlbaum Associates* Publishers，1996.5林崇德，教育为的是学生发展[M].北京：北京师范大学出版社，2006: 103.6吴晓义，杜晓颖，能力概念的多维透视[J].吉林工程师范学院学报（社会科学版），2006(22): 4.7 Chenghua Gu et al. Caveolae in CNS arterioles mediateneurovascular coupling Brian [J]. Nature, 2020, 579 (7797)：106-110.8林崇德.学习与发展[M].北京：北京师范大学出版社，1999：143. (收稿日期：2020—04 —28)12。
《物理教育心理学》作者：乔际平邢红军2002年广西教育出版社皮亚杰认为，影响儿童认知发展的主要因素是：成熟、物理环境、社会环境及具有自我调节作用的平衡过程。
物理学的学科特点：1、物理学是一门实验科学，它的根基在实验，一切理论都要以实验作为惟一的检验者。
2、物理学是一门严密的理论科学，它以物理概念为基础，以物理学定律为主干，建立了经典物理学与现代物理学及其各分支的严密的逻辑体系。
3、物理学是一门定量的精密科学，从物理概念转化为物理量开始，它利用种种数学手段为理论和实践（实验）开辟道路，使物理学的结论可随时加上严格的检验。
4、物理学是一门研究物质运动形式最一般规律而又应用十分广泛的基础科学。
它是其他自然科学和各种工程技术、国民经济各生产部门特别是现代新技术革命的基础。
5、物理学是一门带有方法论性质的科学。
物理学习心理的研究方法：1、观察法是在物理教学过程中，通过直接观察学生的学习过程及其表现而对学生的心理活动情况进行研究的一种研究方法。
2、诊断法有时也称为面谈法、面试法、口语记录法等。
这种方法由非常认真的计划和有准备的提问开始，提问后非常认真地听取回答，并记录回答内容，提问完后对其所作回答加以研究。
3、分析法是对学生的学习结果进行分析，从而了解其心理活动过程及其特点的方法。
4、问卷法是通过问卷调查的方式来了解心理活动的方法。
5、测验法是用来考查学生完成物理活动的能力和水平，考察学生的某些心理品质的方法。
6、实验法是有目的地控制或创设一定条件来引起某种心理现象，以便进行观察、研究的一种方法。
实验法一般分为实验室实验法和自然实验法。
所谓三角法就是在同一种研究过程中采用多种方法，希望研究结论不是方法造成的，而是真实的现象。
中学生在物理学习上的表现根据其物理知识水平的差异而表现出不同的特点。
研究表明，不同类型的学生在物理学习中的表现有明显的区别，包括以下几个方面：1、用概念、规律解释现象的能力不同。
例如，在研究碰撞时，具体运算型和过渡型的学生至多能够理解碰撞结构的物理意义，或死记硬背地应用动量守恒定律；而形式运算型的学生可以使用动量和能量守恒定律描述新的碰撞现象，还能够用质心参照系来研究碰撞。
中学物理 Vol .38 No . 032020年2月热力学第二走律教学鉀视城----基于方向性的视角邢红军田望璇臧富华童大振孙铁楠(首都师范大学教师教育学院北京100048)摘要：热力学第二定律既是学生学习热学知识的重要内容，也是高中热学教学的难点所在.分析发现，本节课的 教材编写并未从真正意义上厘清教学逻辑、阐明物理本质.为此，基于方向性的视角，对热力学第二定律进行重新设计，以期为高中热学教学提供有益启示.关键词：热力学第二定律；方向性;教学逻辑;物理本质文章编号：1008 -4134(2020)03 -0045中图分类号:G 633.7文献标识码：B1传统物理教材编写的分析热力学第二定律既是学生学习热学知识的重要内容，也是高中热学教学的难点所在.研究发现，传统热力学第二定律的编写并未从真正意义上厘清教学 逻辑、诠释物理本质，这就在一定程度上影响了学生 对热力学第二定律的理解.有鉴于此,本文展开新的 教学设计，力图超越传统教材编写，进一步帮助学生 理解和掌握热力学第二定律.