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异化与纠偏：实现物理课程育人价值的几点思考

2023-11-21 74 上传者：管理员

摘要：物理课程内容蕴含着丰富的育人价值，但教师专业发展的观念偏差、科学探究的实践误区、物理观念的理解窄化等都制约着物理课程育人价值的实现。为此，物理教师要省思专业发展的功利化倾向，形成不断加强学科功底的自知与自觉；要纠正科学探究的机械化倾向，以科学思维的发展提升科学探究的品质；要警惕物理观念的知识化倾向，挖掘出依附在物理知识之上的物理文化的育人价值。本文以“牛顿第一定律”的教学为例，对如何实现物理课程育人价值作出阐述。

关键词：
动力学
牛顿
物理文化
物理课程育人
科学思维
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牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的三条运动定律是整个动力学的核心。其中，牛顿第一定律为力学的发展奠定了坚实的基础。牛顿第一定律作为物理课程的重要内容，是中学物理教师进行课例研究的热点。本文试图通过反思“牛顿第一定律”的教学，对教师专业发展的观念偏差、科学探究的实践误区、物理观念的理解窄化等制约物理课程育人价值实现的关键问题做简要探讨。

一、省思专业发展的功利化倾向：学科功底是教学基本功的基础

“教师专业发展”一词最早是美国学界提出来的，强调教师作为专业人员要有专业理论、专业技术等。其目的主要有两个：一是为了提高教师职业的社会地位，保障教师职业受到社会的尊重；二是为了提高教师素养，促进教师个体的专业发展。[1]

在专业发展的驱使下，名师工作室、教育人才工程等专业社群渐成气候，课题研究、项目建设对教师而言也不再陌生。但同时，我们也发现物理教师作为物理学习者和物理研究者的身份逐渐被弱化。常表现为：对课堂趣味性的追求可谓挖空心思，而对科学性却不求甚解；或热衷于称号评审，或倾力于分数提升，对学科全貌知之甚少，对学科前沿更是漠不关心。笔者认为，教师作为学科的化身来到学生身边、来到课堂，这个立场必须加以坚守。

就牛顿第一定律而言，教师在备课过程中起码应厘清以下问题：牛顿第一定律只有物体不受力时才成立吗？牛顿第一定律只是回答了力与运动的关系吗？牛顿的贡献仅仅是总结前人（伽利略、笛卡尔等）的成果吗？为什么牛顿第一定律也叫惯性定律？牛顿第一定律与力的概念建立有何联系？为什么要去研究阻力对运动的影响？思想实验（或理想实验）与之前接触的实验、与以直觉为主导的推理有何不同？牛顿第一定律与另两条定律有何关系？为什么说牛顿第一定律为力学的发展奠定了坚实的基础？牛顿第一定律对人类的时空观有何深远影响？……

在教师专业发展受到高度关注的今天，我们依然坚定地认为，学科功底是教学基本功的基础。正如1986年舒尔曼提出PCK理论时所强调的一样，学科内容知识是基础，然后才是将其转化为可教、可学的形式。于中学物理教师而言，对物理学的学习与研究、对科学性的把握是永恒的话题。无论是物理观念的形成还是科学思维的养成，都离不开对物理概念、物理问题的清晰理解。再者，教师的学习经历是最宝贵的课程资源，它将直接影响教学方式和学习方式。教师应该是学科知识的“激活者”，是学科育人价值的“开发者”，也是教育教学实践的个性化“创造者”。不论是年轻教师还是成熟骨干，都需要有加强学科功底的自知与自觉。

二、纠正科学探究的机械化倾向：科学思维决定科学探究的品质

物理学是一门实验科学，也是一门崇尚理性、遵循逻辑推理的理论科学。科学的实验过程不仅要建立在客观的观察之上，还要运用分析、归纳、演绎等逻辑思维工具对证据进行加工。提出“科学思维”不是对“科学探究”的否定，而是为了以更鲜明的态度和坚定的决心，纠正中小学教学实践中普遍存在的机械模仿探究过程的做法。[2]比如，误把问题、证据、解释、交流等探究要素僵化地视为探究要经历的环节，甚至把实验步骤一条条“按方抓药”般地罗列给学生，导致探究中思维的缺位。

