內(nèi)蒙古 張永剛 寧夏 朱巧萍

1 問題的提出

英國(guó)哲學(xué)家、批判理性主義的創(chuàng)始人卡爾·波普爾(Karl Popper)曾經(jīng)說過“科學(xué)和知識(shí)的增長(zhǎng)永遠(yuǎn)始于問題，終于問題”。物理學(xué)科的本質(zhì)特征就是基于現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問題。原始物理問題源自“原汁原味”的自然現(xiàn)象和實(shí)際生活，具有真實(shí)性、多面性、復(fù)雜性等顯著特征，對(duì)全面培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)至關(guān)重要。物理教學(xué)過程是基于物理學(xué)科特征和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的教育實(shí)踐活動(dòng)，必然會(huì)突出地強(qiáng)調(diào)原始物理問題的教育價(jià)值。本文中的原始物理問題采用“基于對(duì)自然界及社會(huì)生活中客觀存在的、未被加工的物理現(xiàn)象的觀察，而產(chǎn)生的對(duì)現(xiàn)象背后自然本因的疑問，具有思辨性特點(diǎn)，其回答可解釋物理現(xiàn)象、揭示事物的內(nèi)在規(guī)律”。

在科技快速發(fā)展的今天，高中物理教學(xué)遠(yuǎn)離實(shí)際、脫離生活的現(xiàn)象還普遍存在。基于此，原始物理問題的教育價(jià)值愈顯重要。近年來，有關(guān)原始物理問題的教育價(jià)值受到普遍性的關(guān)注，相關(guān)方面的教學(xué)研究也是碩果累累、精彩紛呈。如原始物理問題對(duì)于契合學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)和間接經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、推動(dòng)高考物理改革、促進(jìn)科學(xué)方法教育等方面的價(jià)值；引入原始物理問題對(duì)提高學(xué)生思維品質(zhì)的深刻性、靈活性、批判性、敏捷性、獨(dú)創(chuàng)性等方面的價(jià)值。這些研究對(duì)繼續(xù)挖掘原始物理問題的教育價(jià)值都具有重要作用。

如何把原始物理問題帶入課堂，在縱向上融入學(xué)生已有物理知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，使之能夠激發(fā)學(xué)生探究其中科學(xué)知識(shí)的積極性；在橫向上使原始物理問題與中國(guó)傳統(tǒng)文化有機(jī)融合，引導(dǎo)學(xué)生感悟傳統(tǒng)文化魅力，樹立文化自信，助力物理課程育人價(jià)值的順利實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)方向上的教學(xué)模式在本質(zhì)上都是圍繞原始物理問題培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐探究。因此，本研究的主旨就是以高中物理光學(xué)為例，探究原始物理問題教育價(jià)值的雙向融合模式。

2 縱向上原始物理問題與學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的融合模式

我國(guó)高中物理教學(xué)多以分析理想情境中的處于理想狀態(tài)的問題為主，導(dǎo)致學(xué)生分析原始物理問題的能力處于“原始狀態(tài)”。原始物理問題中伴隨著多種自然現(xiàn)象，包含著豐富的科學(xué)知識(shí)，具有啟發(fā)學(xué)生深度思考、引導(dǎo)學(xué)生知識(shí)遷移的重要作用，這也正是探究原始物理問題與學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)縱向融合教學(xué)模式所蘊(yùn)涵的教育價(jià)值的根本所在。

2.1 基于學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，分解原始物理問題中的現(xiàn)象，循環(huán)進(jìn)階的教學(xué)模式