由于热力学第二定律本身的复杂性与抽象性以 及定律表述的多样性，大多数学生在学习之后往往停 留在机械的概念背诵阶段，对热力学第二定律的教学 逻辑和物理意义的理解模棱两可、含糊不清,很难建 立起热力学第二定律各种表述间的联系，容易产生 “吃不透，嚼不烂”的夹生现象[11 .因此，构建一条逻辑 清晰、脉络分明的教学主线，梳理定律各表述间的层 次关系，阐明热力学第二定律的物理本质，成为本节 教学设计关键内容.研究表明，本节课的教学设计应该把“方向性”作 为理解热力学第二定律的出发点与落脚点，遵循由定 性到定量再到本质的教学思路，并以此作为教学主 线，循序渐进展开教学，带领学生透过现象看到本质. 由此，笔者设计的热力学第二定律教学主线如图1所 示.具体而言，从定性角度，以热力学第一定律为依 据,分别从传热和做功的角度讲解热力学第二定律的 克劳修斯表述和幵尔文表述；从定量角度，主要介绍了熵与熵增加原理及其统计解释;从本质角度，引导 学生得到热力学第二定律的本质是时间流逝的方向 性.显然，正是通过这样层层递进、逐步展开的教学逻 辑，才能够从真正意义上引领学生理解热力学第二定 律的本质与内涵.嫡增加与微观粒子运动的方向性传热与做功的方向性时间流逝的方向性图1热力学第二定律的教学主线2彰显教学逻辑与本质的教学设计能量守恒定律告诉我们，自然界发生的一切过程能量都是守恒的，一个导致能量创生或消灭的过程是 不可能出现的.然而，并不是所有符合能量守恒定律 的宏观过程都能够发生.无数事实告诉我们，只要涉 及热现象，如物体间的传热、气体的膨胀、扩散、有摩 擦的机械运动等都有特定的方向性，这些过程可以自 发地朝某个方向进行.例如，热量由高温物体传向低 温物体,而相反的过程，即使满足能量守恒定律，热量 也不会自发地由低温物体传向高温物体.因此，在物 理学中，描述宏观自然过程方向性的定律就是热力学 第二定律.2.1热力学第二定律的定性表述—传热与做功的作者简介：邢红军（丨960-),男，河南平舆人，教授，博士，博士生导师，研究方向：课程与教学论、学科能力发展与培养;田望璇（1995 -)，女，北京人，硕士研究生，研究方向：物理课程与教学论；臧富华（1993 -),女，山东沂水人，硕士研究生，研究方向：物理课程与教学论；童大振（1993 -)，男，安徽阜阳人，硕士研究生，研究方向：物理课程与教学论；孙铁楠（丨9% -),女，黑龙江肇东人，硕士研究生，研究方向：物理课程与教学论.• 45.2020年2月Vol.38 No.03 中学物理方向性我们知道，一个热力学系统中，系统内能的增量 等于外界向系统传递的热量与外界对系统的做功之 和，这个关系就是热力学第一定律，其表达式为U= Q+ W因此，基于热力学第一定律，我们可以分别从传 热与做功的角度，向学生讲解热力学第二定律的两种 经典表述.德国物理学家克劳修斯是从传热的角度发现热 力学第二定律的.早在1850年，克劳修斯提出：不可 能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变 化.这是克劳修斯表述的热力学第二定律，它阐述了 热量传递的方向性.应当注意，克劳修斯表述并没有 笼统地否定热量从低温物体传到高温物体的可能性，它所否定的只是在不引起其他变化的情况下，热量从 低温物体向高温物体传递.例如，虽然电冰箱中所发 生的现象是热量从低温物体传到高温物体，但是这时 引起了其他变化——外界对电冰箱做了功转化为热，因此，热量不是不能从低温物体传到高温物体，而是 不可能在不引起其他变化的条件下，将热量从低温物 体传到高温物体.英国物理学家威廉•汤姆逊则是从做功的角度 发现热力学第二定律的.由于威廉•汤姆逊对科学尤 其是对大西洋电缆工程的贡献,英国女皇授予其开尔 文勋爵衔,后世便称他为开尔文.1851年，开尔文在分 析了大量热机做功的热学过程后，发现热机工作时从 高温热源吸收的热量《?