王 強(qiáng) 周曉林 帥曉紅

(四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 四川 成都 610068)

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利用原始物理問題促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

王 強(qiáng) 周曉林 帥曉紅

(四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 四川 成都 610068)

從“理論世界”到“心智世界”的直接學(xué)習(xí)方式，使得學(xué)生物理學(xué)習(xí)效果低下.根據(jù)卡爾·波普爾的“三個世界”理論及科學(xué)知識增長論，對“客體世界”中的原始物理問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原始物理問題是連接“理論世界”與“心智世界”的有效途徑，進(jìn)而提出以“原始物理問題”促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的一般策略.

原始物理問題 學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變 核心素養(yǎng)

2016年5月18日《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》(征求意見稿)[1]出爐，意見稿中提出，學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)綜合表現(xiàn)在社會責(zé)任、國家認(rèn)同、國際理解、人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、審美情趣、身心健康、學(xué)會學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新等9大方面，尤其強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐創(chuàng)新能力.在知識革新日新月異、互動合作無處不在的今天，實(shí)踐創(chuàng)新能力作為社會發(fā)展的驅(qū)動力，本質(zhì)上是解決復(fù)雜實(shí)際問題的能力.

在物理教學(xué)中，正是通過設(shè)置真實(shí)的問題情境，讓學(xué)生親歷復(fù)雜問題的解決過程，進(jìn)而促成學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的發(fā)展，因此，原始物理問題的解決是培養(yǎng)思維、解決復(fù)雜實(shí)際問題的有效途徑.那么，如何理解原始物理問題在“理論世界”和“心智世界”之間的作用？又該如何將原始物理問題轉(zhuǎn)化為可探究的科學(xué)問題？最后，又如何達(dá)成學(xué)生在處理原始物理問題時學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變？對這些問題的回答將有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展.本文將就這些問題做一些探討.

1 從卡爾·波普爾的“三個世界”中認(rèn)識物理學(xué)習(xí)中的原始問題

卡爾·波普爾在《客觀知識》一書中系統(tǒng)地論述了“三個世界”理論.“世界1”指物質(zhì)實(shí)體及其存在狀態(tài)的客體世界，如動植物、電磁場、能量和各種自然規(guī)律等；“世界2”指包括心理、意志和精神在內(nèi)的心智世界，如思想、價(jià)值觀、情感等；“世界3”指人類思想產(chǎn)物的客觀理論世界，如詩歌、語言和小說故事等，特別強(qiáng)調(diào)科學(xué)理論體系[2].

物理學(xué)習(xí)有別于物理研究.物理研究最終是為了修正和發(fā)展“理論世界”,而物理學(xué)習(xí)，其起點(diǎn)在于學(xué)生對“客體世界”的好奇和疑惑，主觀上表現(xiàn)為對未知的探求欲望，并以“原始問題”的形式表現(xiàn)出來.在物理學(xué)科中，所謂“原始問題”是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中未被抽象加工的且能反映物理觀念的典型物理現(xiàn)象和物理問題[3].

比如，為什么冰凍的豬肉在水中比在同溫度的空氣中解凍快？天然氣爐的噴氣嘴側(cè)面有幾個與外界連通的小孔，然而火焰為什么并不會從側(cè)面的小孔噴出？當(dāng)先前經(jīng)驗(yàn)或理論無法解決這樣的原始物理問題時，學(xué)生便開始探求解決問題的辦法，并學(xué)習(xí)“理論世界”中的科學(xué)理論，從而建構(gòu)“心智世界”的思維結(jié)構(gòu)，并把能有效解決原始物理問題看作是物理學(xué)習(xí)成功的標(biāo)志.比如通過學(xué)習(xí)物質(zhì)的傳熱性能和伯努利原理，便可知：冰凍的豬肉在水中比在同溫度的空氣中解凍快，是因?yàn)樗膫鳠嵝阅鼙瓤諝夂茫欢烊粴鉅t的火焰并不會從側(cè)面的小孔噴出是由于噴嘴處氣流速度大壓強(qiáng)小，側(cè)面孔外的大氣壓強(qiáng)大.由此可見，物理學(xué)習(xí)是以學(xué)習(xí)“理論世界”中的理論來解決“客體世界”中的原始物理問題為出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)生“心智世界”中的認(rèn)知改變和思維過程的提升為目標(biāo).學(xué)生解決問題的過程就是理論內(nèi)化的過程.

