“物理”這本書,是人類社會智慧的結(jié)晶,它有科學(xué)的思維方法和科學(xué)的探究方法,積淀了關(guān)于物質(zhì)世界運動的規(guī)律。物理教學(xué)中,教授學(xué)生物理知識只是一方面,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。
縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷史,猜想在許多重大的發(fā)現(xiàn)中,起到了至關(guān)重要的作用。牛頓萬有引力定律的建立,將地面物體的運動與天體的運動統(tǒng)一起來,是大膽猜想與嚴格求證完美結(jié)合的產(chǎn)物,對人類科學(xué)文化的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響;庫侖定律發(fā)現(xiàn)的過程,將萬有引力中的“平方反比律”引入,是猜想點燃創(chuàng)新火花的范例,為整個電磁學(xué)奠定了基礎(chǔ);法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),由“電生磁”猜想“磁生電”,是猜想啟迪人們探索的見證,揭開了人類社會電氣化時代的序幕。
物理教學(xué)沒必要重復(fù)物理先輩們“猜想——探究”的過程,但卻可以按照現(xiàn)代教育理論,為學(xué)生學(xué)習(xí)營造最佳的猜想氛圍,激發(fā)學(xué)生猜想的欲望。
課題的引入階段,是激發(fā)學(xué)生興趣、誘發(fā)學(xué)生猜想的絕好時機。比如,“運動電荷在磁場中受到的力”這節(jié)課,由“觀察陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)”引入,開啟學(xué)生豐富的想象:回憶曲線運動的知識,由電子束彎曲的方向判斷電子束的受力方向;聯(lián)想磁場對電流的作用力,猜想磁場對電子束的作用與磁場對電流的作用本質(zhì)是相同的。只有學(xué)生經(jīng)過了這些豐富的想象,才是一次成功的課題引入。
課堂的展開過程,就是一次次探究的過程,也應(yīng)該是猜想頻發(fā)的過程,作為老師要做的就是,點燃猜想的火苗,保護猜想的積極性。比如,“超重和失重”的探究過程,環(huán)環(huán)設(shè)疑、步步“驚心”:播放我國“神舟十號”航天飛船視頻,宇航員聶海勝懸空打坐,王亞平輕輕一拉聶海勝,點到為止卻使聶海勝飛出,由此,猜想重力到哪里去了引入新課;觀察電梯底部放上物體的臺秤的讀數(shù),猜想加速上升(下降)、勻速上升(下降)、減速上升(下降)讀數(shù)的變化,播放相關(guān)視頻驗證學(xué)生猜想,進而提煉超重和失重的規(guī)律;接著給學(xué)生體重計,讓學(xué)生現(xiàn)場體驗超重和失重。這樣的過程,由猜想引發(fā),由探究驗證,久久為功,必達素養(yǎng)。
課堂結(jié)束的時候,別忘了留下懸疑、留下猜想,從而讓學(xué)生從猜想走向創(chuàng)新。比如,完成庫倫定律教學(xué)任務(wù)后,讓學(xué)生猜想“庫侖定律與萬有引力定律為什么如此相似”,意不在讓學(xué)生解答,而是激發(fā)學(xué)生持久的探究動力燃起了學(xué)生不斷探索的欲望。
探究能力是學(xué)生從事科學(xué)研究的核心素養(yǎng),而物理學(xué)具有豐富的探究資源和探究手段,物理教學(xué)就是要充分挖掘、高效利用這些資源。
實驗探究是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的主陣地。實驗探究中,針對相應(yīng)物理規(guī)律,一般應(yīng)該先行設(shè)置引導(dǎo)性實驗,誘導(dǎo)學(xué)生對各物理量之間的關(guān)系充分猜想,然后設(shè)計探究性實驗,驗證猜想。比如:在“氣體的等溫變化”這一節(jié)教學(xué)中,先讓學(xué)生用手推拉封閉了孔的注射器的活塞,充分感受氣體體積和壓強的關(guān)系,提出關(guān)于兩者之間關(guān)系的猜想,然后再進行探究實驗。引導(dǎo)性實驗從定性的角度誘發(fā)學(xué)生猜想,增強了學(xué)生的體驗感,也便于探究實驗中體積和壓強之間規(guī)律的提煉。還有一點,實驗探究中積累的數(shù)據(jù)到底呈現(xiàn)什么關(guān)系(規(guī)律),也是學(xué)生猜想的良機。但現(xiàn)實的教學(xué)中,很多教師省略了學(xué)生的猜想、試探這一關(guān)鍵步驟,總是直接用計算機的功能進行擬合得出規(guī)律。其實,學(xué)生對數(shù)據(jù)之間關(guān)系猜想的過程,比得到數(shù)據(jù)之間關(guān)系更能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
