物理觀念“辯”與“立”

2019-12-27 07:43:23馬亞鵬

物理教師 2019年7期

馬亞鵬

(銀川市第九中學，寧夏銀川 750011)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》(下稱“課標”)凝練了物理學科核心素養(yǎng),著力體現(xiàn)物理學科的育人價值．然而,物理學科核心素養(yǎng)中的物理觀念,一線教師反映“不好把握”．[1]有研究直言,這恰恰說明“‘物理觀念’的提法在理論上存在著很大的問題”．[2]究竟應該怎樣準確理解物理觀念?對這一問題的回答將對物理課程實施產(chǎn)生重要影響．有鑒于此,本文在分析課標文本的基礎上,從科學哲學、國際科學教育研究和我國物理教學研究傳統(tǒng)等多維視角,系統(tǒng)反思并辨識之．

1 課標中物理觀念的涵義

物理觀念是課程政策文本中采用的術(shù)語,回歸課標本身理應作為分析與討論的基點．課標在多個地方出現(xiàn)了物理觀念這一術(shù)語,對其涵義解釋的主要有4處:[3](1) 在物理學科核心素養(yǎng)的釋義中,指出“物理觀念是從物理學視角形成的關于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎”．(2) 在學業(yè)質(zhì)量水平中,與物理觀念相關的5級學業(yè)質(zhì)量水平,概括起來,均強調(diào)“物理概念與物理規(guī)律及其相互關系和應用”．(3) 在教學建議中,指出“物理觀念的形成和發(fā)展需要學生通過物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容的學習及運用才能逐步形成”．(4) 在教材編寫建議中,指出“注重選擇與物質(zhì)、運動與相互作用、能量等相關的核心內(nèi)容,幫助學生從物理學視角認識自然,理解自然,形成物理觀念”．

仔細研讀上述文本可以發(fā)現(xiàn),課標并未嚴格區(qū)分物理知識和物理觀念,甚至可以說,課標中的物理觀念就具體內(nèi)容而言實際上指的就是物理知識,即物理概念、規(guī)律及其聯(lián)系與應用．另外,從課標中物理觀念的具體內(nèi)容還可以看出,物理觀念又與國際科學教育改革中的“大概念”(big ideas)、“核心概念”(core concepts)相對等．正是在此意義上,我國學者在國際期刊發(fā)表的介紹我國科學教育改革的文章中將物理觀念翻譯為“big ideas of physics”．[4]

上述發(fā)現(xiàn)從課標修訂組編寫的《課標解讀》中得到了印證．將物理觀念作為物理核心素養(yǎng)的依據(jù)歸納起來有如下3點:“(1) 科學、技術(shù)與應用是學生發(fā)展非常重要的核心素養(yǎng),主要包括科學技術(shù)的原理、方法與應用．(2) 世界各國的課程標準都將核心概念或者大概念等作為重要的科學素養(yǎng);(3) 科學教育研究一直重視概念學習”．[5]至于為何使用物理觀念這個術(shù)語,主要考慮到如下兩點: (1) “應試教育背景下,我國特別重視知識和原理的教學,很多學校強調(diào)死記硬背的知識和原理的學習,而素養(yǎng)強調(diào)知識和原理的深度理解與靈活應用”; (2) “在中國文化中,概念是指一類事物的共同屬性和本質(zhì)特征,是抽象的,與國際上關于概念的內(nèi)涵并不一致”．[5]

由此可見,課標中的物理觀念實際上指的就是物理知識,其與國際科學教育中的大概念或核心概念相對等．為了避免“學校教學死記硬背知識的學習”以及考慮到“核心概念的提法與我國文化傳統(tǒng)不符”的情況,用物理觀念代替物理知識或核心概念,其用心不可謂不良苦．然而,物理觀念的提法卻造成了教學實踐中的“不好把握”,這恐怕是始料未及的．而用物理觀念替代物理知識作為物理學科核心素養(yǎng)的組成部分,恰恰忽視了物理知識、物理概念和物理觀念之間的差異性,導致教師在理解的過程中出現(xiàn)偏差,這是“不好把握”的根源所在．弗蘭西斯·培根(Francis Bacon)早就注意到了語詞的誤用引起謬見的現(xiàn)象,并稱之為“市場的假象”,意指“人們相互之間的思想交流過程就如同市場上的物質(zhì)交換活動一樣,如果使用的概念不當,就會造成理解力方面的障礙”．[6]課標中物理觀念的使用可作如是觀．

2 準確理解物理觀念

2.1 知識、概念和觀念辨析

邏輯學對概念下定義的常用的方法是“屬+種差法”,因此,對構(gòu)成物理知識、物理概念和物理觀念的上位概念知識、概念和觀念的分析有助于增進我們的理解．有研究從辭書的釋義辨析知識和觀念、[7]概念和觀念,[8]進而將3者區(qū)分開來,這是有價值的．但是,也要意識到,術(shù)語的涵義更是離不開使用它的情境,概念的涵義是在語境(context)中生成的,“概念必須(和只能)在概念的特定框架中獲得意義”．[9]從知識、概念和觀念使用的境脈中可以窺測到3者的差異．

