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中学理科课程标准设计应该更加注重学科间的有效衔接
在修辞学中有一种方法叫通感(移觉)——在描述客观事物时,用形象的语言使感觉转移,将人的听觉、视觉、嗅觉、味觉、触觉等不同感觉互相沟通、交错,彼此挪移转换,将本来表示甲感觉的词语移用来表示乙感觉,使意象更为活泼、新奇、丰盈的一种修辞格.其实在自然科学课程学习中也应该具有这种能力,注重不同学科知识之间的联系,教师在教学过程中应该注意引导学生联系相关学科,从而降低学习的难度,提高学习的兴趣。当代科学家们像打山洞的工程师一样在各自的山洞里埋头苦干,而对于其他山洞的情形却知之甚少。时间到了近代,有些山洞偶然碰到了一起,那强烈的光线使科学家们感到了晕眩。
作为一位师范院校的教授,长期以来致力于研究基础教育理科教学大纲(或者课程标准)的研究,我国基础教育理科课程标准的设计存在一些问题,其中问题之一是数学、物理学、化学、生物学、地理学、通用技术、信息技术等理科课程“自成体系”,学科之间知识点衔接存在问题,给教师的在实际教学中带来了很大的挑战,学生在学习过程中带来巨大的困难,在课堂上“听不懂”,导致学生学习压力较大。
一、存在问题
1.初中理科课程标准的设计存在的问题
1.1初中物理与化学有关知识的衔接问题
初中生在初三上学期开始接触化学这门课程时,接触电荷的有关概念,诸如正电荷(质子)、负电荷(电子)以及原子的基本结构等,但是这些知识点初三物理学习需要滞后三个月左右,造成部分学生一开始学习化学就极其不适应。
1.2初中生物学与数学、物理、化学有关知识的衔接问题
初一生物学需要一些化学知识,例如光合、呼吸作用的相关实验中,氧气助燃、二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊、光合作用是化学反应等,可是这些知识点需要在初三化学中学习,因此初一生物学中绿色植物的三大生理作用学生接受起来难度较大。
初一动物运动部分,讲到运动本质上是杠杆运动,骨是杠杆,关节是支点,物理中有关知识需要初二开始学习。
初二生物学中人的消化与吸收部分,讲到物理性消化与化学性消化,VC使高锰酸钾褪色需要初三化学有关知识;讲到人体运动中能量的获得,讲到食物的热价,并通过食物燃烧加热等质量的水来间接测出不同食物的热价,用到物理学上的初三热学部分知识;人的呼吸部分用到大气压的相关知识及气体扩散等,此时物理学中还没有学习大气压的知识;显微镜的使用及眼球成像中都用到凸透镜成像的相关知识,物理需要到初三学习有关知识。鉴于此,人体的新陈代谢、神经调节等内容学生理解难度很大。
学生在初中数学学习的概率知识比较简单,初中生物遗传学部分需要利用概率知识,学生学习难度很大。
初中生物学有一些函数图像的题目,需要利用函数单调性问题,但是数学还没有学习。
2.我国高中理科课程标准的设计存在的问题
2.1高中生物学与数学、物理、化学有关知识的衔接问题
高一生物学必修1《分子与细胞》学习需要利用有机化学知识,例如氨基酸的结构、糖的分类、酶的功能、有氧呼吸的化学反应式等,可是此时高一化学没有学习,大部分学生学习这一内容时理解困难,根本听不懂。
教材中提到主动运输需要能量,可是在高中物理学中根本没有学习这个问题,需要到大学里学习。
高一生物学必修2《遗传与变异》需要利用数学中的概率知识解决遗传计算问题,可是高中数学要推迟几个月才学习有关知识,大部分学生听不懂遗传规律相关内容。
高二生物选择性必修1利用了电位的有关概念,物理学中没有给出有关概念,物理学中给出的概念是电势,其实电位就是电势,电位差就是电势差(电压)。
2.2高中化学与物理的衔接问题
高一化学提出:在相同的温度和压强下,气体分子之间的平均距离近似相等,所以1mol任何气体的体积基本相同。这个结论是物理学中克拉伯龙方程的特例,可是物理学需要到高二学习这个内容,学生在化学学习中感觉到这个结论来的突然,没有根据。
高中选修课《结构化学》中有大量量子力学知识,可是这些知识在高中物理中根本没有学习,大部分学生理解这部分内容非常困难,部分习题需要利用数学中的欧拉公式,欧拉公式在高中数学中没有学习。
2.3高中物理与数学的衔接问题
高三电磁学习题包括高考试题中经常出现圆周角、弦切角等知识,可是这些内容在高初中数学中已经删除。
高一上学期力学部分问题需要利用正弦定理与余弦定理、反三角函数,此时高中数学没有学习。
高一物理必修2万有引力定律一章中介绍开普勒定律提出了椭圆、椭圆的焦点、长轴、短轴、焦距、偏心率的概念,但是高中数学中相关知识此时没有学习。
物理学中的矢量与数学中的向量其实是一回事,由于不是一个名称,学生学习不容易产生知识迁移。数学中向量的平行四边形法则学生不知道为什么根据?其实来自于牛顿当年实验得到,学生在力学中也已经做过验证实验。
