论综合能力的培养

许春青

摘 要：在大学物理教学中，对知识进行评论能把知识的更深层次内容揭示出来。知识之间的关联、研究问题的思想方法、理论知识的优缺点等都隐含在知识当中，绝大多数学生在学习的过程中很难掌握好它们，这就需要大学物理教师们通过知识评论将这些更深层次内容揭示出来。这样能激发学生的兴趣，使他们在掌握好所学知识的同时，提高学习知识的能力和研究问题的能力，从而使综合能力得到培养，体现素质教育的理念。通过分析具体实例，探讨了在大学物理教学中如何从上述几个主要方面入手对知识进行评论，并分析了知识评论的作用和教学实践中需要注意的问题。

关键词：素质教育；知识评论；大学物理；综合能力

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）02-0191-04

Abstract： In the college physics course， knowledge review can reveal the deeper content of knowledge. Association between knowledge， the ideas and methods of studying problems， and the advantages and disadvantages of theoretical knowledge are all implicit in knowledge. Most of the students in the learning process are very difficult to master them， so this requires college physics teachers to reveal the deeper content through knowledge review. This can arouse students' interest， and can improve the learning ability and the ability of studying problems while mastering what they have learned. Thus， the comprehensive ability is cultivated and the concept of quality education is embodied. This paper discusses how to carry on the knowledge review from the above main aspects in teaching college physics by analyzing specific examples. The function of knowledge review and the problems that should be paid attention to in teaching practice are also analyzed.

Keywords： quality education； knowledge review； college physics； comprehensive ability

一、概述

在教学过程中如果仅是叙述知识，则无论叙述得如何有条理、语言表达得如何清晰、用了何种教学手段、如何注重课堂反馈和营造轻松课堂氛围等等，都不能很好地满足学生们的需求，也不利于综合能力的培养。讲授大学物理课程也是如此，应该对所讲授的知识进行评论，这样能把知识的更深层次內容揭示出来，激发学生们的兴趣，使他们在掌握好所学知识的同时，提高学习能力和研究问题能力，从而使综合能力得到培养，体现素质教育的理念。尽管这方面的研究也很有必要，但学术界对教学评论和理论知识的评论等问题研究得比较多，例如，杜利平将时事政治评论应用于《概论》课的教学中[1]；张春玲探讨了评论式反思教育在英语教学中的应用问题[2]；许宜平探讨了评论式口语训练在语文教学中的应用问题[3]，还有杨启亮[4]、董奇[5]、邹德侬[6]，张明国[7]，Jager[8]，Van[9]等等的研究。而对于大学物理教学中的知识评论，现有的研究则鲜有涉及。通过分析具体实例，本文探讨了如何从知识之间的关联、研究问题思想方法、理论知识的优点或好处、缺欠或不足等几个主要方面入手对知识进行评论，并分析了知识评论的作用和教学实践中需要注意的问题。

二、通过系统化所学知识提高学习能力——对知识间关联的评论

将所学的理论知识系统化是学得好、用得好的关键，在大学物理教学中对知识间的关联进行评论就显得非常必要。

知识间的关联有很多形式，例如我们可以从理论结构框架的角度进行评论。像不同种类动物一般都有类似的系统一样，不同理论体系一般也都有类似的结构框架。即一个理论体系往往可以分为运动学和动力学两个部分，这两部分内容就组成了一个理论体系的基本结构框架。简而言之，一个理论体系的运动学部分一般涵盖引入物理量来描述研究对象并给出这些量之间的关系，而动力学部分则一般包含从实践中总结出定律，依据该定律给出这些物理量是如何变化的。以质点力学为例，在质点运动学中引入了位置、速度、加速度、能量、动量和角动量等物理量来描述质点的运动，并给出了这些量之间的关系，例如位置、速度和加速度之间的微分和积分关系等等；在质点动力学中牛顿定律给出这些物理量是如何变化的，对牛顿第二定律所得到的加速度积分就可得到速度和位置如何随时间变化的，再由动量、能量和角动量的定义就可以得到它们如何随时间变化的。再例如，在量子力学中很少有人提“量子运动学”，但量子力学中同样有运动学和动力学这两部分结构。波函数、力学量的算符表示和状态叠加原理属于量子力学的运动学部分，这部分内容给出了量子力学研究问题所引入的物理量及它们之间的关系。薛定谔方程则属于量子力学的动力学部分，薛定谔方程给出了波函数如何随时间变化的，由于各力学量的平均值是由相应的力学量算符作用在波函数上得到，清楚了波函数如何变化的，各力学量如何变化的也就清楚了。在学习一门理论时可以用这一物理学基本结构框架将所学知识系统化——清楚了该理论引入了什么变量来描述研究对象、这些量之间的关系是什么、能给出这些变量如何变化的定律是哪个以及该定律是如何给出这些物理量随时间变化的，所学理论体系的轮廓就清晰了。