，只有一部分用来做功W，转 变为机械能,还有一部分热量会排放给低温热源（冷 凝器或大气）.也就是说，热机在工作过程中必然排出 部分热量，热机用于做功的热量一定小于从高温热源 吸收的热量.例如，汽车排出气体的温度一定会比空 气的温度高，因为它会向空气散热.由此，我们可以引 导学生得到热力学第二定律的另一种表述，即开尔文 表述:不可能从单一热源吸热使之完全转变为功而不 引起其他变化.需要指出，这一表述也并不是完全地 否定从单一热源吸热使之完全转变为功的可能性，它 所否定的只是那些在不引起其他变化的情况下，发生 从单一热源吸热全部变为功的过程.开尔文表述阐述 了机械能与内能转化的方向性.机械能可以全部转化 为内能，而内能无法全部通过做功而转化为机械能.一个系统从一个状态变化到另一个状态的过程 中，如果能够按“原路”返回，而不对外界产生任何影 响，最后使系统和外界完全恢复到变化前的状态，那 么这个过程就叫做可逆过程•不能使系统和外界完全 • 46 .恢复原状,或者虽然恢复到原来的状态，但却引起了 其他变化的过程，称为不可逆过程,例如摩擦生热，瓶 子打破，生物生长等.在自然界中，不可逆过程是大量 存在的，而严格意义的可逆过程是不存在的.就像力 学中的质点模型一样，可逆过程也是一种理想化的概 念，是在一定条件下对实际过程的近似，它的引入可 使复杂问题简单化.从表面上看，热力学第二定律的克劳修斯表述与 开尔文表述似乎截然不同，但实际上，我们可以证明，这两种表述是相互等价的，如果一种表述成立，则另 一种表述也成立，反之亦然.事实上，热力学第二定律 表述的基础是不可逆过程，其实质是：自然界中一切 与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，在一定条件 下，只能向着某一方向进行，反之是不可能的.因此，热力学第二定律的表述有多种形式，对任何一类宏观 自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定 律的表述.2.2 热力学第二定律的定量表述—熵增加与微观 粒子运动的方向性在发现热力学第二定律之后，人们期望找到一个 物理量，以建立一个普适的判据来判断自发过程进行 的方向，克劳修斯首先找到了这样的物理量.他引入了 一个叫做“熵”的物理量来描述热力学第二定律，熵所 反映的是系统的混乱程度.克劳修斯指出，在一个与外 界隔绝的孤立系统中，熵只能增加或保持不变,而不能 减少，这一规律称为“熵增加原理”，它是利用熵的概念 所表述的热力学第二定律，其数学表达式为：AS>0字母S表示熵，大于号对应不可逆过程，等号对 应可逆过程，这就是著名的克劳修斯不等式.孤立系 统内部所发生的过程不可逆时，其熵增加；所发生的 过程可逆时，其熵不变.这就进一步说明，孤立系统的 熵只能增加，不能减少.可见，熵与能量、动量不同，它 不遵守“守恒原理”.这里，我们还要向学生强调，“熵 增加原理”中所说的熵增加是对于整个系统而言，至 于系统中的个别物体，其熵既可增加，也可减少.19世纪中期，学界尚未直接观察到分子的运动，究竟有没有分子的存在？要不要从分子运动的观念 出发，研究热力学定律的微观机制等一系列问题引起 了科学家们的激烈争论.以马赫和奥斯特瓦尔德为代 表的实证派认为，既然分子运动不能直接观察，研究 分子运动和热力学的联系就是多余的.而另一派的代 表玻尔兹曼则坚持从构成热力学系统的物质的微观 机制出发研究热力学.最终，人们接受了热力学第二中学物理 V〇1.38 N〇.032020年2月定律是一个统计规律的观点，玻尔兹曼在1877年发表的经典名著《气体理论讲义》中，把物理体系的熵和数学中的概率联系起来，建立了热力学系统的宏观与微观间的关联[2],在克劳修斯宏观熵的基础上提出了微观熵，定量地阐明了热力学第二定律的统计性质与微观实质，他的这一研究方式也开创了热力学研究领域的先河.