（一）问题，从何而来？

在侦探故事中，最明显的线索往往会引起错误的质疑。同样地，在尝试理解自然定律的过程中，最明显的直觉解释往往是错误的。[3]在最近一次执教“牛顿第一定律”时，笔者课前让某班44名学生做了小问卷，结果有33人认为“物体运动是因为受到力的作用”，42人认为“力越大，物体运动的速度也越大”，42人认为“没有力，运动的物体就会逐渐停下来”，其中多位学生给出的判断依据是推车时施加推力及该车运动的情况。为此，笔者在课堂上演示推车过程，并引导学生分析质疑。

观察演示：如图1所示，先用力推着小车在水平面匀速前行，再突然撤去推力，观察小车的运动情况。

分析质疑：撤去推力前后小车的受力情况和运动情况。

学生认识到，撤去推力后小车慢慢停下是由于受到阻力的影响，并且阻力大小会影响小车滑行的距离。图1所示的活动意在回到思维深处，用正确的线索逐步纠正学生建立在直觉基础上的前概念，并顺理成章地引出接下来要研究的问题“探究阻力对运动的影响”；活动同时也呼应了物理学史，伽利略当初正是意识到“将人们引入歧途的是摩擦，而物体在通常情况下运动时，摩擦又是难以避免的”之后，才找到了探索力与运动关系的“钥匙”。

（二）证据，何以可靠？

探究者无论是对猜想与假设做出检验，还是对科学问题的解释进行评价，都需要基于可靠的事实和证据。如果只是照着步骤做实验，学生只能学会操作，而难以理解为什么要用这个实验方案、实验方案又是怎么设计出来的。为此，在教学中，教师可引导学生对图1实验所收集的证据开展评估，使学生认识到推力撤销后小车所滑行的距离还与小车的初始速度大小有关，由此想到改进实验，让小车从斜面的同一高度滑下来，以便使其每次滑行的初始速度相等。

很多教师可能花了大量精力改进物理实验，目的是在课堂上实验一次就成功，让学生看到实验结果支持这节课要讲的知识点。事实上，这样的教学把评估和改进实验的任务全部交给了教师，而学生在探究中发展科学思维的机会却就此丧失。学生分组实验时，教师要善于利用巡视指导的契机捕捉教学资源。比如，小车运动到斜面底端时车头易与水平面磕碰，导致小车在水平面运动时可能偏离铺设的平面。如图2所示，用学生身边常见的软垫板充当导轨，斜面底端弯折成一段弧形，就巧妙解决了磕碰的问题。把探究中遇到的问题摆出来，师生一起改进方案，让学生认识到不能盲目相信实验结果，改进实验方案也是科学家在研究中常做的事。

图1

图2

（三）解释，是否严谨？

科学思维是科学家认识自然时运用的思维方法，既特别强调事实，又特别强调严格论证基础上的观点及理论的建立。比如，研究了阻力对滑行距离的影响后，设想小车在绝对光滑的水平面上运动，推断出小车将永远运动下去。教学到此环节时，很多教师往往是匆忙交代“小车将做匀速直线运动”，甚至立即呈现出牛顿第一定律的内容，导致学生只停留在“知道”“机械记忆”的层面，没有机会深入理解，思维也无法得到发展。

从对距离的影响到对运动状态的影响，其间存在较大的思维跨度。对此，条件允许的学校可以补充数字化实验，显示小车在不同表面运动时速度的变化情况（图3），再借助思想实验画出不受阻力时运动小车的速度变化情况。这样显化思维的论证过程更为严谨，更有利于学生理解伽利略的思想实验以及科学推理在科学研究中的作用。

（四）交流，怎么增值？

交流应贯穿探究活动的始终，科学探究在某种程度上是通过评价与交流达成共识的过程。倘若缺少思维含量，交流就会陷入可有可无的争执。比如，未经独立思考和质疑论证的小组讨论常常演化为学生聚在一起各自说自己的答案，或组内最强势的学生一讲到底，缺少生生之间的思维碰撞和融合；再比如，很多教师临近课堂结束喜欢问学生“这堂课学到了什么”，没有任何提炼与升华，学生只是照着念一遍板书或笔记便草草了事。

