用系统科学原理优化高中物理教学的思考与实践

摘要：系统科学是现代科学的基础，它主要包括整体、有序和反馈三大原理。文章着重阐述三大原理的基本内涵，并在这三大原理的启发下提出了组织、传授和管理三个方面的具体做法，以期实现高中物理课堂教学的最优化。

关键词：整体；有序；反馈；系统科学原理；组织

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）21-0063-03

系统科学是现代科学的基础，它主要包括整体、有序和反馈三大原理。①整体原理。把整体分解为部分，把复杂的分解为简单的要素，并分别加以精确的研究。把部分融合于整体中，即是认为各个部分又是相互联系和制约的，在各要素相干和协同的情况下会有新质的突现，这种新质不是单个要素所具有的，而是系统整体才具有的。②有序原理。事物的发展过程是有一定的方向和规律的。有序的过程是信息量走向增加、混乱度走向减少的过程，是系统由低级结构走向较高级结构的过程。比如：社会发展是有序，社会倒退是无序；生物进化是有序，生物退化是无序；记忆过程是有序，遗忘过程是无序。在教学中，讲清、学会的过程为有序，说理不清、迷惑不解的过程为无序；思维条理化、灵活变通的过程为有序，思维混乱、呆滞僵化的过程为无序等。③反馈原理。反馈原理就是指控制系统把信息输送出去，又把其作用结果返送回来，并对信息的再输出产生影响，实现控制作用，达到预定的目的。

一、整体原理对物理课堂教学的启示——精心组织

精心组织就是要合理构建课堂教学结构，重视系统内各个子系统的作用，凸显整体功能。

1.物理课堂教学过程的整体性。物理课堂教学就是一个整体系统，它包含了传授、媒体和学习系统三个部分（如图1）。传授系统中包含教师层面、教学内容等，是课堂教学的组织者。媒体系统包含教学环境、方法手段、实施过程等，是课堂教学实施的平台，学习系统包含学生认知，情感态度价值观等，是课堂教学的主体。它们之间有机结合，既相互联系又相互制约，其关系如图所示。因此，教师在组织教学时要协调好各子系统的关系，科学安排各个教学环节，找出系统的最佳组合，以实现课堂教学结构的最优化。

2.物理课堂教学目标的整体性。新课程理念下的物理课堂教学提出了三维目标的要求。①知识与技能，②过程与方法，③情感态度与价值观。这三个目标并不是孤立的，它们是相辅相成的整体。知识和技能的掌握需要学生价值观的导向、情感的投入和态度的配合；过程和方法是知识和技能能否被通畅传授的保证。在确定教学目标时既要突出知识，又要兼顾能力。既要重视过程和方法又要促进学生身心的健康成长。当然在具体的一节课或一阶段课中也不能盲目追求三维目标的均等，可以根据不同教学情况突出不同的目标和重点，只有这样才能使学生的心智得到全面、和谐地发展，取得最优的教学效果。

3.物理知识的整体性。普通物理包含了力、热、电、光、原五个部分。每一个阶段的学习，都是从这五个方面进行的，只不过其深度和广度呈螺旋式上升的趋势，不断递进。从知识结构上看，力学所确立的概念和规律以各种不同的方式渗透到热学、电磁学、光学以及原子物理学的知识中。在热学中，温度被解释为分子平均动能的标志，气体压强用大量分子对器壁的不断碰撞来说明；在电磁学中，电势能是类比于重力势能来建立的，带电粒子垂直进入电场或磁场的运动分别表现为“平抛运动”和“匀速圆周运动”；在光学中，光的波动特征、光的干涉和衍射，跟机械波的类似现象相对应，电磁波(光波)的波速与波长、频率的关系，跟机械波的一样；在玻尔的原子模型中，电子的绕核运动被看作匀速圆周运动。诸如此类，不一而足。可见，各种不同的运动形式既有区别，又存在一定的联系，是一个整体。

4.系统的整体功能大于各孤立部分的功能之和。整体是由各个部分组成的，根据系统论的启示，要有效地发挥整体功能，必须首先清楚各个部分的特点和作用。因此，在教学组织中，特别是新授课的教学中我们要从知识获得的本身出发，了解知识的产生、发展和本质，着眼基础的、典型的、简单的模型。比如，力是怎么与电磁作用的？我们就要弄清楚力的本质和电磁的本质。

