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1、1五维教育目标理论中的科学美该文 1992 年在全国第五届物理教学改革研讨会上获贰等奖（中国教育学会物理教学专业委员会）昆明第十中学 林祖云 （电话 15368227506;邮箱 ；邮 编 650000）每门科学都是科学与艺术的完美的结合。科学中存在科学美，什么是科学美?由“情境、智力、知识、情感、意志、行动”教育理论可知：科学美是人们在认识和改造客观世界过程中，创造出来的符合自然、社会和思维规律的，能够引起人们情意反应，激励人们积极认识和创新的自然形象(自然美)、社会形象(社会美)和艺术形象(艺术美)。所以科学美是客体形象情境事实和主体心理创新能力结构构成的和谐统一的有机系统。如下图所示，科
2、学美是形象美、智力方法美、知识结构美、情意品德美、实践创新美的综合表现。为讨论方便我们把科学美分成五个方面加以研究。一、形象美每门科学都是“情境事实”和“智力方法、知识结构、情感意志、行动技能”各项心理素质的高度的统一体，即是“客体情境事实”和“主体心理创新能力结构”的高度统一体，是人们认识和创新自然、社会和艺术的产物。科学概念、规律都来自形象直观、生动具体的客观世界，同时又应用于客观界，创新出一幅幅新颖的客体形象。即高度抽象的理论总是和生动具体的客体形象情境事实溶为一体，展现出一幅幅多姿多彩的图景。如发生月蚀时，我们看到地球留在月亮上的影子呈圆形，于是使我们认识到我们生存的大地是球体，哪为什
3、么地球“下面”的人不会掉离地球呢?这又使我们认识到地球吸会引吸引其它物体；认识重力产生的原因，重力的方向，万有引力定律等知识；人们又利用这些理论知识创造发明了打桩机、水电站、卫星、飞船、空间站等新形象，丰富创新了客观世界，促进了社会的物质和精神文明建设，使自然界、社会生活方式、社会生产力水平、娱乐方式、思维规律、知识水平、情意品质、行为习惯和实践创新能力都发生变化。科学理论的形象性，即科学理论对应的范例情境事实与科学的智力方法、知识结构、情意品质和实践技能的和谐统一性，是科学美的首要特征，形象事实是科学美的物质基础。我们把范例情境事实作为首要教学目标，不仅符合人们的认识规律，提高教育教学效率质
4、量，还要在教育中渗透审美塑美教育，这是科学美的客观要求，也就是教学艺术性的客观要求。如光电计时器、打点计时器、牛顿管中鸡毛与铁皮下落一样快、滑雪运动、蹦床运动、飞车走壁、翻滚过上车、弹性碰撞、火箭的反冲运动、用弹簧振子单摆控制的时钟、单摆的共振、水的意志：兴趣乐趣志趣情境：自然物社会物艺术物智力：观察思维迁移知识：感性理性真理情感：直觉想象理智行为：明确问题制定方案规律产品测试应用行动信息反馈、同化、顺应、平衡图 1 科学研究、探究性学习和技术设计过程示意图 林祖云 1990 年于红河县一中 形象美 思维美 结构美 追求科学的人格魅力 行为美2波动、蒸汽机热机驱动的汽车火车轮船飞机的运动、电场
5、中怒发冲冠的表演、电视中带电粒子的加速和偏转、闪光照相机中电容器的充电放电、自动控制电路中的热敏光敏电阻、继电器的自动断开闭合、太阳落山后路灯自动点亮、太阳出来后路灯自然熄灭、电动机电压表电流表的转动、发电机发电供电、光的反射折射、七彩光线、干涉、衍射、光电效应、原子光谱等等，谁会说这些物理形象不漂亮! 不美！ 二、完美建构知识的过程与方法智力是联系客体情境事实和主体心理的桥梁。人的观察能力、思维能力和迁移能力叫智力，所以完美的学习方法、学习策略能使我们在轻松愉快的心境下高效率、高质量地做好工作，得到领导、同事表彰和自我的认可，谁都会说心里美滋滋的！完美的学习方法、学习策略分为三个层次：敏锐准