原始物理問題中包含著令學(xué)生十分好奇又非常疑惑的物理現(xiàn)象，當(dāng)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)不能解釋這些物理現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生就會(huì)急切地想知道現(xiàn)象背后的物理規(guī)律，這是非常寶貴的物理學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。利用一個(gè)包含著多種自然現(xiàn)象且相對(duì)復(fù)雜的原始物理問題進(jìn)行教學(xué)時(shí)，應(yīng)該基于學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)確定教學(xué)目標(biāo)。先提取和分析原始物理問題中的某一個(gè)現(xiàn)象并進(jìn)行講授，把前一個(gè)物理現(xiàn)象的研究結(jié)果作為學(xué)習(xí)下一個(gè)物理現(xiàn)象的“生長(zhǎng)點(diǎn)”，以此類推，采用逐一分析、各個(gè)突破、循環(huán)進(jìn)階教學(xué)的方法來講授原始物理問題中的現(xiàn)象。這樣才能在滿足學(xué)生好奇心、答疑解惑的基礎(chǔ)上，把原始物理問題情境融入學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的體系之中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用知識(shí)、發(fā)展能力、提升素養(yǎng)的教學(xué)目的。具體的融合模式可以參考如下流程。

2.1.1 以“舊境”探新知，突出實(shí)質(zhì)聯(lián)系，側(cè)重知識(shí)的融合導(dǎo)向

事物之間的聯(lián)系是千變?nèi)f化、錯(cuò)綜復(fù)雜的，原始物理問題中的現(xiàn)象也具有多樣性和交織性的特點(diǎn)，利用原始物理問題進(jìn)行教學(xué)的根本困難，就在于教師和學(xué)生都難以駕馭原始物理問題情境中一系列物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)性聯(lián)系。因此，在縱向融合的教學(xué)模式中，應(yīng)該側(cè)重于知識(shí)的實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，定向設(shè)置疑問，忽略次要因素，突出主要因素，在物理學(xué)科視角范圍內(nèi)尋找和發(fā)現(xiàn)原始物理問題中物理現(xiàn)象背后的物理規(guī)律。

本著以“舊境”探新知，導(dǎo)向新舊知識(shí)相互融合的原則。利用已知情境回顧已有物理知識(shí)，借助分析原始物理問題中的某一自然現(xiàn)象，進(jìn)行情境類比、本質(zhì)比較，再在原始物理問題的情境中建構(gòu)和運(yùn)用某一物理知識(shí)解決新的問題，促進(jìn)物理知識(shí)在新舊情境中的順向遷移，導(dǎo)向知識(shí)融合。

2.1.2 運(yùn)用物理思維方法，再探原始物理問題，實(shí)現(xiàn)循環(huán)進(jìn)階學(xué)習(xí)

由圖1的教學(xué)模式流程可知，對(duì)原始物理問題中的物理現(xiàn)象可以采用逐一分析、各個(gè)突破、循環(huán)進(jìn)階的講授方法，來促進(jìn)學(xué)生深刻理解源自于實(shí)際生活的物理知識(shí)的現(xiàn)實(shí)意義，加深原始物理問題對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知影響。經(jīng)過對(duì)原始物理問題中一個(gè)問題的分析和求解之后，學(xué)生不僅獲得了好奇心、疑惑感方面的滿足，更重要的是學(xué)會(huì)了運(yùn)用物理思維分析原始物理問題的方法。這才是實(shí)現(xiàn)探究原始物理問題，循環(huán)進(jìn)階學(xué)習(xí)的關(guān)鍵所在。

圖1 分解原始物理問題促進(jìn)循環(huán)進(jìn)階學(xué)習(xí)的教學(xué)模式流程圖

2.2 聚焦物理學(xué)科視角，預(yù)設(shè)問題表，將原始物理問題融入學(xué)生知識(shí)體系的小組合作學(xué)習(xí)模式

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的“物理觀念”、“科學(xué)思維”兩個(gè)維度都明確強(qiáng)調(diào)從物理學(xué)視角出發(fā)。要結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)，全方位地將原始物理問題融入學(xué)生知識(shí)體系也必須從物理學(xué)科視角出發(fā)。因此，教師要在預(yù)設(shè)問題環(huán)節(jié)中發(fā)揮主導(dǎo)作用，在將原始物理問題融入學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的過程中，確保研究的物理問題不超出物理學(xué)科視角范圍。