还可以从区分理论的根与枝的角度进行评论。一个理论体系好比一棵树，实践好比理论生存的土壤，定律或原理就是理论的根，由定律或原理推导出来的定理和推论就是理论的枝干，在各个领域中的应用就如同它的枝叶。分不清理论的根与枝，自然不能理解好所学的理论知识，也很难把它用好。分清理论的根与枝需要我们从来源和检验这两个方面进行辨别。定律或原理是实践总结来的，不是推导来的，它的正确性由实践来检验；定理和推论是由定律或原理推导来的，它的正确与否除了要看推导所依据的定律或原理是否正确，还要看推导过程是否逻辑严密。由于历史和习惯等原因，有些定理被称为定律或者原理，有些原理或定律则被称为了定理，所以不能仅从名称上来区分理论的根与枝。例如力学中的振动叠加原理，振动就是运动的一种形式，运动满足叠加原理，自然得到振动叠加原理，所以振动叠加原理虽名为原理，实则是定理。再比如电磁学的高斯定理，它是麦克斯韦方程组中的一个方程，应该被看成是理论的根，所以名为定理，实则是定律，类似的例子还有很多。显然，明辨理论的根与枝就清楚了知识之间的脉络，对于系统化所学理论知识具有重要作用。

对知识间关联的评论涉及知识的各个方面，可以从不同角度来进行。在讲授大学物理课程中对知识间关联的各个角度、各个方面的评论都有助于知识的系统化，可以使学生养成勤于总结、注重系统化知识的良好学习习惯，进而提高他们的学习能力和用好知识的能力。大学物理教学中如果缺少了这部分内容，很容易造成知识的碎片化，不仅不利于知识的消化和吸收，在未来的工作中也不容易用好所学的知识。

三、授人以鱼，不如授人以渔——对研究问题思想方法的评论

在大学物理教学中对研究问题思想方法进行评论有助于培养学生的思维能力，提高他们分析问题和解决问题能力。与大学英语和大学数学等其它课程相比，大学物理既是一门重要的学科，也是一个研究问题思想方法的宝库，从这个意义上讲，在讲授大学物理课程中对研究问题思想方法进行评论具有非同一般的意义。

物理学研究问题的方法有很多，但最基本、也是最重要的一类方法是从复杂问题简单化的角度来分析问题。而这类分析问题的方法又可分为三种主要类型，即通过抓住主要因素忽略次要因素的方式、通过研究复杂问题的特殊情形的方式和将复杂问题分解为若干简单问题叠加的方式。通过抓住主要因素忽略次要因素方式研究问题的例子在物理学中比比皆是，例如质点这个概念，通过抓住物体的主要因素（质量），忽略次要因素（大小和形状），把实际物体看成一个有质量的几何点，这种研究问题方法就是熟知的理想模型，质点就是实际物体的理想模型。同样，点电荷、刚体和理想气体也都是比较典型的理性模型。利用这种研究问题方法的例子还有很多，比电介质分子正负电荷中心以及对康普顿散射现象的解释等等。对于不容易解决的复杂问题，找出比较容易研究的特殊情形，通过研究这个特殊情形来得到一些有价值的结论，这种研究问题的方式也比较常见，比如热力学中的准静态过程，准静态过程就是现实热力学过程的一个特殊情形，准静态过程的研究相对容易得多，也得到了一些非常有现实指导意义的结论，例如卡诺定理等。将一个复杂问题分为若干简单的叠加，这种研究问题方法在物理学中也是非常常见的，比如将一个复杂振动分解为若干不同频率的简谐振动的叠加，将平抛运动分解为自由落体运动和水平匀速直线运动的叠加，将一个复杂的波分解为若干不同频率简谐波的叠加等等。

