教材对应的教育模式

第二节　教材对应的教育模式

现代物理学没有像现代数学那样存在着明显的几个学派，即：逻辑主义、直觉主义、形式主义、结构主义。但是，从物理学教材编写的指导思想及内容偏向来看，大致也可以分为四种教育模式：实验模式、学术模式、文化模式、系统模式。下面先用下表加以概括，然后逐一论述。

一、实验模式

在基础物理教学中，物理教材的编写大多重视物理实验。我们举出两套较有影响的物理学教材为例。一套是前苏联物理学家Г·С·兰斯别尔格主编的《初等物理学》，另一套是英国纳菲尔德物理学基金会资助的英国中学物理革新教材《纳菲尔德物理学》。这两套基础物理教材的共同特点是把物理实验放在突出地位。

兰斯别尔格认为，物理学所特有的科学方法，就是实验法。物理学是实验科学，物理学的定律是借助于实验而得到的。他强调，必须使学生知道，合乎逻辑地表达出来的定义，只有依靠实验、通过量度，才能得到它的内容。作为前苏联科学院院士、莫斯科大学物理教授，兰斯别尔格主编的《初等物理学》，成为中等学校的教材的一种典范。它的内容紧密结合实际，观察实验丰富生动，习题深浅适度并有实际意义。这套物理教材的缺点是篇幅较多，有的内容较难。但仍不失为一本着重于“实验模式”的优秀教材。

《纳菲尔德物理学》分为两种水平，一种是普通水平（1966年出版），一种是高级水平（1970年出版）。这套物理教材把物理实验放在更为特殊的地位。学生用的学习指导书只有实验、问题、讨论。教师用书很详细。这套书主张让学生在学习指导书和教师的指导下，通过观察、实验、进行探索式的学习，以达到理解物理知识，发展研究能力的目的。

突出实验的教育模式，简称为实验模式（表为K₁型）。它的特点是：实验中心，问题讨论。

实验模式的基本教育过程是：

观察—实验—问题—讨论

实验模式应是物理教学的一种基本的教育模式，也应是理、工、农、医科教学的重要教育模式。从认识论来看，实验模式应当包容感知模式、游戏模式、具体模式、形式模式、直觉模式等。因为，实验模式本身也有一个由低级阶段向高级阶段发展的必要。

《中学物理实验》的作者在为该书撰写的“总论”中指出了物理实验的六大功能：

（1）丰富感性认识，提高学习兴趣；

（2）突破重点难点，理解物理概念；

（3）形成物理图像，认识物理过程；

（4）启发学生思维，增强探索精神；

（5）培养观察能力，掌握实验技能；

（6）养成良好习惯，学会科学方法。

并认为：没有演示和实验就等于没有自然科学的教学，离开了演示和实验的自然科学教学不可能是高质量的。

实验模式对于自然科学教学十分必要，但实验模式绝不是唯一的教育模式。因内容变化、对象变化，教育模式理当发生相应的变化。在应用实验模式中，遵从教育模式三原理，注意教育模式之间的变换、孕育、包容，这同样是十分必要的。

二、学术模式

以美国物理科学研究委员会编写的物理教材，简称《PSSC物理学》为代表。该书是充满科学主义色彩、以学术为中心的教材。

《PSSC物理学》以培养科学技术的尖子人才为目的。该书要求通过掌握科学的基本知识结构和科学研究方法，提倡应用发现法学习。《PSSC物理学》是集中了较多的物理学家、教师、仪器设计师、作家、美术家及其他专家，经过长时间编写和研制完成的。这套教材包括课本、实验教材、教具、教师参考书、教学影片、标准测试题。这套教材重视物理概念的逻辑发展，并按照现代物理学的成就，应用较新的观点去讲授基础物理学。每章附有大量习题，包括家庭作业题、实验性习题、课堂讨论题。习题的内容较多地取自现代科学技术的新成就。形式多样，内容新颖，从整体看有相当的广度和深度。

《PSSC物理学》从1960年出版第一版以来，已几经修订，平均每5年修订一次。这套物理教材很快为许多国家翻译，产生了世界性的影响。这套教材对于课程现代化，培养尖端人才，有一定意义；但是，作为普通中学的基础教育，这套教材显然失之于繁难。