当然学习是为了更好地应用，应用就体现出一种内在的、逻辑的、综合的思维力量。这些力量的源泉不是孤立系统能够提供的，必须是在各个系统相互关联中才能激发出来的、多出来的那部分，这就是整体才能体现出来的功能。在物理教学中，常常会遇到这样的情况，一些同学在学习章节知识时掌握得还可以，但是一旦把不同的知识模块结合在一起，困难就出现了。其实就是缺少综合分析和知识迁移的能力。比如，力学中的功能关系：能量的转化是通过做功实现的，做功的多少是能量转化的量度。在电磁感应现象中，通过克服安培力做功把其他形式的能量转化为电能，电路中产生的电能的量就是克服安培力做功的量。但是很多同学在处理电磁感应现象时总是不会前后联系，不知道安培力做功会有什么样的效果。所以在教学内容的组织上，特别是复习课上，要按基本知识、基本规律、基本方法、基本联系为主线来整合，使每节课、每个教学单元，乃至每学期的教学内容都有一个科学、清晰、有利于知识和技能正迁移的渐进式的整体逻辑结构，立足于整体来分析其部分以及部分之间的关系，从种种联系和相互作用中认识和考察对象，从而使学生能从整体上把握教学内容。

二、有序原理对物理课堂教学的要求——有效传授

有效传授就是要找准课堂教学的切入点，打破原有水平的平衡态，在新的非平衡状态中获得增长，从而达到更高水平的平衡态。

1.创设开放动态的物理教学环境。开放就是意味着要有对外信息交换。用在课堂教学中，就是要有师生之间的沟通，要有同学之间的交流，要有知识和生活情景的联系等。在物理课堂教学中，我们要做到三点：①重视物理情景的创设，特别是来自生活的原始的物理情景。比如，生活经验告诉我们重的物体下落得快。但是伽利略比萨斜塔的实验故事告诉我们轻重物体下落得一样快。到底哪一个正确呢？在不可能到比萨斜塔求证的情况下，我们自己要学会分析其影响因素，创设类似的问题情景。如果把一个纸团和一个同样大小质量的纸片同时释放，发现纸团下落的快，说明忽略空气阻力的影响，轻重物体原来一样快！在现阶段物理课堂教学中，很多老师用习题教学代替了情境教学，其实由情境到习题的过程中有一个抽象、概括、综合甚至建模的过程，这个过程正是学生可以获得外界力量促进非平衡态产生的途径，可惜被老师们越俎代庖了。②重视实验探究教学，在实验探究教学中要求学生知道科学探究的一般过程：提出问题——猜想——逻辑推理——实验论证——修整完善。在探究过程中，学生可以通过查阅资料、小组合作讨论，不断尝试等方式获得外界信息，使学习在动态的非线性的环境中得到增长。举例：在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，学生在实际操作时会遇到很多实际问题，比如，分压式和限流式怎么接？安培表内接和外接在不知电阻大小的情况下可以怎么迅速的判断？电路哪里容易出故障？等等。在这种开放的动态的环境中，切入点就能很自然地生成出来。③重视学生的主体地位，实现师生的平等对话。教师可以采取启发式提问，或者给予学生充分的自主学习的时间，让学生自己思考，思考的作用在于使大脑有关部分的信息联系起来，向更为有序的方向发展。④优化各种教学方法和手段。除了前面提到的情境教学、问题教学、实验教学、探究教学、小组讨论等方法手段之外，我们还可以调动身边的辅助工具，如多媒体、网络平台，通过优化各种教学方法和手段使非平衡态精彩纷呈，促进更高平衡态的建立。