物理学中另一个非常重要的研究问题方式为从继承和创新的角度去研究问题。显然，科学的发展离不开继承，沿着前人踩出来的路往前走，才能容易走得更远，但如果只有继承而没有创新，科学就没有发展。这就要求人们在遇到新问题时，应该重视前人解决类似问题的做法，从原有的、成熟的理论中寻找借鉴。例如对波粒二象性的解释，微观粒子的波动性是人们较为陌生的，解释微观粒子波粒二象性的关键是如何描述微观粒子的波动性。在研究这個问题时，德国人玻恩没有把原有理论的做法完全抛弃，继承了原有理论描述波的一般做法，即用一个物理量在时空中的变化来描述波[10]，这个物理量就是我们熟知的波函数。

物理学研究问题的方法往往展现出高度灵活性，只要有利于问题的解决，只要给人们研究问题带来方便，往往不拘一格、灵活多变，可以无中生有，也可以百般变化。例如电磁场中根本没有电力线和磁力线，但为了研究问题方便，人们引入了电力线和磁力线来描述电磁场，从而使电磁场的描述变得直观和形象。面积是个典型的标量，但为了研究问题方便，人们将面积元定义为矢量，从而使通量的计算变得简单；牛顿定律只适用于惯性系，但为了研究问题方便，在非惯性系中人们引入了惯性力，将牛顿定律做了改造，在非惯性系下依然可以利用牛顿定律来分析问题等等。

蕴含在物理知识当中的研究问题思想方法不一而足，在学习过程中绝大多数学生在掌握知识的同时很难将它们挖掘出来，进而对其有所领悟。在讲授相关知识时对这些宝贵的思想方法进行评论就显得十分必要了，这样可以使学生们能够理解、领悟和运用好这些宝贵的思想和方法，从而培养他们的科学素养和独立思考能力，进而提高研究问题能力。物理知识容易忘记，但对物理学研究问题思想方法的领悟却可以终生受益，特别是对很多工科学生来说，物理学研究问题思想方法的重要性不低于物理知识。所以，对物理学研究问题思想方法的评论是讲授大学物理课程的重要内容，如果缺少了这部分内容，就无法满足学生的这方面需求。

四、加深理论知识的理解——对优点或好处的评论

一个理论、一个概念或者一个做法，往往都有它的优点或好处。例如电介质分子正负电荷中心的概念就是一个非常典型例子。显然，电介质分子中所有正电荷产生的电场不可能严格等效于一个集中了所有正电荷电量的点电荷所产生的电场，负电荷产生的电场也是如此，但这两个概念的引入，其所带来的好处是非常明显的，取向极化和位移极化的理解就水到渠成了，一个电介质分子放入电场中所发生的变化就很容易分析了，进而在电场中电介质表面出现极化电荷的现象也就容易理解了。如果不做这样的近似处理，那么由一团正电荷和一团负电荷所组成的电介质分子在电场中所发生的变化分析起来就很复杂了。在康普顿散射一节中，将光子和外层电子碰撞看作是和自由电子碰撞，将光子和内层电子碰撞看作是和整个原子碰撞，这一做法的优点也比较典型。运用能量守恒和动量守恒，光子与自由电子碰撞和光子与整个原子碰撞都非常容易分析，由于原子内电子和电子之间以及电子和原子核之间都存在相互作用，如果不这样近似处理问题，则很难解释康普顿散射现象。电力线这个概念也是一个很典型的例子，引入电力线的一个好处是直观和形象，可以配合电子动画的演示，展现给学生一些带电体周围电力线的分布情形，让学生对电力线的这一优点有更加深刻印象，除此之外，在电力线的基础上定义了电通量，进而才有了描述电场性质的重要理论——高斯定理。

通过上述例子可以看出，对优点或好处的评论是知识评论不可或缺的一个重要方面，可以使学生掌握知识更全面，有助于加深对理论知识的理解。在讲授大学物理的过程中，如果不注重对知识的优点或好处进行评论，会导致学生接受知识被动，缺乏积极思考，难以获得良好的学习效果。

五、正确认识所学的理论知识——对缺欠或不足的评论

理论往往存在适用范围问题，超出了适用范围，就不再适用了。热学中的理想气体就一个非常典型的例子。理想气体的微观模型为自由、弹性的质点，在解释压强和温度时，利用这一模型所得到的结论与实验符合得非常好，但在解释能量问题时，则与实验结果存在较大的偏差，因为气体分子转动动能、振动动能和平动能是同一数量级的，原来的模型忽略了气体分子转动和振动的动能，所以必须进行修正，需要考虑气体分子的大小。当研究气体分子的平均自由程和平均碰撞频率时，又需要把理想气体分子模型修正为自由、弹性、小球（直径为分子有效直径）。