2.2.1 結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，呈現(xiàn)原始物理問題情境，教師預(yù)設(shè)問題

根據(jù)高中物理光學(xué)部分中反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象的教學(xué)目標(biāo)要求，呈現(xiàn)原始物理問題的影像資料。以飛機(jī)的尾氣留痕為例，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2

圖3

圖4

飛機(jī)的尾氣留痕也叫“云帶”“飛機(jī)云”“尾跡云”等等，是學(xué)生生活中常見的原始物理現(xiàn)象。以此為原始物理問題展開教學(xué)，教師提前預(yù)設(shè)可能涉及的物理問題，如下表所示。

基于飛機(jī)尾氣留痕現(xiàn)象預(yù)設(shè)的問題表

上述飛機(jī)尾氣留痕的影像資料中包含著幾十種與高中物理光學(xué)、熱學(xué)、動(dòng)力學(xué)等知識(shí)相關(guān)的實(shí)際問題。教師要圍繞光學(xué)教學(xué)目標(biāo)中的反射、折射、全反射、干涉、衍射等現(xiàn)象，將這些問題分類分組，以問題表的形式呈現(xiàn)給各個(gè)學(xué)習(xí)小組，供其學(xué)習(xí)討論。根據(jù)學(xué)情適當(dāng)?shù)靥峁┕鈱W(xué)知識(shí)的原理。

2.2.2 小組自選問題表，結(jié)合已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)合作探討問題

以小組長(zhǎng)為代表，抽選上述問題表進(jìn)行合作研究，學(xué)習(xí)和討論的重點(diǎn)是挖掘問題背后的物理知識(shí)，如何解釋和說明原始物理問題。此項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)需要留給學(xué)生充足的時(shí)間，這是真正發(fā)揮原始物理問題教育價(jià)值的根本保證。一般情況下，要給予學(xué)生兩周左右的調(diào)查時(shí)間，讓學(xué)生帶著原始問題融入自然、探索自然。最后，小組成員經(jīng)過交流討論形成答案，由組長(zhǎng)匯報(bào)所討論問題的答案。

2.2.3 師生共同對(duì)小組的答案進(jìn)行交流討論，實(shí)施多元化評(píng)價(jià)

教師和學(xué)生一起充當(dāng)“評(píng)委”，師生可隨時(shí)提出問題；匯報(bào)組的成員亦可幫助組長(zhǎng)補(bǔ)充問題的答案；充分發(fā)揮討論學(xué)習(xí)中“答辯”模式的教育功能。

2.2.4 豐富和完善教師預(yù)設(shè)的問題，保存課題研究成果

經(jīng)過上述環(huán)節(jié)的交流討論之后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)和提出基于原始物理問題情境的其他物理問題，這些問題自然而然地就擴(kuò)充了教師提前預(yù)設(shè)的問題，豐富和完善了原始物理問題應(yīng)該折射出來的其他問題。為便于學(xué)生繼續(xù)深入地學(xué)習(xí)和研究，可將此次的課題研究成果存檔，便于后期的復(fù)習(xí)使用。

3 橫向上原始物理問題與傳統(tǒng)文化的融合模式

光是普遍的自然現(xiàn)象，在中國(guó)古代的文獻(xiàn)中也曾有著廣泛的相關(guān)記載，特別是唐詩中關(guān)于光現(xiàn)象的描述更為常見，詩人筆下的“光景”引人入勝。將唐詩中的詩情畫意與原始物理問題中的真實(shí)情境相互融合，可以有效地提高學(xué)生的民族文化自豪感和愛國(guó)主義情懷，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的綜合提升。

