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理科基础课反思:只见知识 少长见识

2018-01-29 09:15 来源:中国青年报 
2018-01-29 09:15:40来源:中国青年报作者:责任编辑:胡连娟

  绘画:禹天建

  □许多理工科基础物理教学内容抽掉了课程中的灵魂和思想,剩下一些冷冰冰的公式和数据,基本把物理课变为了数字计算课程,把教学变成了传技

  □这种只见公式不见思想的讲授和学习方式,老师其实就是一个“U盘”,这种教育只要求学生知道书本上静态的“知道”,也把学生当成了“储存器”

  □真正好的课堂训练是放手让学生独立思考,这样他们才敢于探索相对陌生的问题并提出自己的见解,而不是通过挖坑式的数据来考查学生记得多少

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  当前的高中或大学理科基础教学,有明显的就事论事、只见树木不见森林的现象。以传授已经存在的客观事实或规律为核心,让学生大脑中存储许多“知道”,但并没有让学生从这些“知道”中获得相应的见识,课程的讲授和习题训练更缺少文化层面的思考和讲解。相当多的学生读了许多书做了许多习题,知识多却见识少。离开学校,他们没有自己的思想,遇到问题总喜欢背诵别人的理解来诠释。知其然不知其所以然,学生缺少想象力和创造力,使我们培养的学生走上社会激情不足、原始创新能力不够,这可能是导致我们在科学和工程技术中原创成果相对较少的原因之一。

  理科基础教学中缺少灵魂和思想

  理科基础教学的内容主要探讨的是我们周围的客观事情存在的原因以及对应的变换规律。教学中的灵魂是课程中原理性、思想性的讲解,它包含课程中每节知识点背后对应的空间模型、哲理和具体科学思维方法,即“道”。具体地说,它告诉我们这世界有什么奇妙的东西,它们为什么奇妙?它们在哪里?它们为什么会在那里?它与我们人类文明有什么样的关联?

  以高中或大学物理为例,物理本质上描述客观世界运动的规律以及这些规律的成因,它本质上是传授给人们世界观和方法论。物理教学中的公式仅仅是描述这种模型、思想和原理的一种手段和方法,记住这些公式不是真正学懂了物理,理解这些公式后面的哲理和思想才是我们学物理的最终目的,具体的教学过程要传授这些真正的“道”。

  以静电学为例探讨。库伦定律告诉人们,正负电子之间会相互吸引,两个同种电荷之间会相互排斥。物理教学中应该重点讲解两个正负电荷之间互相吸引以及它们为什么不会相互排斥的物理原理;同时启发同学们思考如果两个同种电荷之间产生吸引力、异种电荷之间产生排斥力,这世界会怎么样?这些看起来简单甚至有点无聊的问题才是我们教学中应该抓住的核心思想和灵魂。真正弄懂这些最基本的知识,才能使这些知识转化为文化,才能使我们有不同于他人的眼光看待这世界。有文化才能有真正的创新!

  如果教学过程中仅仅是通过一些无生命力的相对独立的定理和公式来演绎一些数字游戏,忽视知识点背后的原理、哲理和不同知识点之间相互关联的探索和讲解,相当于抽掉了课程的灵魂和思想,给学生的是静态的表象性的“知道”。

  笔者遇到一些初、高中的物理教师,问他们:“如果学生问为什么两个电子会产生相互作用力,你们怎么回答?”他们都说:“这是自然界的本来属性,不需要思考的问题。”这样的回答不但窒息了学生追求真理的好奇心和对未知世界的探索欲,而且把学生的思维压缩到一个非常小的空间里面。

  “格物致知,穷尽物理”,才是我们课堂教学应追求的。真正好的课程教学应该有灵魂和思想,学生知其然还要知其所以然,能真正理解不同知识点之间的关联,这样才能让学生有一双重新审视世界的眼睛,而不是让学生知道一大堆冷冰冰的公式和数据。

  基础理科教学中的传承模式僵化

  习近平总书记告诫我们:“一个老师,如果只知道‘授业’、‘解惑’而不‘传道’,不能说这个老师是完全称职的,充其量只能是‘经师’、‘句读之师’,而非‘人师’了。”我们的教学过程应该是“千教万教,教人求真”,学生是“千学万学,学做真人”。