任何一个理论都难免有缺欠或不足。当今的电磁学理论应用范围很广，堪称完美，但其自身仍然存在缺欠或不足，由点电荷的场强公式，在点电荷所处位置，电场强度为无穷大，现实中不存在电场强度为无穷大的电场，这显然是电磁学理论的一个缺欠。现实中不存在严格的点电荷，它是一个典型的理想模型，所以应用它分析问题，自然会产生与实际情形的偏差。类似的例子还有很多，例如量子力学，虽然取得了极大的成功，但仍存在不少的困难等等。

从这些例子可见，对缺欠或不足的评论也是大学物理教学中需要给予重视的，有助于学生正确认识所学理论知识，使他们在学习和今后的工作中对如何看待一个理论有自己独立的见解，也有助于激发学生的课堂兴趣，活跃课堂氛围。

六、需要注意的问题

知识评论并不局限于上述几个主要方面内容，在课时允许的范围内，只要有利于对知识的理解、有利于综合能力的提高，都可以从不同角度对理论知识进行评论，但是在评论过程中需要注意以下几个问题。

首先，对知识评论给予高度重视，满足学生的求知需求。在讲授大学物理过程中，如果仅仅是叙述知识，不仅不能激发学生的兴趣，调动学生学习的积极性，更不能满足学生的求知需求。知识之间的关联、研究问题的思想方法、以及理论知识的优点与不足等方方面面的内容正是学生学习过程中所需要的，应该对知识评论给予高度重视。

其次，评论的尺度要适当。对理论知识评论得不到位，不能使大学物理课堂讲授效果达到最佳，而过度的评论，则又会厚此薄彼，使讲课的重点得不到突出。这就要依据具体讲授内容有针对性地对待，还要在讲课过程中体察学生的注意力，依据学生的课堂反馈对评论的详略进行适当地处理。

再次，采用灵活的评论语言和多种教学手段。在知识评论的过程中，评论的语言不宜刻板，可以适当地使用些调侃的语言、讲个笑话、体现出幽默感以及采用电子动画模拟等多种教学手段等等，都能极大地提高学生的课堂注意力，活跃课堂气氛，加深学生对所讲授内容的理解，进而在很大程度上提高大学物理课堂的讲授效果。

最后，知识评论的能力非一朝一夕可具备，是长期的积累。知识评论涉及诸多具体内容的各个方面，这就需要投入大量的时间和精力于大学物理教学中，并不断地总结、归纳、交流和学习，在长期的大学物理教学实践中不断地积累知识评价的能力和经验。

七、结束语

知识之间的关联、研究问题的思想方法、理论知识的优点或好处、以及缺欠或不足等都隐含在物理知识当中，在学习过程中绝大多数学生在掌握知识的同时很难将它们挖掘出来，进而对其有所领悟，这就需要大学物理教师们通过知识评论将物理知识的这些更深层次内容揭示出来。知识评论能激发学生的兴趣，加深知识的理解，有助于系统化所学知识，提高学习能力；有助于领悟好物理学研究问题的思想方法，培养研究问题能力，为将来的工作和学习打下良好基础。总之，在讲授大学物理过程中知识评论对培养物理学综合能力具有重要意义，体现了素质教育的理念。

参考文献：

[1]杜利平.《概论》课时政评论教学的实践探索——以浙江工商大学为例[J].思想政治理论新探索，2003（12）：133-139.

[2]张春玲.评论式反思教学在初中英语教学中的应用[J].课改研究，2013（9）：8-9.

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[4]杨启亮.师范院校教育学类课程与教学的评论[J].河北师范大学学报，2002（2）：41-44.

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[8]Jager， T. Comment on “Robust Fit of Toxicokinetic-Toxicodynamic Models Using Prior Knowledge Contained in the Design of Survival Toxicity Tests”[J]. Environmental Science & Technology， 2017，51（14）：8200-8201.

[9]Van， E.， & Van， S. What about Mechanical Knowledge？. Comment on “Action Semantics： A Unifying Conceptual Framework for the Selective Use of Multimodal and Modality-Specific Object Knowledge”[J].Physics of Life Reviews， 2014，11（2）：269-270.

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