3.1 唐詩意境與物理情境相互融合的情境創(chuàng)設(shè)模式

將包含著原始物理情境的唐詩做為“原始物理問題”引入課堂教學(xué)，通過發(fā)現(xiàn)唐詩意境中的物理現(xiàn)象，分析其中可能存在的物理規(guī)律。將唐詩意境與物理學(xué)問題相融合創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析唐詩意境中的物理問題，必然有助于學(xué)生深度感受唐詩的意境之美和文化魅力。

3.1.1 教師根據(jù)原始物理問題情境確定唐詩篇目，提出相關(guān)的物理問題

中國(guó)古代詩人滿懷探索宇宙的熱情，以李白的《把酒問月》為例，詩人通過“今人不見古時(shí)月，今月曾經(jīng)照古人”的賞月和問月方式，描述了時(shí)光流逝，歲月變遷。唐詩中蘊(yùn)涵著大量的物理知識(shí)，主要表現(xiàn)在寫景之美的惟妙惟肖和細(xì)致入微等方面。

有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的唐詩比比皆是、數(shù)不勝數(shù)。以描寫光的反射和折射為例，具代表性的詩篇包括：白居易《憶江南》中的“日初江花紅勝火，春來江水綠如藍(lán)”；《慕江吟》中的“一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅”；王安石《江上》中的“江水漾西風(fēng)，江花脫晚紅”；楊萬里《曉出凈慈寺送林子方》中的“接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅”等等。

結(jié)合“飛機(jī)尾氣留痕的原始物理問題”情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么上述詩篇中只有在日初與日落時(shí)分才會(huì)出現(xiàn)“江花紅勝火；半江瑟瑟半江紅；映日荷花別樣紅；江花脫晚紅”等絕妙美景？這是光的什么現(xiàn)象？

3.1.2 結(jié)合原始物理問題情境聚焦研究對(duì)象，從物理學(xué)視角感悟唐詩的意境之美

基于物理學(xué)科視角感悟唐詩意境，首先需要發(fā)現(xiàn)和分析唐詩中的自然現(xiàn)象，再通過聚焦一個(gè)或一類研究對(duì)象并對(duì)其運(yùn)用高中物理課堂中學(xué)過的光學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋，最后研究唐詩中所包含的此類物理現(xiàn)象、分析原因、得出結(jié)論。其實(shí)質(zhì)是借助唐詩意境運(yùn)用物理知識(shí)、發(fā)展學(xué)生能力、促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)提升的過程。

在文學(xué)界，《憶江南》中的“江花”一直存有爭(zhēng)議，有觀點(diǎn)認(rèn)為，江花是某種植物的紅色花朵；還有觀點(diǎn)認(rèn)為，江花是水花、浪花或江面。教師可以采用“圖文并茂”的方式，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)從物理學(xué)視角辨析“江花”實(shí)質(zhì)的審美過程。

以荷花為例，運(yùn)用光的反射和折射現(xiàn)象解釋，日出時(shí)分，陽光經(jīng)過大氣層(外疏內(nèi)密的空氣層)發(fā)生折射，紅光的折射率最小，穿透能力最強(qiáng)，使得萬物“披紅光”。因紅色花瓣帶滿朝露(清晨的露珠)，露珠里面的光線折射出露珠表面時(shí)伴有全反射現(xiàn)象的發(fā)生，使得荷花看上去更加亮麗。隨著紅日的緩緩升起，在反射、折射和全反射的作用下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，紅色晨光中的荷花出現(xiàn)了火一樣的“亮感”。于是，有“日出江花紅勝火”的美景。

以江水為例也可以解釋。日出時(shí)分，陽光穿過大氣層并發(fā)生折射，照射在寬闊的江面上，經(jīng)過江面的反射和水中光線折射出江面時(shí)的全反射現(xiàn)象(江面顯得更加明亮)，使得江面發(fā)出紅色的亮光。伴隨著東方冉冉升起的紅日，在江面鏡面反射、水中光線全反射的共同作用下，江面上太陽的倒影隨著粼粼波光像“火光”一樣由近及遠(yuǎn)。也會(huì)出現(xiàn)“日出江花紅勝火”的美景。