  现在的许多理工科基础物理教学内容恰恰抽掉了课程中的灵魂和思想,剩下一些冷冰冰的公式和数据,基本把物理课变为了数字计算课程,把我们的教学变成了传技。课堂上,一些老师抽丝剥茧,层层深挖,寻找数字运算的技巧和解题路径,就好比把一个健康的人的灵魂和肉体全部抛开,最后只剩下一具骷髅。特别是基础物理教学,如果过分强调解题技巧,就会把一个完整的知识体系分解得七零八落,导致我们的学生抓细节的能力很强,但缺少整体思想的把握能力。这种结论性技巧性的介绍,学生学或不学,对他们未来其他课程的学习和发展没有任何影响。

  这是一种只见公式不见思想的讲授和学习方式,老师其实就是一个“U盘”,把书本或者从自己老师那里转存过来的东西原封不动的传递给学生:给出一些公式和应用的条件,继而举出许多例子来演绎这个公式的应用,从而求得需要的标准答案。学生在课后的习题练习中只要答案对了,就觉得成功了。这种灌输静态“知道”的教学也是应试教育。而这种教育只要求学生知道书本上静态的“知道”,也把学生当成了“储存器”,这样的教学对学生思想、精神层面基本上没有实质性的影响。同时,这样的教学会严重影响学生未来兴趣的选择和事业的发展,比如,现在高中生高考选择考物理科目的学生比例不算低,但高考后选择物理专业的学生比例就非常少了。

  初、高中长期的以传授已经存在的事实为中心的教学观念、方法,对学生的思维习惯影响非常大,而且很容易让学生认为物理理所当然就是背公式解习题,他们学习物理就是寻找有标准答案的数据。他们升入大学后,如发现老师试图改变这样的教学模式,学生反而更不适应,因为他们已经习惯了这种静态“知道”的灌输模式。

  笔者在大学基础物理教学中试图作出一些努力和改变,希望传授一些物理中真正的“道”:课堂上重点给出每章知识点对应的空间模型,详细讲解知识点背后的哲理和思想,努力和学生一起探究深层次物理成因。但相当多的同学对这些问题基本上一脸的茫然和错愕,有的同学甚至觉得与做习题没有任何关系,而且反映有点无聊、没有任何意义。在他们眼中有意义的事情就是把有标准答案的习题做对。这种想法在现在大学生群体中具有相当的普遍性,这与我们真正的物理教育是背道而驰的。

  我们的课程教学不是让学生从老师那里知道多少事情,而是让他们有诗和远方!

  基础理科教学中过度的题海训练使学生思维固化

  教育的过程是培养学生如何寻找问题、思考问题、探究问题的过程,让学生学会在迷雾之中如何找到光明,逐步形成自己的价值观、思想观,培养他们对科学的兴趣和对未知世界的探索欲,而不是让学生死记几个公式和掌握做习题的技巧。

  但我们现在的理科基础教育却非常重技能化数字化训练,这种训练都是为了掌握或者记住某些方面的数据或者技巧,这样的训练实际上传授给学生的是手艺而不是科学文化,背离了教育的目的。其主要体现:一是要求学生死记相关的公式、定理以及使用的边界条件;二是教会学生如何运用这些公式进行习题训练以及熟练掌握做习题的技巧;三是为了提高学生做习题的正确率,让学生进行题海训练。把各种各样的例题在课堂上翻来覆去地讲,让学生做习题时已经不是去分析问题解决问题,而是条件反射似的用讲过的例题对号入座,照葫芦画瓢写出答案,写对的同学也不见得真正懂了书本上的知识,即“习而不察”。如何从考试的题型中快速找到需要的答案,这样的方式既不是传“道”也不是解惑,无益于学生的健康成长。题海战斗使学生离课堂外那个精彩的世界越来越远,把学生的视野、思维甚至行为的准则限制在非常狭小的范围之中。