因此，原始物理問題是物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，是連接物理理論與學(xué)生能力發(fā)展的樞紐.

2 原始物理問題促成學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的分析

“客體世界”有其固定的客觀規(guī)律，它不受人類意識和信念的影響，比如有些元素天然地具有放射性特性，無論我們是否發(fā)現(xiàn)這種特性，它都存在.在科學(xué)研究的過程中，人有不斷追求客觀規(guī)律的強(qiáng)烈愿望，并通過多次觀察、重復(fù)實(shí)驗(yàn)，歸納總結(jié)出科學(xué)結(jié)論，法拉第就是在這種模式下發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的.但因人自身的易錯性和儀器的局限性，通常得出來的結(jié)論會因人思維的發(fā)展和儀器精確度的提高而得到修正，所以任何理論都不是終極不變的理論，都永遠(yuǎn)處于非線性的發(fā)展之中.因此，在物理學(xué)習(xí)中我們不能將“唯一性”作為學(xué)習(xí)的唯一追求，而要有大膽懷疑、不斷探索的問題意識.

2.1 學(xué)習(xí)方式由“理論世界”直接到“心智世界”的弊端

但在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中，很多原始物理問題都是在學(xué)生還沒有準(zhǔn)備的情況下，由教師加工后提出來，然后通過教師將教材中的知識“講出來”，再引導(dǎo)學(xué)生解決課前的“原始物理問題”，如果學(xué)生不會，教師通常會再“講”，直到學(xué)生“會”為止.課后再通過大量的習(xí)題練習(xí)，讓學(xué)生加深鞏固.這種重復(fù)的練習(xí)在短期內(nèi)能夠增加熟練度，獲得知識，但卻不利于學(xué)生長期的理解和遷移.過段時間后，當(dāng)再次遇到老師講過的規(guī)律和做過的練習(xí)時，仍然不會.即使學(xué)生能用學(xué)過的理論做習(xí)題，卻很難解決自然現(xiàn)象中的原始問題.

教師講了很多知識點(diǎn)、符號公式和概念規(guī)律，付出了很大的心血，卻“事倍功半”，學(xué)生也?！敖锌噙B天”.這便直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)方式上的3個突出問題.

一是“粗獷”，學(xué)生學(xué)習(xí)了很多知識點(diǎn)，卻只知知識的表層，而不知隱藏在表層后的內(nèi)涵和本源.比如學(xué)生知道在冬天用手去捂形狀大小一樣的鐵塊和木塊時，木塊容易“捂熱”，便理所當(dāng)然地得出“木塊傳熱快”的結(jié)論.

二是“狹窄”，學(xué)生可以用課堂中學(xué)習(xí)的知識和理論解答習(xí)題，卻不善于遷移，更不清楚如何用學(xué)到的知識去解決生活中的問題，便出現(xiàn)理論與實(shí)踐相脫離的情況.比如水龍頭放水時，附近的水管偶爾會發(fā)生嗡嗡的響聲，學(xué)生很少能判斷出這是放水時水管共振造成的.

三是“刻板”，認(rèn)為老師講的和教課書上的就是“真知”，解決問題的方式單一，思維僵化，依賴性強(qiáng)，缺乏批判和質(zhì)疑.例如在解答“驢拉磨”類型的習(xí)題時，學(xué)生知道怎樣解答，卻并不明白背后重要的思想方法——“微元法”.

正是學(xué)生學(xué)習(xí)方式上的這些問題，致使學(xué)生一味地追求“標(biāo)準(zhǔn)答案”，嚴(yán)重限制了學(xué)生“心智世界”的發(fā)展.