突出学术的教育模式，简称为学术模式（表为K₂型）。它的特点是：学术中心，研究中学。

学术模式的基本教育过程是：

原理→结构→方法→能力

学术模式着重于培养有创造性的人才。根据认识论的发生发展过程，研究出创造教育的模式有：直觉模式、结构模式、综合模式、体系模式。因此，成功的学术模式，应当包容上述四种模式。然而，从认识阶段看，上述四种模式分别对应于高中生阶段、大学生阶段、研究生阶段、专家阶段。在基础教育中，不可能以学术模式为主，即使要培养尖子人才，也有一个发展过程，只不过上述阶段可以相对提前而已。实践表明，学术模式不可能成为基础教育的主要模式。重点名牌学校为培养尖子人才，可以适度地使用这种教育模式。但是，对于培养研究生，学术模式则应该受到充分重视。

《PSSC物理学》是科学主义、学术中心课程的代表，但绝不是说《PSSC物理学》只采用学术中心的教育模式。在具体的教学中，虽然可以偏重于学术模式，但必不可少地要应用实验模式等多种其他教育模式。

要成功地应用学术模式，仍需要重视应用教育模式三原理，注意恰当变换、自然孕育、合理包容其他教育模式。

三、文化模式

美国哈佛大学教授G·霍尔顿等编写的《哈佛物理设计》，简称为《HPP物理学》；后又改称为《物理课程设计》，简称《PPC物理学》，是体现人文主义精神，以文化为中心的课程。

《PPC物理学》的特点是：把物理学作为人类文化的一部分来讲述，包括相当丰富的物理学史，重视阐明科学思想和科学方法，注意物理学与社会的相互联系和相互影响，注意物理学与其他科学，例如，数学、天文学、化学、生物学、文学等学科的联系。这套物理学人文主义倾向十分明显。G·霍尔顿曾在1952年编写过一本《物理科学的概念和理论导论》，作为非主修理科的文科大学生的物理教程，该书重点放在科学中的发现、推理及概念形成的本性，着重从历史和哲学的角度进行阐释。这本导论的基本思想，正是《PPC物理学》的主要特点。如果说《PSSC物理学》着重逻辑性的探索，体现科学主义精神的话；那么，《PPC物理学》则着重历史性的探讨，体现人文主义精神。前者体现出的教育模式是学术模式，后者体现出的教育模式则可称为文化模式。

突出文化的教育模式，简称为文化模式（表为K₃型）。它的特点是：文化中心，历史地学。

文化模式的基本教育过程是：

背景→思想→阅读→实验→指导

G·霍尔顿在《物理科学的概念和理论导论》中指出，就科学史和科学哲学本身的价值而论，把它们纳入物理学的导论课程有三个目的：

（1）提供赋予某一特定观念以意义和重要性的适宜背景；

（2）了解科学建立者们的原始资料、动机及研究方法，阐明隐藏在纯粹抽象背后人类的胜利；

（3）把科学作为对知识的伟大探求的一个侧面展示给读者。

G·霍尔顿还强调：学生学完这类课程之后，将会知道主要定律和重要概念体系的演变；作为有责任感的公民，将理解判定科学思想正误的标准和促进科学繁荣昌盛的条件，以及使他们的教师留恋于科学职业的那种喜悦心情。在《PPC物理学》中，通过一套课本和手册，还有一套学生读物，并且还编有教师参考书、程序教学指导书、补充读物、幻灯片、电影片、实验用具等，来达到上述目的。

1985年在美国参加“第十七届国际科学史大会”时，曾与G·霍尔顿交谈，有人问G·霍尔顿教授，《PPC物理学》是否是想突出物理学是人类文化的一部分，突出物理学的思想性。G·霍尔顿教授作了肯定的回答。

文化模式包含有丰富的内容，作为物理教学，当然离不开使用实验模式。作为基础物理教材，以及文科大学生的课程，它不着重于学术模式，这是合理的。对自然科学课程采用人文主义的精神讲述，这是新颖的，有特色的。虽然，在突出自然科学的历史演变时，他们宣称绝非有意给实际材料涂上人文主义的色彩。所以，我们不称这种教育模式为人文模式，而称之为文化模式。