综观高中物理主要使用的数学工具:矢量(也叫向量)——矢量的概念、加法、减法、点乘、叉乘;微积分初步—求导、积分,可以毫不夸张地说,几乎每一种数学工具都是由物理老师首先传授的。举几个实际的例子,物理教材必修第一册,第一章“运动的描述”,第二章“匀变速直线运动的研究”,就是高一刚开始学习的内容,学生立刻就会接触位移“矢量”的概念,在定义速度和加速度的时候,实质上就需要理解极限、导数的方法,在推导匀变速运动位移与时间关系的时候,其实就采用了积分的思想,而这些数学知识,首次出现在数学教材上分别是必修第二册(矢量),选择性必修第三册(求导),而积分,高中数学则完全没有涉及到。如果我们能更好地安排物理和数学的教学进度、教学内容,使二者更好地进行配合,对学生们理解物理概念、规律一定是非常有好处的,也可以减轻学生的负担。
2.4高中地理与数学、物理、化学、生物等的衔接问题
高一地理就开始出现开普勒定律,可是在物理学中高一下学期才学习开普勒定律,数学中椭圆有关知识高二数学才开始学习。
地理必修1提到了地转偏向力其实就是一个惯性力,中学物理没有学习惯性力,需要到大学物理学中学习。
高中地理中利用球面距离,可是高中数学已经删去了这个内容。
以上仅仅是笔者在研究过程中发现的问题,其实这仅仅是冰山一角,还有大量问题,教育部基础教育司可以进一步进行调研,对于发现问题做出科学的处理。
二、调整建议
1.调整原则
笔者认为中学阶段必须统筹考虑课程标准设置内容与顺序,降低教师教和学生学的难度,帮助学生进行知识迁移,培养跨学科的综合人才。按照“数学是物理学的基础,数学、物理学是化学的基础,数学、物理学、化学是生物学的基础,数学、物理学、化学、生物是地理学、通用技术的基础”,本着“基础性知识先学习,应用型知识后学习”的原则设置教学内容与安排教学顺序,这样可以使学生知识迁移更自然,容易构造自己的知识网络,从而大幅度降低学习的难度。对于同一个问题,理科各学科同一概念使用统一名称。
我国著名的科学家钱学森指出:“现代自然科学,不是单单研究一个个事物,一个个现象,而是研究事物、现象的变化发展过程,研究事物相互之间的关系.这就使自然科学发展成为严密的综合起来的体系。这是现代自然科学的重要特点。…….(现代自然科学)根本的基础学科,就是研究物质运动基本规律的物理,加上作科学技术工具的数学。数学不只是演算,也包括逻辑的推理。”笔者认为中学理科教学必须贯穿这一思想,注意各门学科之间的联系,充分发挥数学和物理作为基础学科的功能,数学和物理学教学知识点可以适度增加,但是难度必须大幅度降低,注重其应用,尤其是在化学、生物学和地理学中的应用。
2.具体建议
2.1针对初中物理学、化学衔接问题,建议初三物理开始先学习电学中静电学知识,再学习光学、热学等其他内容。
2.2针对初中生物学与数学、物理、化学的衔接问题以及难度问题,生物学最好改为初二、初三学习,遗传学有关计算问题调整到高中阶段学习。初中生物学比较抽象,需要利用数学、物理、化学有关知识,初一开始学习有一定难度。这样可以减少平行科目的数量,坡缓小学进入初中的难度,减轻学生学习压力。
积极研究历史可以压缩到初一和初二学习,每周三课时,外语每周减少1课时。其实20世纪我国初中历史就是初一、初二学习,建议恢复,这样也可以做好与语文、政治相关知识的衔接。
2.3针对高中生物学需要利用高中数学、物理、化学的有关知识,建议适度压缩高中生物学教学内容,高中生物学改到高二和高三上学期学习,每周3课时。高二下学期进行学业水平考试,考察必修内容,高三学习选修以及高考复习备考。其实20世纪我国生物学也是从高二开始学习,建议恢复。
教材中提到主动运输需要能量,增加注解,大学里学习。
高中物理静电学作为注解给出电位的有关概念。
2.4针对高中物理学与化学衔接问题
高中化学学习阿佛加德罗定律时增加注解:这个结论需要到高二物理学学习。
针对高中化学中结构化学涉及量子力学的内容从高中课程中删除,积极研究增加部分无机化学知识。结构化学中利用欧拉公式的内容删去。
化学中的焰色反应其实就是物理学中的原子能级跃迁,教材最好指明,有助于学生知识迁移。
2.5针对数学和物理衔接问题
建议初中数学增加圆幂定理。正余弦定理难度较大,在初中学习有一定难度,建议高中数学在正余弦定理等三角学中增加部分在物理学中的应用,原来的课程标准虽然有这部分内容,但是太少,数学应用作为数学教学的主旋律。
把反三角函数作为高中数学必修内容。
高一数学学习椭圆系统知识不现实,建议在高一物理必修2万有引力定律一章中增加一个附录,介绍有关椭圆的有关概念。
物理学和数学统一名称,都称向量,数学中注明平行四边形法则来自于力学中的实验。
2.6针对高中地理与数学、物理、化学、生物等的衔接问题
高一地理开普勒定律有关知识,有关内容可以安排在后面的选修课程学习。
高中地理中删去惯性力的概念,有关知识点可以增加注解,在大学物理中学习。
高中数学增加球面距离的概念。地理学的纬度本质上线面角(该点与地球球心的连线与赤道平面所成的角),范围为[00,900];经度本质上是二面角(经线所在的半平面与0度经线所在的半平面所成的二面角),范围为[00,1800];黄赤交角本质上两个平面所成的角,两个平面所成角的范围[00,900]。这些知识点在高中数学中应该增加注解介绍,学生对于地理学中的有关知识认识更加深刻。
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