2.2 以“原始物理問題”為核心改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

時代賦予教育的價(jià)值在于教會學(xué)生會學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和社會責(zé)任意識.其實(shí)，教育不在于告訴學(xué)生一個確定無疑的真理，而在于教會學(xué)生如何去發(fā)現(xiàn)真理[4].原始物理問題作為連接“理論世界”和“心智世界”的紐帶，將會極大地改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，這主要表現(xiàn)在以下方面.

第一，突破“真知”.摒棄以往單純地追求“標(biāo)準(zhǔn)答案”式的學(xué)習(xí)觀念，而是以學(xué)科思想方法為重，改觀單純模仿，提倡多元化的嘗試，在嘗試中不斷靠近“真知”.

第二，提倡“質(zhì)疑”.對“未知”的世界不統(tǒng)統(tǒng)肯定和統(tǒng)統(tǒng)否定，讓“猜想-確證”成為主要的學(xué)習(xí)方式，明白解決原始物理問題的能力比硬記書本知識更重要.

第三，增長“見識”.在互動合作中以求互長，變以往單一接受信息為多角度思考多渠道獲取，提倡原始創(chuàng)新.

第四，尊重“差異”.讓學(xué)生尊重自己的天資和興趣特長，讓學(xué)生選擇適合自己的學(xué)習(xí)方式，不盲從，不攀比，在差異的基礎(chǔ)上發(fā)展自己的核心素養(yǎng).

原始物理問題從物理學(xué)的根源出發(fā)，并與生態(tài)學(xué)理論相結(jié)合，具有很強(qiáng)的生態(tài)效應(yīng)[5].這種生態(tài)性，使得學(xué)生在聯(lián)系經(jīng)驗(yàn)材料與物理理論時，會找它們之間的相似性，同時伴有思維的參與，所以學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)在原始物理問題的解決過程中得到訓(xùn)練和優(yōu)化[6，7].這種學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變不再以書本為起始點(diǎn)，并且能有效克服傳統(tǒng)抽象呆板的學(xué)習(xí)模態(tài).

3 原始物理問題促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的一般策略

3.1 找準(zhǔn)問題情境：堅(jiān)持問題設(shè)置的引領(lǐng)性

在平常生活中，學(xué)生喜歡從“整體”的角度去感知生活中的各種物理現(xiàn)象，并用頭腦中已有的思維來加以解釋，他們一般不會深究.例如，飛行中的飛機(jī)，是由空氣浮力、萬有引力和牽引力共同作用而沿固定路線航行，并且容易受到氣流的影響.學(xué)生知道飛機(jī)航行需要力，這是他們依據(jù)經(jīng)驗(yàn)從整體上來判斷的，而他們一般不會深究飛機(jī)航行時，力是誰提供的，更不會思考背后的飛行原理.

因此，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣便是第一要務(wù).從“功利”的角度來看，只有讓學(xué)生獲得能夠幫助他們解決困惑的內(nèi)容或措施時，才會引起學(xué)生的好奇心和求知欲.而物理理論，不僅是解決困惑的知識保證，也是問題創(chuàng)設(shè)的理論背景，所以“理論世界”中的理論能夠解決學(xué)生的困惑，但這種解決最初極難以直接作用的方式出現(xiàn)，它必須以“客體世界”中的原始物理問題作為中介，因而原始物理問題是學(xué)習(xí)的開始.

每一個科學(xué)理論所能解決的問題是有限的，所以在設(shè)立原始物理問題情境時：一是堅(jiān)持統(tǒng)領(lǐng)性，以相關(guān)的科學(xué)理論為指導(dǎo)；二是體現(xiàn)趣味性，觀察自然現(xiàn)象，呈現(xiàn)“原汁原味”的生活事實(shí)；三是遵循啟發(fā)性，找準(zhǔn)問題的關(guān)鍵，引發(fā)學(xué)生的困惑和探究欲望.例如，為什么標(biāo)準(zhǔn)體格的男人與女人相比，女人更容易漂浮在水面上？該問題的設(shè)置是以重心、浮力和二力平衡等為其理論指導(dǎo)，并且在游泳場所就可以觀察到該現(xiàn)象，而學(xué)生短時間內(nèi)又很難解答，所以又帶有啟發(fā)性.