經(jīng)過上述分析，學(xué)生認(rèn)為兩種觀點(diǎn)均有其合理性，僅從物理學(xué)科知識(shí)中光的反射、折射現(xiàn)象出發(fā)，還不能辨析江花的實(shí)質(zhì)。但是，學(xué)生初步感悟到了唐詩意境中的美輪美奐，被傳統(tǒng)文化的魅力所震撼，增強(qiáng)了民族文化的自豪感。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用光路圖，仿照上述過程對(duì)“荷花別樣紅；江花脫晚紅”等意境進(jìn)行分析和描述，進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解釋自然現(xiàn)象的能力。

3.2 基于現(xiàn)實(shí)、提升觀念、發(fā)揮物理課程思政功能的教學(xué)模式

在以唐詩意境所涉及的物理情境為原始物理問題來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用物理知識(shí)的過程中，唐詩中意境描述深深地吸引著學(xué)生對(duì)美麗景色的向往。在學(xué)生感嘆詩人絕妙的文筆之余，也意識(shí)到了“昔日美景今不在”。教師借此引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)實(shí)生活中的各種環(huán)境問題，提升學(xué)生的環(huán)保觀念，助力物理課程在保護(hù)環(huán)境、珍愛家園等方面育人價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)學(xué)生所熟悉的“江花紅勝火、春水綠如藍(lán)；半江瑟瑟半江紅；荷花別樣紅；江花脫晚紅”等唐詩意境中物理現(xiàn)象的光學(xué)原理。對(duì)比霧霾天氣可能會(huì)出現(xiàn)“江花霧蒙蒙、江水灰蒙蒙”的景象，使學(xué)生牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)環(huán)保理念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，發(fā)揮物理課程在轉(zhuǎn)變學(xué)生生態(tài)環(huán)保理念方面的教育功能，助力物理課程育人價(jià)值的完美實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

原始物理問題的教育教學(xué)價(jià)值影響重大、意義深遠(yuǎn)。有利于學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展的方面表現(xiàn)在“科學(xué)教育的根本任務(wù)是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，為發(fā)展學(xué)生的思維而教更是物理教學(xué)的基本理念，物理問題是思維的誘因和起點(diǎn)，也是推動(dòng)思維發(fā)展的動(dòng)力”；其中原始物理問題對(duì)學(xué)生思維能力發(fā)展的推動(dòng)作用更是不可估量。豐富學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的方面表現(xiàn)在學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)具有原始性，本身就源自于部分原始物理問題，學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成了建模的“基本原料”，如果學(xué)生缺乏這些“基本原料”，抽象思維就無法進(jìn)行，物理建模也就無從談起；可見物理學(xué)科的建模教學(xué)同樣也離不開基于原始物理問題的學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的參與。當(dāng)然，原始物理問題的教育教學(xué)價(jià)值還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這兩個(gè)方面的表現(xiàn)。

在實(shí)際教學(xué)中，物理教師不應(yīng)該被某種教育理論或某種教學(xué)模式所局限，物理課堂應(yīng)該基于原始物理問題，密切聯(lián)系學(xué)生實(shí)際、加大學(xué)生參與、解放思想、大膽嘗試。以學(xué)生對(duì)系列原始物理問題的思考和解決來培養(yǎng)和發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)，這不僅可以提高學(xué)生的問題導(dǎo)向意識(shí)，而且有利于學(xué)生質(zhì)疑能力、批判性思維能力和創(chuàng)新能力的進(jìn)一步發(fā)展。將原始物理問題中的真實(shí)情境與傳統(tǒng)文化有機(jī)融合是在物理教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)主義情懷，樹立民族文化自信的有效途徑；更是實(shí)現(xiàn)物理課程育人價(jià)值不可或缺的方式和方法。