6、确高效采集信息的观察能力；流畅的专一的排除杂念的发现客观规律的形象思维和逻辑思维过程；迁移应用自己的“情境事实、智力方法、知识结构、情感意志习惯结构和实践技能创新能力结构”搞好科研项目、技术设计工作和探究性学习，创造出社会价值，谁都会说没有白活一世，这一生值得！智力的外部表现是方法，完美的方法就是指完美的实践探究方法、完美的理论探究方法、完美的实践和理论同时双向交叉综合探究方法。敏锐准确高效采集信息的完美观察能力：生活中、生产中和科学实验中，有许许多多情境事实几乎每个人都习以为常，谁也没有去认真观察思考，大家的认识仅停留在感觉、知觉层次，一旦某人经过较长时间的观察就可能从习以为常的现象中发现事
7、物的某些本质特征，恍然大悟，有踏破青山无觅处，得来全不费功夫的感觉。其他人受启发后也能立即明白其中的道理，甚至有的时候由于自己的感性认识积累到一定程度，经过一番思考还会发现新的规律，有青出于蓝而盛于蓝；长江后浪推前浪，一代新人胜旧人的美景出现。对首先观察发现事物本质特征的人来说，他们的内心得到了美的享受；对受启发后又经过自己观察发现较多规律的后继者来说，他们的内心同样得到了美的享受：对于重演科学家观察过程的学习者来说，内心同样会得到美的享受。例如，每个农村人都知道刚死去的青蛙腿会发生痉挛现象。意大利科学家伽伐尼在 1780 年观察起电机的放电现象时，发现在起电机放电瞬间青蛙腿会同时发生痉挛，多
8、次实验情况相同，于是他经过较长时间观察发现青蛙腿的痉挛现象的确是放电现象，怎样把青蛙腿放的电引出来呢？伽伐尼多次试验发现使用两种金属材料插入青蛙腿中，用舌头去舔两种金属时就能检测到青蛙腿会放电，伽伐尼终于发现了生物电；1800 年意大利科学家伏打重复尝试用锌丝和铜丝从青蛙腿中把生物电引出来(用舌头同时去舔锌丝和铜丝的端点有苦味)，青蛙腿本质上是碱酸盐，于是伏打把锌丝和铜丝插入食盐水中、插入稀硫酸中，发明了伏打电池。大家都知道刚死去的青蛙腿会发生痉挛现象，只有意大利科学家伽伐尼观察发现青蛙腿的痉挛现象是放电现象，发现了生物电，对他而言，他的观察活动无疑是美丽的幸福的；后继者伏打经过多次尝试终于发
9、明伏打电池，无疑也得到了美的享受；重演科学家研究伏打电池历程的学习者同样会得到美的享受。流畅的专一的排除杂念的发现客观规律的形象思维和逻辑思维过程对人来说就是美德享受：观察活动仅能搜集到一些反映事物本质特征的感性材料，但概念、规律的建立离不开形象思维和逻辑思维活动，人们在开展形象思维和逻辑思维过程中由于“发现”了真3理，产生的情感反应是想象情感、理智情感，激励的意志是乐趣、志趣，得到了崇高的美的享受，自尊、自信、自立、自强，锐意进取。例如，一辆玩具小车从斜面上滑到水平面上后，我们观察到它不会立即停止，仍会向前运动，对小车进行受力分析和运动分析（开展形象思维和逻辑思维活动）后确信小车只受到重力、
10、支持力和向后的摩擦力作用。小车是否还受到向前的推力 F 作用呢?如果受到向前的推力 F 作用，推力 F 的施力物体又是谁昵?由于找不到施力物体，于是人们形成了两种认识，一种认识认为推力 F 不存在：另一种认识认为推力 F 不需要施力物体，F 的施力物体就是物体自己，并把推力 F 叫做惯力或冲力?这种观点对吗?尝试自己能否把自己举起来呢?自己为什么不能把自己举起来?结论：自己对自己施的力叫内力，内力总是成对出现，大小相等、方向相反，作用在同一物体上，互相对消。自己不会对自己施向前的推力作用，否定了物体受到向前的惯力或冲力作用，不能叫惯力或冲力？哪叫什么呢？小车会向前运动?说明小车有保持原来运动状
11、态的性质一一惯性。物体有保持原来运动状态的性质-惯性，哪为什么小车向前运动一段距离后又停下呢?观察发现这是因为物体受到向后的摩擦力作用，这种认识对吗?继续开展观察思维活动，在水平面上放上毛巾，摩擦力大，小车滑行的距离短；把毛巾换成布，摩擦力减小，小车滑行的距离变长：把布换成玻璃板，摩擦力更小，小车滑行的距离更长，设想水平轨道光滑（开展形象思维和逻辑思维活动） ，并且没有空气阻力，首先想象小车运动的轨道是什么样子的?以上述三次实验现象虽为感性材料，但可帮助我们想象出小车运动的轨道是直线；车的速度又会怎样呢?不下坡，就不加速；不上坡，就不减速：没有力推它，不加速；没有力阻碍它，就不减速，将做匀速直