事实上，一个系统的宏观状态对应了多个微观态，如果宏观态对应的微观态比较多，就说这个宏观态混乱程度大，是比较无序的.如果宏观态对应的微观态比较少,就说这个宏观态混乱程度小，是比较有序的.研究表明，一切孤立系统内部所发生的过程，总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态这一方向进行，也即一切孤立系统内部所发生的过程总是沿着分子热运动的微观态数增多、无序性增大的方向进行，这就是玻尔兹曼提出的热力学第二定律的微观意义，它决定了宏观过程进行的方向，结果见表1.表1宏观过程的方向性微观态个数 较少混乱程度 较小宏观态描述比较有序*S 过程自发进行的方向较多较大比较无序1900年，普朗克将玻尔兹曼揭示的熵与热力学状 态概率的关系简写为S = A:lnil字母n表示一个宏观状态所对应的微观状态的 数目A为玻尔兹曼常数.从上式可以看出，系统所含 微观态数目越多，熵就越大.既然微观态数目是分子运动无序性的一种量度，那么熵s也是系统无序性 大小的量度.至此，我们基于物理学史，从克劳修斯宏观熵和 玻尔兹曼微观熵这两个角度阐述了热力学第二定律 的定量表述，从而引导学生建立起微观粒子运动的方 向性与热力学第二定律间的关联.2.3 热力学第二定律的本质----时间流逝的方向性日常生活告诉我们，一个打碎了的瓶子，不可能重 新复原;一个死去的生物，不可能再复活;一个长大的 人，也不可能倒退到他的童年.这表明时间是有方向 的,只能从过去流向未来，不可能从未来退回到过去.熵增加原理告诉我们:封闭的近平衡态系统的熵 总是随着时间的流逝而增加的.因此，人们正是根据 熵的增加来判断时间的方向的.时间有方向原本是人 们在日常生活中感受到的常识,熵增加原理为人们的 这一感受找到了科学依据.它指出：时间的方向，就是 熵增加的方向.这样，热力学第二定律就证明了时间的流逝性，给出了爱丁顿所说的时间箭头.综上所述，本节课的教学设计将宏观自然过程进 行的方向性作为学生理解热力学第二定律的出发点 与落脚点，遵循由定性到定量再到本质的教学逻辑，层层递进展开教学设计，带领学生透过现象看到本 质,从而对热力学第二定律的内涵与外延形成更加清 晰的认识.3研启不3.1注重教学逻辑的建构众所周知，物理教学的逻辑至关重要，先讲什么，后讲什么，都应依据物理知识的递进关系，以及学生 的认知发展规律，体现出教学逻辑与思维逻辑的一 致[3].由于传统教材热力学第二定律的编写方式存在 一定问题，因此，在实际教学中，就应脱离教材“束 缚”，建构符合知识呈现和学生认知的教学逻辑.为 此，本节教学设计充分体现了从定性—定量―本质的 教学逻辑过程，它们相辅相成,共同构筑起热力学第 二定律教学的逻辑结构.显而易见，只有在这种教学 逻辑的引领下，学生才能够明了热力学第二定律发生 与发展的内在要求与外在驱动，从而真正把握热力学 第二定律的物理本质.3.2 关注教学主线的生成本节教学设计以热传递与做功的方向—熵增加 与微观粒子运动的方向—时间流逝的方向作为教学 主线逐步展开.首先，以热力学第一定律为依据，分别 从传热和做功的角度讲解克劳修斯表述和开尔文表 述;然后，引导学生得到宏观熵与熵增加原理，微观熵 与微观粒子运动的方向性;最后，讲解热力学第二定 律的本质是时间流逝的方向性，从而带领学生理解热 力学第二定律的本质与内涵.显然，正是基于方向性 的教学主线，才使得教学设计逻辑清晰、层次分明、全 面具体，才能基于不同视角、循序渐进展开教学，从而 更好地帮助学生理解热力学第二定律的本质所在.3.3 强调物理思维的显化物理思维是基于物理学视角对客观事物本质属 性及其相互关系的认识方式，也是物理知识升华为学 生头脑中的物理观念及其能力的具体应用.研究表 明，传统热力学第二定律的教学设计，往往过分关注 知识的静态生成,忽视了教学过程中对物理思维的显 化.