(1) 對知識的理解應植根于知識論傳統(tǒng)．自柏拉圖(Plato)區(qū)分“意見”與“知識”起,知識論一再閃耀著理性的光芒．古典哲學的集大成者康德重申了這一區(qū)別,他的經(jīng)典名著《純粹理性批判》就是在討論知識何以可能的問題．即使20世紀有地方性知識、默會知識等研究的興起,但人們一提到知識,主要還是指“人類理性認識的結(jié)果,是人們對于事物本質(zhì)的反映和表述”．[10]對事物本質(zhì)的認識必然會構(gòu)成一個系統(tǒng),在這一系統(tǒng)中,人們才能知其然并知其所以然,因此,“只有系統(tǒng)的知識、納入了理論的知識、科學知識,才配得上真知或知識這一稱號”．[11]由此可見,知識具有超驗性、確定性、系統(tǒng)性和概念性等特征．

(2) 概念是一個邏輯學術(shù)語,有嚴格的規(guī)定性．邏輯學中概念的涵義有兩層:[12]從語言的角度,概念是詞項(一部分語詞)所具有的意義,即詞項的“內(nèi)涵”,是人們在思維中所共同理解的東西．從認知的角度,概念是事物的特有屬性或區(qū)別性特征在思維中的反映,不同的概念指稱或代表不同的事物．可見,概念反映一類事物的共同本質(zhì)特征,有明確的內(nèi)涵和外延．因此,概念具有概括性、嚴謹性等特征．科學概念往往還具有精確性,如可測量的物理量．

(3) 觀念則應歸屬于思想史范疇．觀念主要指某種思想的反映或提煉,類似于康德哲學中的信念,也可以理解為某種理念,是“介于主觀的意見和客觀的知識之間的”．[13]觀念更是這樣的一些關鍵詞,“它已經(jīng)不是思想家處理的‘概念’,而是變成社會上流行的東西,被許多人支持或反對的東西”．[14]觀念可在個體層面和社會層面體現(xiàn)出來．個體層面上,觀念可以是人人都有的東西,如個人的“人生觀”．社會層面上,則往往表現(xiàn)為社會思潮,這種觀念性的思潮則能夠變成某種社會革命的先導,如五四新文化運動中的“德先生”與“賽先生”就是作為重要的觀念引入的．由此可見,觀念具有個體性、模糊性和思想性等特征．

2.2 準確理解物理觀念

以上對知識、概念和觀念的辨析可知,概念是確定性知識的有機組成部分,作為思想史范疇的觀念則往往是遠離具體知識的．因此,物理觀念是人們對物質(zhì)世界進行觀察、實驗和研究的過程中形成的基本認識,是物理思想的濃縮與提煉,具有總體性和概括性;物理觀念還表現(xiàn)為哲學思維對物理學及其發(fā)展過程的反思中形成的基本觀點,是思潮形態(tài)的科學觀在物理學中的體現(xiàn),具有主觀性和個體性．同時,物理觀念的演進是一個歷史過程,具有局限性和發(fā)展性．要準確理解物理觀念,需要注意以下幾點.

(1) 物理觀念不同于物理知識.

物理學的知識體系是由為數(shù)不多的物理概念、規(guī)律和方法建構(gòu)起來的．科學家在建立物理概念、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律、形成物理理論體系的過程中,會更進一步去嘗試從根本上解釋物質(zhì)、運動、能量等關乎物理理論合理性的基本問題,基于某種視角概括式地樹立某種物理觀念．如牛頓在建立經(jīng)典力學體系的過程中,繼承并揚棄了自笛卡爾以來建立的機械自然觀,又形成了獨特的絕對時空觀,以解釋牛頓體系的合法性．這里的機械自然觀和絕對時空觀就是典型的物理觀念,它顯然不同于牛頓運動三大定律和萬有引力定律等理論知識．由此可見,物理觀念不同于物理知識．我國物理教學傳統(tǒng)中向來重視概念和規(guī)律教學,認為“形成概念和掌握規(guī)律是發(fā)展學生認知能力的重要途徑”．[15]而對物理觀念與物理知識不加區(qū)分的現(xiàn)象則不利于物理教學傳統(tǒng)的傳承,更不利于學生認知能力的發(fā)展．

(2) 物理觀念不同于“大概念”.

近年來,國際科學教育界興起了大概念、核心概念的研究．這里的概念一詞固然不同于我國物理教學研究中對概念一詞的用法,但這里的大概念絕不能理解為大觀念．在大概念教育理論的經(jīng)典著作《以大概念理念進行科學教育》一書中,詳細解釋了大概念提出的背景、大概念的特點、遴選大概念的原則及具體內(nèi)容等．這里的大概念是指“能夠?qū)ψ匀唤缫欢ǚ秶鷥?nèi)的有關現(xiàn)象進行解釋和預測”的概念．在理論上,“將概念連接在一起形成較大概念的過程,可以一直延續(xù)下去,直到歸納成數(shù)目很少的幾個頂層概念,甚至于可以用一個概念解釋所有的事物”．[16]可見,這里對概念“大”“小”的約定,是從解釋力或統(tǒng)攝性的角度而言的．從遴選的大概念如“宇宙中所有物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”“改變一個物體的運動狀態(tài)需要有凈力作用于其上”等實際上依然屬于科學理論的范疇．只不過“大概念”的提出是從課程論的角度對科學知識的遴選．從課程設計的角度,是要讓學生通過進階式學習“形成有結(jié)構(gòu)、有組織的科學知識和模型”,[17]體現(xiàn)“少即是多”(Less is More)的理念．

(3) 區(qū)分兩類不同的物理觀念.