文化模式丰富了教育模式，它使我们认识到，将科学主义与人文主义统一起来的必要。在使用文化模式时，同样应遵从教育模式三原理，才能更好地发挥了文化模式的功能。

四、系统模式

《控制论、信息论、系统论与教育科学》（1986年）（1992年再版时改为《系统科学与教育》）以及《大教育论》（1990年）中作者的提倡应用系统科学研究教育。同时，还在《牛顿力学的横向研究》（1987年）和《牛顿力学与星际航行》（1991年）中，试图体现出应用系统科学改造物理学的教学。作者在指导大学物理系研究生的硕士论文时，具体地探讨了以系统模式为特点的物理学的纲要，准备继续努力，编写出《系统模式物理学》，简称《SMP物理学》。《SMP物理学》应当包容实验模式、学术模式、文化模式的长处，既体现科学主义内容，又体现人文主义的精神。《SMP物理学》应是以系统科学为中心的课程。

《SMP物理学》的特点是：应用系统科学三原理（反馈原理、有序原理、整体原理）指导教材编写与教学实施，改变20世纪物理教材的五大相对独立的“板块模式”。20世纪上半叶，大学普通物理教材的基本结构是：（1）力学；（2）声学；（3）热学；（4）电学；（5）光学。这五个部分的顺序，不同的教材略有差异。

20世纪下半叶，大学普通物理教材的基本结构是：（1）力学；（2）热学；（3）电学；（4）光学；（5）原子物理学。多数物理教材是按此结构与顺序。毫无疑问，大学普通物理的教材结构，直接影响和制约着中学基础教育和物理学的教材结构。《SMP物理学》要突破这种“板块结构”，建立以系统、信息、控制、有序、演化等为特色的“有机结构”，加强原有五大“板块”的内在有机联系。

回顾20世纪普通物理教材的发展，我们可以看到，教育价值观深刻地影响着教材建设。科学主义的教育价值观，可分为两种：一种是“理论至上”，在这种教育价值观指导下编写的教材，便是“重视理论，学术中心”，它所采用的教育模式，即“学术模式”；另一种是“技术至上”，在这种教育价值观指导下编写的教材，便是“重视应用，技术中心”，它所采用的教育模式，即“实验模式”。

人文主义的教育价值观，也可分为两种：一种是“个人本位”，在这种教育价值观指导下编写的教材，便是“发展个性，素质中心”，它所采用的教育模式，即“人格模式”。由于物理学的固有特点，体现“人格模式”的物理学教材极少。以“物”为中心的物理学，有没有可能演化为以“人”为中心的物理学呢？这是有可能的。在21世纪，“见物不见人”的物理学，有可能发展为“见物又见人”的物理学。另一种人文主义的教育价值观是“社会本位”。在它的指导下编写的教材，便是“面向社会，文化中心”。它所采用的教育模式的，即“文化模式”。有人预测：在21世纪，从世界范围看，大学普通物理教材以及中学基础物理教材，仍将会有偏向于上述四种模式的教材。所提倡的“系统模式”则是上述四种教育模式的“有机综合模式”，它体现出科学主义与人文主义的统一。

突出系统科学的教育模式，简称为系统模式（表为K₄型）。它的特点是：系统中心，联系地学。

系统模式的基本教育过程是：

实验→原理→问题→结构→应用

物理学是建立在实验基础上的科学。物理教学理当重视实验与应用。系统模式要包容实验模式。从认识的发生和发展进行研究，得出由低级到高级演化的八个教育模式：感知模式（A₁），游戏模式（A₂）、具体模式（A₃）、形式模式（A₄）、直觉模式（A₅）、结构模式（A₆）、综合模式（A₇）、体系模式（A₈）。在教育过程中，如果学生对所学对象毫无所知，则教育应从A₁开始；如果学生对所学对象有所感知，但缺乏兴趣，则教育应从A₂开始；如果学生对所学对象有所感知又有所认识，则教育可从A₃开始；如果学生对所学对象既有感知和初步认识，且还了解一些具体事例，则教育可从A₄开始；如此类推。当然，选择较高级的教育模式时，同样要适当包容低级教育模式；更重要的是还应自觉孕育更高级的教育模式。由此可见，系统模式并不是无条件地应用实验模式，对初学者，物理内容必须从实验讲起，而对较高程度的学生授课，当然不必事事都要从感知入手。