  曾经是有人问爱因斯坦,声音在空气中的传播速度是多少?爱因斯坦回答:我的大脑是用来想象和思考这个世界的问题而不是用来记一些静态的生硬的数据,你问的这个问题,任何一本初等物理学书上都有答案。

  真正好的课堂训练是放手让学生独立思考,在大脑中勾画出知识点对应的物理模型和理论推导,这样才能让他们敢于探索自己不熟悉或者相对陌生的问题,提出自己的空间模型和见解,而不是通过挖坑式的数据来考查学生记得多少。

  让人担忧的是初、高中的题海训练,让学生记住许多公式和参数然后如何快速用一些公式和参数熟练地给出答案。这种学习方式深深地嵌入到他们的大脑中,使相当多的学生思维固化,让他们更在乎学习结果,而不是过程。到了大学,这种学习方法已经成为强大的惯性,任何试图去改变他们这种靠记住公式快速给出答案的方法都被相当多的同学视为异端,从而抵触排斥。相当多的同学认为他们通过高考获得了高分,证明他们在初、高中学习方法是对的。到了大学一旦发现老师讲授方法和高中老师讲的方法不同,相当多的同学不适应。他们不反思过去题海战术的弊端,而是选择指责他人和逃避。

  如笔者在大学物理中电场和物质相互作用的讲授中,详细地讲解了普通原子核外电荷与外电场中的相互作用机理,分析了不同原子受到电场作用后出现的极化现象,煞费苦心给出了相对应的空间模型,最后用一个简单的模型推导了材料的相对介电常数。课后笔者给学生布置一道作业:证明空气中的相对介电常数约为1,要求同学们给出基本的物理模型,叙述清楚空气和电场相互作用的物理原理,然后给出详细的证明过程。这样的问题学生只要稍加努力就能证明,而且通过这样的证明能让学生真正明白电场对周围物质的影响,从而理解电磁波是如何改变我们这个世界的。但遗憾的是相当多的同学都不知道怎么思考,看到题后一脸茫然。如同一群羔羊,它们已经习惯了被圈养,一旦离开牧人,便不知道怎么面对未来。

  青春总是希望与自由相伴,我们的课堂应该真正给学生探索的自由。课堂练习应该让他们自己搭建通往未来多彩世界的阶梯并给出所遇问题的答案。

  教学语言缺少想象

  语言是一门艺术,如何淋漓尽致、唯美地运用语言把理科基础课程的内容完美表现出来,是一门学问。理科基础课程的教学中,老师面对的都是青春期的学生,他们有激情有思想,他们需要的是老师的一朵白云,让他们有一个洁白的想象。但我们现在的基础理科教学课堂中,都是用一些生硬枯燥的数理语言介绍所教授的内容,缺少文化方面的联想和思考。比如大学物理中的相对论部分,基本的教学模式都是利用爱因斯坦的两个假设简单推导出时空的变换关系,然后给出相当数量的例题进行讲解,这让许多学生理解起来非常费劲,学起来相当枯燥。

  在如何理解狭义相对论的时空变换上,其实一首诗可以诠释:“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。”这不但会让学生豁然开朗,而且更能激发学生的学习兴趣。把文学艺术的想象和具体的自然科学相统一,不要让理科基础课成为骷髅式的课程,让学生多几分想象,对培养学生的空间想象力和创新能力是非常有帮助的。

  “白云生镜里,明月落阶前”。有好的诗就有好的想象,有好的想象才有好的诗,我们的理科教学同样如此。

  真正的课堂教育不是在课堂上对学生进行大量的知识灌输,而是设法把学生的眼光引向书本外的世界,让他们在知识的海洋吸取营养。真正的课堂教育不是让学生去死记硬背大量的公式、定理和做大量的习题训练,而是煞费苦心地告诉学生怎样去思考问题,面对陌生领域如何去寻找答案的方法,培养他们对科学的真正信仰和对科学精神的执着追求。这样,当他们毕业后走上工作岗位,就有可能提出自己别具一格的理论和见解,开辟一个全新的研究领域或发展一个全新的产业,引领时代的发展。

  (作者为上海交通大学物理与天文学院教师 冯仕猛)

[责任编辑:胡连娟]

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