實驗探究是重要的,但不能忽視理論探究在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)上的重要價值和意義。比如:普通高中課程標準實驗教科書中,在討論串、并聯(lián)電路的電流、電壓規(guī)律時,采用的就是理論探究的方式,旨在培養(yǎng)學(xué)生對實際問題進行理論分析的素養(yǎng),提升學(xué)生邏輯思維能力。
其實,物理教學(xué)中更多的是實驗探究與理論探究有機的結(jié)合,比如:“交變電流”這一節(jié)的教學(xué),用電流傳感器觀察教學(xué)發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流波形,這是實驗探究;學(xué)生對交變電流的變化規(guī)律有了形象直觀的感受,再通過理論探究,得出感應(yīng)電動勢的表達式,兩種探究方式結(jié)合,相得益彰。
哲學(xué)為物理學(xué)的發(fā)展提供了科學(xué)的世界觀和方法論指導(dǎo)。從古希臘的原子論到現(xiàn)代的量子力學(xué),無一不是哲學(xué)思想在物理學(xué)中的體現(xiàn)。經(jīng)典物理學(xué)大廈的奠基人牛頓,經(jīng)常采用因果律、共同性原理和歸納法分析解決問題,寫就了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》;相對論的奠基人愛因斯坦則采用了一分為二的哲學(xué)思想,分析解決問題,成就了著名的《相對論》。正因為如此,應(yīng)用哲學(xué)思想指導(dǎo)物理學(xué)習(xí),呈現(xiàn)的是方法指導(dǎo),突顯的是問題實質(zhì),升華的是核心素養(yǎng)。
比如:由地心說到日心說,不能簡單停留在概念規(guī)律的層面上來認識,實際上它是一次思想的飛躍,蘊含著豐富的哲學(xué)思想,預(yù)示著宇宙沒有中心;再如:伽利略理想斜面實驗,不能只限于沖破“力是維持運動的原因”的禁錮,更主要的是改變了人類的自然觀和世界觀,開創(chuàng)了科學(xué)的實驗方法,開闊了人類的思想和視野,開啟了物理學(xué)的大門。
不只有物理學(xué)發(fā)展史中的哲學(xué)思想,還有解題方法中也孕育著豐富的哲學(xué)思想,整體法和隔離體法反映的是哲學(xué)中局部與整體的關(guān)系,巧選參考系反映的是哲學(xué)中運動是絕對的、靜止是相對的觀點,光的波粒二象性反映的是哲學(xué)中的對立與統(tǒng)一思想……
哲學(xué)思想的熏陶,提升了學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)認識的高度,尤其重要的是,讓學(xué)生的價值觀與科學(xué)的價值觀合拍共鳴,為學(xué)生探索未知世界做好方法論的準備。
整個物理學(xué)發(fā)展的歷史,就是一幅先哲堅持真理、勇于創(chuàng)新的畫卷。物理學(xué)的每一次重大突破,都給科學(xué)技術(shù)帶來革命性的變化,同時為人類聚積起海量的精神財富,給人類以無限的啟示。
第谷的天文觀察,開普勒的數(shù)學(xué)演繹,上演了一曲和諧曼妙的二重奏,啟迪學(xué)生科學(xué)研究需要精誠合作;居里夫婦研究放射性元素時,從瀝青中分離新元素,是一項異常艱苦的工作,告誡學(xué)生科學(xué)研究的艱辛,以及堅守的重要意義;庫侖定律建立的過程,讓學(xué)生懂得,物理規(guī)律建立的過程,不只需要實驗支撐,還需要深刻的洞察力和卓越的猜想創(chuàng)新能力;伽利略第一個用數(shù)學(xué)方法分析運動,牛頓創(chuàng)立了微積分研究運動,告訴學(xué)生運用數(shù)學(xué)處理物理問題是一種重要的能力;人類對原子結(jié)構(gòu)不斷深入認識的過程,使學(xué)生理解物理模型或假說在科學(xué)研究中的重大意義;哥白尼悟出了運動相對性道理后,提出了日心說的觀點,表明科學(xué)研究需要有正確的世界觀和科學(xué)的價值觀。
總之,物理教學(xué)的每一個環(huán)節(jié),都孕育著培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的機會。