为了让评价增值，使评价促进学习、促进思维发展，笔者设计了以下交流话题：

交流话题1：牛顿第一定律可以用实验直接验证吗？为什么？既然永远也不可能实际做出来，为什么说牛顿第一定律是正确的？

交流话题2：向前扔出一个物体，速度越大，扔得越远。速度足够大时，它可能会怎样运动？

这些交流话题引导学生循着正确的线索，对运动问题有了更深的理解。同时，学生也体会到科学研究有多种方法，实验只是方法之一，但无论采用哪种方法，都离不开科学思维，科学思维让我们得以透过现象看到事物的本质。

三、警惕物理观念的知识化倾向：思想观念反映物理文化的价值

在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中，物理观念的学业质量描述是“能认识物质的形态、属性及结构，认识运动和力、声和光、电和磁，认识机械能、内能、电磁能及能量的转化与守恒，能掌握所学的物理概念和规律；在学习和日常生活中，能从物理学视角观察事物，把所学概念和规律与实际情境联系起来，解释常见自然现象和解决常见物理问题，能综合运用物理概念和规律，分析和解决熟悉情境下的简单物理问题，具有初步的物理观念”，其中包含形成观念和应用观念两个层面。但在具体教学与测评时，其常被错误地窄化为物理知识的形成和应用，这种知识化倾向很可能使物理教学陷入碎片化的知识灌输与枯燥的解题技能训练中。

物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华，是基于物理学客观规律、经过逻辑加工的一种物理哲学思想，这在“牛顿第一定律”中体现尤为明显。针对这一课程内容，教师可从如下角度对观念的提炼与升华加以梳理，并体会其背后的物理哲学思想：

一是在概念体系上，为了便于表述，通常先学习力的概念、了解几种常见的力，再来认识牛顿第一定律，但在物理学史上，直到出现牛顿第一定律，才正式提出力的概念。牛顿在《自然哲学的数学原理》中写到“力是施加于物体以改变其静止或匀速直线运动状态的一种作用”，将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”正是牛顿的高明之处。

二是在时空观念上，提出力、惯性参考系的概念，使人们认识到“天上的物体并不神圣，它只是和地上的物体一样，遵循相同的规律罢了”，此外不依赖于重力的“惯性质量”也使人们对物质的认识产生飞跃。

三是在科学哲学上，力学观把一切现象的解释都归结为物质粒子之间的相互作用，既可以预言它未来的路径，也可以倒推它的过去，尽管这种决定论直到近代才因为新的事实和理论出现而被抛弃，但“把看起来复杂的自然现象归结为几个简单的基本观念和关系”的主张还一直影响着现代物理学。

把上述内容在课堂上全部交代给学生，并不是梳理的初衷。梳理是为了说明：物理观念尽管是在物理知识的基础上建立起来的，但不能止于知识体系的建构，不能止于概念与规律的演绎。学生只有体会到物理学对人类思维方式、价值观等所产生的深远影响，形成关于物质世界的完整图景，才能真正领略到物理学、物理文化的魅力。

当教师拥有了不断加强学科功底的自知与自觉，使科学探究与科学思维交相辉映，并挖掘出在物理知识之上存在的物理文化的育人价值，我们的物理课堂才能真正地“动”起来、“活”起来，物理课程的综合育人价值也才会充分实现。

参考文献:

[1]叶澜,王枬.教师发展:在成己成人中创造教育新世界——专访华东师范大学叶澜教授[J].教师教育学报,2021,8(03):1-11.

[2]马冠中.像科学家一样思考:怎么做?怎么教?[M].北京:教育科学出版社,2023:3.

[3][美]阿尔伯特·爱因斯坦,[波]利奥波德·英菲尔德著,张卜天译.物理学的进化[M].上海:商务印书馆,2019:1.

文章来源:骆波.异化与纠偏:实现物理课程育人价值的几点思考——以“牛顿第一定律”教学为例[J].基础教育课程,2023(22):54-59.