基于科学素养提升的高中物理学习的“4W1H”法

杨世林

摘要：要实现科学技术的不断进步，提升人的科学素养是关键和重中之重。提升高中生的科学素养，不但可以增强学生学习能力，推进其对知识体系的融会贯通，也可以培养高中生针对相关知识提出问题、分析问题的能力，建立相应的思维框架，为寻求解决问题的途径与方案打开思路。采用“4W1H”模式，对高中物理中的物理现象及名词进行学习与思考，不但可以使高中生有效掌握物理学的精髓，也为提升其科学素养提供一条有效途径。

关键词：“4W1H”法；物理；科学素养；高中生

中图分类号：G632.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）16-0214-02

众所周知，当今世界，科学技术已经渗透到人类社会进步、国家发展以及经济建设的方方面面，是生产力中最活跃的要素，因而科学技术被人们称作第一生产力。纵观科学技术发展，人们已经注意到，科学技术的每一次重大突破都诱发经济的深刻变革和人类社会的巨大进步。自18世纪以来，人类经历的三次工业技术革命，无一不是因科学技术的突破。以1765年蒸汽机的发明为代表的第一次工业革命，为船舶、火车等大型机械提供了推进动力；以1831年发电机的研制成功为代表的第二次工业革命，推进了电力在工业、生活中的广泛应用；以1946年第一台计算机的发明为代表的第三次工业革命，实现了信息化，拉近与世界的距离，推进人类社会快速、高效发展。

一、科学素养提升的意义

简言之，科学素养总体上包括三个有机组成部分[1]：一为对科学知识所了解的程度；二为对科学研究的过程与方法所掌握的程度；三为对科学技术对社会和个人产生的影响所了解的程度。也就是说，在掌握知识的同时，初步建立科学思维的方法，思考所学知识的科学意义及应用价值。其中，初步建立科学思维的方法是关键，这是因为有效的科学思维能够更为合理地掌握基础知识，实现知识体系的融会贯通，提升学习能力。同时，这也有利于高中生对所学知识进行合理思辨，提升科学素养。由此看来，提升高中生的科学素养，具有以下方面的重要意义。

1.促进高中生对相关知识的有效学习，找到合理的学习方法，提升学习能力。

2.推进高中生对知识体系的融会贯通，达到扎实掌握知识的目的。

3.培养高中生针对相关知识提出问题的能力。

4.培养高中生一定的思辨能力，建立针对相关问题进行科学分析的思维框架。

5.初步培养高中生基于已有知识对相关问题寻求解决途径与方案的思路和能力。

二、基于科学素养提升的高中物理学习的“4W1H”法

纵观中学物理知识，具有自“客观现象→提出假说→解释现象→修正假说→解释现象→建立物理模型→应用知识→预测现象”这一完整的知识体系。应该说，这种知识体系非常有利于高中生科学素养的培养。针对高中生物理学知识体系的特点，笔者以为，对于科学素养提升下的高中物理学习，可以简化为“4W1H”模式（What，When，Where，Why，How）。其中，“What”指的是所学的知识到底是什么，即所学物理现象、名词的概念、内涵、特点及历史等；“When”指的是所学的知识在什么时候出现，即所学物理现象、名词产生的时间；“Where”指的是所学知识在什么地方出现，即所学物理现象、名词产生的地点；“Why”指的是所学知识为什么会发生，即所学物理现象、名词产生的原因；“How”指的是所学知识是如何发生的，即所学物理现象、名词产生的过程。

下面以高中物理知识中的“能量守恒定律”为例，说明采取“4W1H”模式进行学习的过程。

（一）What

能量守恒定律（即热力学第一定律）指的是，一个封闭（或孤立）体系的总能量始终保持不变。可以进一步表述为：一个体系的总能量的改变，只能等于传入或者传出该体系的能量的多少。总能量是指，该体系的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。能量守恒定律的内涵涉及诸多内容。例如，物体的内能增加等于物体吸收的热量和外力对物体所做的功的总和；系统在绝热状态时，功只取决于系统的初始状态和结束状态的能量，与过程无关；孤立系统的能量永远是守恒的；系统经过绝热循环，其所做的功为零，因此第一类永动机（即不消耗能量做功的机械）是不可能的；两个系统相互作用时，功具有唯一的数值，可以为正、负或零；等等。就其发展历史而言，能量守恒定律的思想最初是在1842年由德国物理学家迈尔基于实验结果提出的。随后，英国物理学家焦耳进行大量实验，并用各种方法求得热功当量，发现所得结果完全一致；1847年，德国科学家亥姆霍兹对热力学第一定律进行严格的数学描述；1850年，能量守恒定律被科学界所公认。

（二）When

对于一个系统而言，只要外界的力没有对该系统做功（或做功之和为零），且没有其他能量传入这个系统（即没有热量传导），则该系统的总能量是守恒的。能量只会在系统内部的各个物体间发生转移或以不同类型的能量进行转变。也就是说，任何时候，系统本身的能量都是守恒的。

（三）Where

能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。从大到宇宙天体，小到原子核内部，只要存在能量的转化与（或）转移，就一定服从能量守恒定律。究其原因，这是因为能量的转化形式是多种多样的，它可以在内能、机械能、电能、化学能、光能以及原子能等之间发生转化。与此同时，在能量转化过程中，若某种类型的能量发生减少，另一种类型的能量就必然增加，且能量总量始终保持不变。由此看来，就中学物理知识而言，能量守恒定律在任何地方都是客观存在的。

（四）Why

能量守恒定律之所以会产生，这是因为：物质和能量是自然界的最基本形式；世间万物均必有其来源，也必有其去处；物质和能量既不会无中生有，也不会莫名消失；能量具有多种存在形式，如机械能、光能、化学能、电能、热能、原子能等；能量可以以各种存在形式之间或之内发生转化与（或）转移，但总量不变；等等。

（五）How

就能量守恒过程来说，其实质就是能量的转移与（或）转化的过程，且无论能量是如何转移与（或）转化的，其总的能量始终保持不变。例如，在小球的钟摆模型中，小球从高摆到最低又从最低摆到高。此小球摆动过程中，小球从高摆到最低，重力势能转化为动能，下降速度越变越快，重力势能越来越小，动能越来越大；小球从最低摆到高，动能转化为重力势能，上升速度越变越慢，重力势能越来越大，动能越来越小。然而，此过程的任何时刻（即小球位于任何位置），小球的重力势能与动能之和始终是相同的。基于上述“4W1H”模式下对能量守恒定律的理解，应该说高中生已经较为合理地掌握了这一物理现象的精髓。同时，更重要的是，高中生学会了对任何物理现象及名词进行有效学习的方法，也建立了科学思维框架。基于此，笔者以为，要学好高中物理，提升科学素养，应该对每个物理现象及名词时刻不忘从“What，When，Where，Why，How”5个方面进行思考、总结。

三、结束语

作为未来社会的建设者和大自然的改造者，高中生不仅要深刻认识到科学技术的重要性，更应努力学好科学技术，用科学技术武装头脑，展示献身科学的勇气和决心。其中，遵循科学规律，融会贯通知识体系，进行合理思辨，是培养自身科学素养的重要保障。

基于“4W1H”模式，對高中物理中的每个物理现象及名词进行学习与思考，是提升自身科学素养的一条有效途径。

参考文献：

[1]任磊，张超，何薇.中国公民科学素养及其影响因素模型的构建与分析.科学学研究，2013，21（7）：983-990.