3.2 引發(fā)學(xué)生思考：實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)問題的科學(xué)化轉(zhuǎn)變

學(xué)生在感知到問題場域后，會提出各種問題.通過學(xué)生在互動交流中將這些問題中有價(jià)值的問題挑選出來，并轉(zhuǎn)化為學(xué)生可探討和檢驗(yàn)的科學(xué)問題，這一過程就是原始物理問題的科學(xué)化過程.

一碗水會浮起一個鐵桶嗎？

首先需要將其轉(zhuǎn)化為可分析的問題：20 N的水能產(chǎn)生200 N的浮力嗎？其次，學(xué)生經(jīng)過思考后，鼓勵其將思考的過程和結(jié)果說出來或書寫出來.有的學(xué)生會根據(jù)阿基米德原理得出不可能產(chǎn)生200 N的力，因?yàn)樗旧砭椭挥?0 N，但另一些學(xué)生會覺得可以產(chǎn)生200 N的力.最后，學(xué)生可能會心生疑惑——哪種說法對呢？這就需要學(xué)生在與理論相聯(lián)系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步追問：阿基米德原理該如何理解？其實(shí)，浮力的大小等于被浸沒在液體中的物體排開的液體的重力(F浮=G排)，顯然此處的20 N的水并不是指排開液體的重力.產(chǎn)生浮力的大小與液體的多少無關(guān)，只與液體的密度和排開液體的體積有關(guān)(F浮=ρgV排).所以，一碗水能浮起一個鐵桶.

在原始物理問題的轉(zhuǎn)化過程中，可按3個步驟進(jìn)行操作：第一步，將原始物理問題中的日常用語轉(zhuǎn)化為學(xué)科語言，如“金屬對電流的阻礙作用”變?yōu)椤半娮琛?；第二步，將原始物理問題轉(zhuǎn)化為科學(xué)問題，如“金屬絲的密度是決定其電阻大小的因素嗎？”“金屬絲的橫截面積是決定電阻大小的因素嗎？”；第三步，將科學(xué)問題具體化，如“金屬絲的密度越大，金屬絲的電阻越大嗎？”“金屬絲的橫截面積越大，金屬絲的電阻越大嗎？”[8]

這種學(xué)習(xí)方式既基于問題又基于理論，隨著原始物理問題的非線性生長，學(xué)生逐步將“理論世界”中的理論慢慢轉(zhuǎn)化為“心智世界”中穩(wěn)定的心理特征和行為方式.基于學(xué)科思維的特殊性，并通過對原始物理問題一步一步的分析，使得學(xué)生對學(xué)科學(xué)習(xí)變得主動和有效.

3.3 問題模式研究：猜想到確證的循環(huán)探究

波普爾在《客觀知識》中提出了著名的知識增長論[2]：P1→TT→EE→P2(問題P1→試探性假說→排除錯誤的確證→問題P2).其中，P1代表科學(xué)問題；為了解決P1就需要猜想(TT)，這一過程是對未知假說的自由創(chuàng)造，需要個人的靈感和理論基礎(chǔ)；接著就是對猜想的確證或證偽(EE)，確證不是證實(shí)，它是對不合理的猜想進(jìn)行排除，最后形成理論；而任何一個理論并不是確定無疑的，都有其局限性，是不斷發(fā)展的，隨著發(fā)展的進(jìn)一步深化，就會產(chǎn)生新的問題P2.由此開始了循環(huán)確證，而循環(huán)確證的核心是：“猜想—確證”.