2.注意培养良好的物理学习习惯。良好的习惯能够使物理学习更加有序和直接。为了更好地促进课堂教学，笔者认为要有这样的几个好习惯：①首先是思维的条理性。学生如何有条理地组织、串连有关的贮存信息，是构想出合理的思维程序所必须的，这样才能快速地把老师、同学和环境中有用的知识信息整理下来转化为自己的东西，从而顺利完成课堂的传授功能。②其次要培养正确的物理阅读和审题的习惯。物理重在能看懂题目，审清题意。在教学中常常会碰到篇幅很长的物理试题，其中有一些专业术语或者与最新科技相联系，也就是所谓的信息题，那么学生就不知如何下手或者根本就没有耐心读完题，在这种情况下，我们应该让学生树立信心，在题目中提取有用信息，与我们学过的物理知识方法和模型相联系，学会把文字语言转换成物理语言比如物理公式、物理图像、物理模型等。审题时要突出主要因素，比如研究复合场中粒子的运动是否需要考虑重力作用？要善于挖掘隐含条件，要对特殊的字、词有非常的敏感度，比如“光滑、恰好”等。所以“书读百遍，其义自现”是物理思维从混乱向有序发展的一个重要过程。③还有规范化思维的习惯。规范化不仅仅体现在解题上，在思维方式上也要注意规范化。比如，在进行动态闭合电路分析时，通常是按如图2的顺序判断的。这也正体现了思维的整体性和有序性。养成规范化的思维习惯，能够帮助学生越过干扰因素，注意细节问题，简化过程方法，提高解决问题的速度。当然，好问的习惯、勤思的习惯、观察的习惯等也是能够帮助我们找准切入点、实现课堂有序发展的愿景。

3.渗透物理思维方法的教学。物理学科中隐含着很多科学方法，这些科学方法也是物理学科的精髓。我们不仅要掌握物理思想本身，还可以运用物理思维方法促进课堂教学的精彩生成。如“理想化法”，比如质点的概念、伽利略的理想斜面实验等。如“微元法”，在研究导线中电场特性的时候截取一小段导线进行研究，宏观上导线形状是任意弯曲的，但是一小段微元就可以看成是直导线了。如“整体隔离法”我们会先整体再隔离、或先隔离再整体、或边整体边隔离分析等。还有“控制变量法”、 “极限法”、“放大法”“比值定义法”“等效法”等。显然，物理思维方法对物理知识的有效传授有很大的促进作用。

三、反馈原理对物理课堂教学的调控——实现管理

实现管理就是能及时发现课堂教学中的问题，并适时作出回应，完善课堂教学，促进教学目标的达成。在反馈中，教师将信息（主要是指教学目标和教学内容）传递出去，学生再把信息的作用、结果（主要是学生的答问、练习和掌握技能的情况、情感变化等）反馈回来，教师经过分析、评价、调节后，再把信息传递出去，并通过调控，不断纠正教学中出现的偏离度和失误，使师生双方在信息流通上始终保持同步，实现教学优化。反馈原理对课堂教学的调控要做到以下几点：①教师应根据“最近发展区理论”并结合教学经验，提前做好反馈预案（即前馈），引导学生渡过难关。②教师要能抓住实质上的正确的反馈信息。③对学生的反馈信息要及时地给予评价。④师生双边的反馈要与教学保持同步，要能激起学生的共鸣。

对学生来说，反馈信息可以使学生强化正确，改正错误，找出差距，促进努力。对教师来说，可以使教师掌握情况，改进教法，提高质量。古人云：“学然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也。知困，然后能自强也。”可以看出，反馈信息对学生的学和教师的教都起着十分重要的作用。利用好信息反馈，就能有效实现课堂教学管理。在系统科学理论原理的指导下，通过精心组织物理课堂教学结构和物理知识结构，进行开放动态的有序传授，并结合反馈实现课堂教学的有效管理，从而达成物理课堂教学的最优化。

参考文献：

[1]杨斌.系统学原理对数学教学的启示[J].湖南教育学院学报,2001,(6)．

[2]查有梁.系统科学与教育[M].北京:北京人民教育出版社,1995．

[3]阎金铎,郭玉美.中学物理新课程教学概论[M].北京:北京师范大学出版社,2008.

[4]王德华,吕俊峰,何善亮.用系统科学思想指导高职院校教学质量管理[J].教育与职业,2009,(12).

[5]刘向远,饶红胜,杜安胜,孔庆东.热力学“熵原理”对新课程物理教学的启示[J].皖西学院学报,2009,(10).