系统模式在具体教育过程中，同样要重视原理、问题、结构。这应当将学术模式和文化模式结合起来。这具体表现在，要将系统科学原理贯穿于教材之中，渗透于教学过程的始终。正是深入地研究了牛顿力学定律、热力学三定律、相对论原理等之后，才进一步认识到系统科学三原理的普适性。牛顿第一定律与整体原理有对应性。马赫原理告诉我们：任何一个给定物体的惯性依赖于宇宙中其他质量的存在和分布。由此可认识惯性定律与整体原理对应。牛顿第二定律与有序原理有对应性。因为动力学方程描述了力学系统的规律（有序）。牛顿第三定律与反馈原理有对应性，这是容易理解的。两者都可用符号表示为，其中的箭头，在力学系统中是指力；在一般系统中还可理解为信息。不难理解，热力学第一定律与整体原理对应；热力学第二定律与有序原理对应；热力学第三定律与反馈原理对应。应用系统科学原理来认识物理学原理，将有可能更新物理教学的结构。例如，着重从控制论的观点来讲授力学、电学；着重从信息论的观点来讲授声学、光学；着重从系统论的观点来讲授热力学、统计物理学和量子力学。这就可能形成一个不同于五个板块的新的物理教材结构。

系统科学三原理，它是辩证唯物主义三大规律在具体学科中的深入发展。对立统一规律包容反馈原理；量变质变规律包容有序原理；否定之否定规律包容整体原理。同时，它对我们更深入地理解中国古代科学的原理也大有好处。普遍认为，中国古代科学有三大原理：

（1）阴阳互补原理；

（2）五行生克原理；

（3）天人合一原理。

这三个原理可以很好地成为反馈原理、有序原理、整体原理的古代原型的一种表述。

在经典物理学中，为了研究和改进热机总结出热力学三定律。大家知道，热力学第一定律可简单地表述为：第一种永动机不可能；热力学第二定律可简单地表述为：第二种永动机不可能；热力学第三定律可简单地表述为：达到绝对零度不可能。由此三个否定表述的原理，已建立起热力学的理论体系。它不仅成功地促进了热机的发展，而且也成为西医的重要基础。在中国古代科学中，为了研究人的“长生不老”，做了许多实验，形成了不同于西医的具有东方特色的保健医学体系：中医保健学。有人认为，这实际形成了保健学三定律。保健学第一定律可简单地表述为：第一种长生不老不可能。即要通过炼外丹、吃外丹达到长生不老是不可能的；保健学第二定律可简单地表述为：第二种长生不老不可能。即要通过炼内丹、做气功达到长生不老是不可能的；保健学第三定律可简单表述为：达到绝对不长不可能。即要通过不生长、不发育而达到不老、不死是不可能的。很明显，保健学三定律与热力学三定律极为相似，同样分别对应着系统科学的整体原理、有序原理、反馈原理。有人认为，物理学中不仅应当研究“机”，而且应当研究“人”。应当实质性地拓展物理学的内容。这就具体地表现出要在物理学中，将科学主义与人文主义统一起来，形成既有物，又有人的物理学。

系统模式不仅要更新物理学的内容和结构，还应为物理教学的科学化提供理论基础和实际操作。《系统科学与教育》、《大教育论》的作者从系统科学三原理出发，进行探索性演绎，得出了一系列更加具体化的原理。例如：

（1）从系统科学三原理出发，演绎出教育技术三原理：需要可行原理、经济有效原理、简单可靠原理；

（2）从系统科学三原理出发，演绎出教育美学三原理：情感转移原理、和谐奇异原理、多样统一原理；

（3）从系统科学三原理出发，演绎出教育经济三原理（微观经济）：供需制约原理、价值变化原理、最大效用原理；

（4）从系统科学三原理出发，演绎出教育管理三原理：情感沟通原理、层次递进原理、组合优化原理；

（5）从系统科学三原理出发，演绎出教育心理三原理：同化顺应原理、阶段发展原理、结构转换原理等等。

这充分显示出，系统科学原理可以成为教育的科学基础。当然，也可成为物理教学的科学基础。这无论是对于物理教育学的理论基础，还是对于实际操作，都有一定意义。

必须指出，系统模式仅仅是多种多样的教育模式中的一种，它不能“包打天下”，而且，只有在遵从教育模式三原理的基础上来应用系统模式，才可能取得较好的效果。