在進(jìn)行科學(xué)理論的學(xué)習(xí)時，對原始物理問題的解決，首先就要鼓勵其大膽猜想.比如在“自由落體運(yùn)動”的探究中，設(shè)置原始物理問題：在100層高的大樓上扔下1元硬幣會砸死人嗎？學(xué)生會根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式得出，硬幣從100層樓扔下，落地時的速度會很大，所以他們猜想：會砸死人，考慮到有空氣阻力的影響，他們又會猜想：不會砸死人，但他們又不能用已有的理論來加以解釋.當(dāng)猜想與掌握的理論有沖突時，學(xué)生就會去找新的理論或方法來確證自己的猜想，這個時候?qū)W生的認(rèn)知便得到了初步發(fā)展，也是創(chuàng)新實(shí)踐思維發(fā)展的關(guān)鍵一步.

在一個原始物理問題中的猜想通過探究得到新的理論確證后，學(xué)生的知識也就增長了.科學(xué)學(xué)習(xí)中的理性思維正是通過“猜想—確證”而對既定思維方式的超越.

當(dāng)學(xué)生基于原始物理問題而進(jìn)行開創(chuàng)性探究時，會主動建立批判思維、真實(shí)生活及未來可能之間的聯(lián)系，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)和理論知識，其實(shí)踐創(chuàng)新的火花就會自行點(diǎn)燃.學(xué)生學(xué)習(xí)的方式也將由線性的一環(huán)扣一環(huán)向創(chuàng)造性的多維發(fā)散演變.在“核心素養(yǎng)時代”下，學(xué)生是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中心，教學(xué)的任務(wù)不再是簡單的知識“灌輸”，而是發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，而學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變正是發(fā)展核心素養(yǎng)的必然要求.我國核心素養(yǎng)的指標(biāo)體系正處于研究制定和征求意見階段，尚未形成有針對性的教學(xué)實(shí)踐模式，各種有助于學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的學(xué)習(xí)方式也未完全成型，仍處于起步探索階段，所以，如何深化學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變就顯得格外重要，而本文僅做了“粗淺”的嘗試，還需各位教育工作者進(jìn)行更加深入的研究.

1 中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)(征求意見稿).中國教育報(bào),2016-05-18(9)

2 卡爾·波普爾.客觀知識:一個進(jìn)化論的研究.舒煒光,卓如飛，周柏喬，等譯.上海:上海譯文出版社,2005.123～138,137

3 邢紅軍.原始問題教學(xué)：物理教育改革的新視域.課程·教材·教法,2007(5):53

4 盧梭.愛彌兒.李平漚譯.北京:商務(wù)印書館，1978.256～269

5 張抗抗，胡揚(yáng)洋.我國理科教學(xué)走出“題海戰(zhàn)術(shù)”的思想之路.教育理論與實(shí)踐,2016(2):58

6 卞志榮，方洪.加強(qiáng)原始問題教學(xué) 提升學(xué)生思維品質(zhì).物理教師,2016(4):9

7 杜明榮.利用原始問題培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).中學(xué)物理教學(xué)參考,2007(1～2):27

8 秦曉文.科學(xué)探究中提出問題的教學(xué)策略.課程·教材·教法,2016(5):120

9 physixfan.摩天大樓上掉下的硬幣會砸死人嗎？[EB/OL].(2012-05-31)[2016-06-01].http://www.guokr.com/article/205957/

Promoting the Transformation of Students′ Studying Pattern Using the Original Physics Questions

The direct studying pattern from “theoretical world” to“mental world” makes student′s Physical learning effect is low. According to Carl Popper′s three world the theory and the increasing theory of scientific knowledge, at the same time analyzing the primal problem about “object world”, finding that it is a effective way to connect “theoretical world” and “mental world”, further put forward “primal physical problem” as the general strategy of the changing studying pattern.

original physics question;transformation of studying pattern;key competencies

王強(qiáng)(1989- )，男，碩士研究生，研究方向?yàn)檎n程與教學(xué)論(物理)，2013—2014年在阿壩州茂縣扶貧支教.

帥曉紅(1972- )，女，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檎n程與教學(xué)論.

2016-09-08)