從語義理解的角度,物理觀念含“物理中的觀念”與“關于物理的觀念”兩層意思,因而,實際上有兩類物理觀念．通常所說的物質(zhì)觀、時空觀、運動觀、能量觀等都是“物理中的觀念”,并不包含“關于物理的觀念”,因而其提法有縮小概念外延之嫌．“關于物理的觀念”是科學觀在物理學中的體現(xiàn),是伴隨著對物理學自身的歷史發(fā)展和理論體系的反思過程中逐漸形成的．這些觀念本質(zhì)上來說屬于科學哲學的范疇,“是人們對科學的本質(zhì)屬性、存在樣態(tài)、價值取向和發(fā)展規(guī)律的總體認識和基本信仰”．[18]可見,后一類物理觀念牽扯到對物理學科本身的理解,是科學本質(zhì)教育的重要組成部分,也是學生全面、準確理解科學、提高物理學科核心素養(yǎng)的重要觀念來源．值得一提的是,有一些研究混淆這兩類不同的物理觀念做法則導致了理解上的混亂,還有一些研究提出“科學觀念不同于科學觀”的說法也是經(jīng)不住推敲的．

(4) 物理觀念的作用.

物理觀念引發(fā)極大關注除了與課程標準的要求有關外,還與物理觀念本身的吸引力有關．因此,還需要正確認識物理觀念的作用．物理觀念不僅是對物理世界認識的結(jié)果,還能為物理學的進步起到先導性的助發(fā)現(xiàn)作用．歷史上非常有名的科學革命如從地心說到日心說,從絕對時空觀到相對論時空觀,從連續(xù)能量觀到量子化的能量觀的轉(zhuǎn)變無一例外地表明,“物理學理論的發(fā)展歷史,最集中、最本質(zhì)地表現(xiàn)在物理學基本觀念和相應世界圖景的演變”,“物理學的發(fā)展總是以物理觀念、物理思想的突破為先導和基底的”．[19]同時,物理學的發(fā)展歷史也一再表明,根深蒂固的舊觀念也會在一定程度上制約物理學的發(fā)展,這是物理觀念的負效應．正是在對物理觀念正、負向作用的批判反思之中,才真正凸顯出物理觀念的重要教育價值,這也是物理觀念研究的旨歸所在．

3 啟示與討論

本文主要澄清了課程標準中物理觀念的涵義,對物理知識和物理觀念教育提供有益的啟示．

(1) 應給物理知識應有的位置．課標在采用物理觀念這一術(shù)語時,實際上也是經(jīng)歷了艱難的選擇斟酌過程,如前所述的一個理由是教學實踐中存在學生死記硬背知識的現(xiàn)象而沒有采用物理知識的提法．死記硬背知識是知識學與教中的錯誤做法,產(chǎn)生死記硬背知識現(xiàn)象的原因固然是多方面的,但不能因存在這種現(xiàn)象而回避或否定知識本身,這在邏輯上是經(jīng)不住推敲的．知識、能力和素養(yǎng)之間的關系盡管錯綜復雜,但是指向核心素養(yǎng)的物理教學依然要植根于學生對物理知識結(jié)構(gòu)的深層次掌握.這一點在認知心理學對“專家—新手”的研究中充分地被證實,專家型學習者擁有更多有組織的結(jié)構(gòu)化知識,并能夠在實踐情境中靈活提取應用．因此,根本沒有必要刻意回避知識,反而要給物理知識應有的重要位置.要遴選有益于學生發(fā)展的核心主干知識并以適當?shù)姆绞郊{入課程．同時引導并創(chuàng)新知識教育的方式,幫助學生習得物理知識結(jié)構(gòu),學會遷移運用,讓學生學習物理知識的過程成為發(fā)展物理學科核心素養(yǎng)的過程．唯此,物理學科核心素養(yǎng)才能真正落到實處．

(2) 物理觀念教育與物理知識教育的方式不同,物理觀念教育應回歸到物理學的發(fā)展歷程之中．本文將物理觀念限定在物理思想史范疇并區(qū)分了“物理中的觀念”和“關于物理的觀念”這兩類物理觀念.在這種分析框架之下,物理觀念教育的主要途徑亦浮出水面．物理觀念教育要回歸到物理學發(fā)展歷程中去.這是物理觀念教育首要途徑．在具體的教學中,要盡可能展現(xiàn)物理學發(fā)展中不同觀念的相互糾葛和物理觀念的演變過程.客觀評價不同的科學家所持有的不同觀念.同時要盡可能避免“輝格史”的敘事方式,從做出巨大科學發(fā)現(xiàn)的科學家所處的具體社會歷史