有鉴于此，在本节教学设计中，通过对热力学第二 定律形成的传热与做功两条思维路径的点拨，对热力 学第二定律定量描述中宏观表述与微观表述思维方 式的揭示，尤其是通过对热力学第二定律本质思维过 程的展现，构筑起热力学第二定律的学习框架，从而• 47 •2020年2月V〇1.38 No.03 中学物理•STEM—教学设计.基于STEM理合的生活化情境教学策略的卖戏—以“力的分解”教学为例韩叙虹(北京市第八十中学北京100102)摘要：以S T E M为理念的教学，强调为学生提供逼近真实，且富有现实意义的问题情境，打破学科界限，训练和培 养学生的创新思维能力.以“力的分解”的课堂实录为例，精心设计以“基于S T E M理念为导向，以情境、体验、实验为基 础，过程为主线，思维为中心”的问题驱动下的生活化情境教学策略来创新课堂，从四个生活情景中抽象出四个典型物理模型开展学习，注重学生体验、参与和感悟,每一个典型模型的学习都循着：真实情境引问题，身体体验以建模，实验 探究或理论推导找规律，学以致用解决实际问题，旨在培养学生的模型建构、科学推理、科学论证，以发展科学思维能力.关键词：STEM;情境性；体验性；科学思维文章编号：1008 -4134(2020)03 - 0048 中图分类号:〇633.7 文献标识码：B2017版物理学科的核心素养课标是指向过程的，它关注学生在其培养过程中的体悟，而非结果导向. 回归到物理课堂，教学设计强调从以下四个方面展 开：（1)从学生已有认识人手，展开循序渐进的教学过 程；（2)创设能给学生提供支撑性的事实经验的真实 情境；（3)引导学生经历概念建构或探索规律的完整 过程，促进相应能力的发展；（4)让学生解决真实的物 理问题，从中认识物理学的价值和与生活、社会、科技 的联系.另一方面，运用STEM的跨学科理念,能促进 各学科间的有效融合，促进物理学科知识的应用，提 升学生对物理学习的兴趣和热情，更重要的是STEM 教育能培养学生的创造性思维和合作、协调、沟通及 组织能力.因此，物理学科的教学设计可以采用STKM 理念的生活化情境教学策略，本文以“力的分解”的课 堂实录为例，具体阐释生活化的情境教学策略在教学 实践中的具体运用和教学启示.I教材、学情分析力的分解是力的合成的逆运算，是继力的合成之 后，对力的等效替代方法进一步的深人学习，学好该 节，为学生掌握矢量运算打下坚实的基础；且本节有 丰富的力的分解在生产生活中的应用实例，学好本 节，能培养学生应用知识解决问题的能力，因此，力的 分解既是本章学习的重点，也是教学的难点.在学习本节之前，学生已经学习了合力、分力、力的合成和平行四边形定则，有了一定的知识储备和学 习基础，且高一的学生也具备了一定的探究能力、逻 辑思维和归纳演绎能力.考虑到学生虽然已经了解了 力的合成的方法，但学生对矢量的运算仍然不熟悉，且力的分解比力的合成更为复杂，因为力的合成的结 果具有唯一性，而力的分解的结果有无数种可能，教 学中要求学生能根据实际问题的需要进行分解，从实 际问题中寻找分力的方向，这是本节的重点，更是难基金项目：全国教育科学“十三五”规划课題2017年度教育部重点课题“基于STEM的高中物理实验教学研究”（项目编号: DHA170401).作者简介：韩叙虹（1971 -),女，浙江温州人，教育硕士，北京市物理特级教师，北京市正高级教师，研究方向：物理教学设计的实践和研究.较好地体现了物理核心素养在发展学生科学思维方 面的内涵与外延.参考文献：[I ]肖敏.洗尽铅华，返朴归真—对高中物理课堂回归科学本质的思考[J].物理教学,2016( 11 ) :13 - 15.[2] 赵峥.物理学与人类文明卜六讲[M].北京：高等教 t出版社,2008:71.[3]田望璇，邢红军.建构逻辑主线，彰显教学本质——以“电荷及其守恒定律”为例[J].中学物理教学参考,2〇18( 8):10-12.• 48•(收稿日期:20丨9-10-22)。