12、线运动。于是建立了惯性定律：物体的运动不需要力来维持。这是因为物体又保持原来运动状态的性质-惯性：如果物体不受力或所受合力为零，由于惯性将做匀速直线运动；运动不需要力来维持，力的作用效果又是什么呢?力可以使物体加速、减速或改变物体速度方向，总之，力是产生加速度的原因。意大利科学家伽利略是世界上第一个开展上述形象思维和逻辑思维的人，他发现了真理，得到了美的享受，即使被判终身监禁也再所不惜。许许多多的后来人开展了上述形象思维和逻辑思维活动， “发现”真理后同样得到了成功快乐的美的享受。完美的迁移应用自己的“情境事实、智力方法、知识结构、情感意志习惯结构和实践技能创新能力结构”成功完成科研项目、成功
13、完成技术设计工作和成功的高效高质量地完成探究性学习任务，创造出社会价值，谁都会说没有白活一世，这一生值得！应用对应的心理活动是迁移，迁移就是五维目标结构在新情境中复活、反馈、比较、同化、顺应、平衡、创新发展的过程；此时的智力活动主要是指定势思维、发散思维、逆向思维和组合型思维活动，但本质上还是新情境中的再观察、再思维活动。应用迁移活动对应的外部行为表现是解习题、学习新知识、处理日常生活生产问题、创新发明新技术新机器和构建新的理论。无论是解习题、学习新知识、处理日常生活生产问题、还是创新发明新技术新机器和构建新理论，行为和心理活动都可以划分为四个层次：在日常生活生产中、在与别人的交流中和在科学技
14、术实验中，发现提出并明确问题；制定设计解决问题的实践方案、理论方案，实践操作；形象思维、逻辑思维，建立概念、规律或制作产品；测试评价应用迁移，发明创新。落实了科研过程、技术设计过程或探究性学习过程的四个环节，完成了五维目标，每一个参与了科研过程、技术设计过程或探究性学习过程的人无疑都能获得美的4享受。如果我们解出一道能力价值、理论价值、教育价值和应用价值很高的习题后，内心无比快乐，因为通过解这道题，使自己内心的范例情境事实、智力方法、知识结构、情意品德、实践技能结构得到反馈、比较、强化、改造、平衡、创新发展，更加完善完美。如果我们能学懂、学好、学完老师还没有讲授的内容，我们的内心会无比自豪，同
15、样得到了美的享受。如果我们应用自己的创新能力结构解决了生活、生产中的某个具体问题，我们的内心同样无比自豪，因为我们的学习实现了创新价值。如果我们利用自己的创新能力结构研究创新了新理论、新技术、发明了新机器，内心更是无比自尊、自信、自立、自强，锐意进取，得到发现真理的享受，愿意为研究工作奉献自己的毕生精力。三、完美的知识结构科学是智力活动的产物，智力活动的最终结果总是揭示了世界的本质规律，因而具有简洁完备、对立统一、和谐对称等审美特征，给人以美的享受，从而有利于人们认识、继承和创新，有利于激发人们的情感和求知创新意志，使人们在美的愉悦(情感体验、意志磨练)中，有效地掌握范例情境事实、知识的形成过
16、程(智力方法)、知识结构和实践技能结构，完成五维教育目标。1.简洁完美的理论。理论结构是简洁与完备的对立统一体，它是用最简单的形式概括了大容量的情境事实和理论，以许多物理公式(定义式、决定式、物理规律等数学语言)为例，表面上看是简单形式，却包含着丰富、完备、深刻的内容。如牛顿第二定律：F=ma 它不仅概括了加速度、合外力和质量之间的定量关系(决定式)、单位关系、方向关系、瞬时关系、因果关系、矛盾关系(相互作用力与惯性质量是一对矛盾)；还揭示了力学基础知识结构是受力、运动、力和运动的关系；揭示了解决力学问题的基本思路是分析物体受力，用力和运动的关系判断物体运动；分析物体的运动，用力和运动的关系判断物体受力(弹力、摩擦力、罗伦兹力等都与运动密切相关)。二者珠联璧合、相互反馈，同时运用，方能顺利解决力学问题：揭示了力学中的两类基本问题：已知物体受力，求合外力，求加速度、时间、位移、速度、轨道等；已知物体运动，求加速度，求合外力、分力及与分力相关的量。学习牛顿第二定律之后，力学知识的学习已基本趋于完备，为后
