劉瓊 吳韜

(阜陽師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 安徽 阜陽 236000)

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可謂是一日千里，與此伴隨著的是日趨激烈的綜合國力的競爭，在這種背景下，學(xué)習(xí)已經(jīng)成為世界各國提高綜合國力和創(chuàng)新能力的重要舉措和手段.關(guān)于學(xué)習(xí)的理論研究更是數(shù)不勝數(shù)，或關(guān)乎學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、學(xué)習(xí)的模式、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，或偏重于某個側(cè)面對學(xué)習(xí)展開分析，都有其道理，但各派林立，沒有一個統(tǒng)一的體系.另一方面，《普通高中物理課程標準(2017年版)》明確指出要促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，課標中很多內(nèi)容條目均關(guān)注到了物理學(xué)史在提高學(xué)生核心素養(yǎng)方面的重要作用，在實際教學(xué)中，教師如何將物理學(xué)史有效融合于物理教學(xué)仍是一條探索之道.

1 全視角學(xué)習(xí)理論

全視角學(xué)習(xí)理論是立于各派學(xué)習(xí)理論之外，以更加廣泛多樣、更加綜合包容的視角，用一種清晰的、結(jié)構(gòu)化的、系統(tǒng)實用的形式對學(xué)習(xí)領(lǐng)域內(nèi)的龐雜內(nèi)容進行研究、比較、分析，取其精華，同時注入新的材料和觀點，進而形成的一種整體性學(xué)習(xí)理論.全視角學(xué)習(xí)理論基本模型中認為所有的學(xué)習(xí)都包含兩個活躍過程——“互動和獲得”兩個學(xué)習(xí)過程，同時包含“內(nèi)容、動機、互動”3個學(xué)習(xí)維度.

1.1 兩個基本學(xué)習(xí)過程

“互動過程”是指個體與所處環(huán)境之間的相互作用.決定互動過程的基本上具有人際交往和社會屬性，而且依賴于環(huán)境的社會與物質(zhì)特征，從而依賴于時間和空間.許多發(fā)生于現(xiàn)今社會的學(xué)習(xí)在千百年前是不可能的；同樣地，在現(xiàn)今社會，不同國家、不同地域以及不同的亞文化中的學(xué)習(xí)可能性也是大為迥異的.“獲得過程”指個體內(nèi)部心智獲得與加工的過程.決定獲得過程的基本上具有生理屬性，人類在經(jīng)歷了數(shù)百萬年的發(fā)展后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)和以前額葉為特征的腦的出現(xiàn)，賦予了人類某種非常特殊的其他物種所沒有的學(xué)習(xí)潛能[1].

“互動過程”和“獲得過程”并不是獨立發(fā)展的，而是雙向互動、彼此促進與轉(zhuǎn)化的關(guān)系.如圖1所示.

學(xué)習(xí)的互動過程是通過一條帶有雙箭頭的豎線表示的，箭頭的兩端分別是個體和環(huán)境，環(huán)境是整體依賴的基礎(chǔ)，置于模型的底端；而學(xué)習(xí)個體是特定“個案”，放在頂端.橫向的雙箭頭線表示學(xué)習(xí)的獲得過程，這個過程發(fā)生于個體水平，置于橫向雙箭頭線的頂部.

1.2 3個學(xué)習(xí)維度

內(nèi)容維度關(guān)注的是知識、理解、技能等，在更廣義的視角上考查，它還有著普遍的文化獲得特征，同時一些重要的個性素質(zhì)，諸如“獨立、自信、責(zé)任心、合作能力及靈活性”在很大程度上通過學(xué)習(xí)也能加以發(fā)展和強化.通過這一過程，一般來說尋求的是構(gòu)建意義和掌握知識技能等，從而強化個體的功能性，即在自己所處環(huán)境中恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能的能力.

動機維度在相當(dāng)基礎(chǔ)的意義上指的是實現(xiàn)一個學(xué)習(xí)過程所需要的心智能量，這種心智能量是學(xué)習(xí)的驅(qū)動力，即通常所說的動力、情緒、態(tài)度和意志，個體一般將其投入到學(xué)習(xí)過程中.通過這一過程，一般尋求的是維持心智與身體的平衡，同時發(fā)展個體關(guān)于自身與環(huán)境的敏感性.

互動維度關(guān)系的是個體與其所處社會性及物質(zhì)性環(huán)境之間的互動，包括“周邊的、人際交往”水平和“一般社會性”水平，通俗理解為“活動、對話和合作”.通過這一過程，尋求的是實現(xiàn)個體認為可以接受的人際交往與社會的整合，同時發(fā)展個體的社會性.

如圖2所示，這個學(xué)習(xí)三角展示了“內(nèi)容、動機、互動”3個維度在作為能力發(fā)展的學(xué)習(xí)中的關(guān)系.學(xué)習(xí)三角的每個角內(nèi)標注了代表3個維度的符號性詞匯，角外標注了每個維度的關(guān)鍵詞，包括學(xué)習(xí)目標(正體)和每個維度所要發(fā)展的內(nèi)容(斜體).

2 物理學(xué)史的作用

物理學(xué)史是一部具有大量或成功或失敗探究案例的科學(xué)史，是包含著包括物理概念規(guī)律、定理定律、方法、思維等發(fā)生、發(fā)展過程的知識史.物理史料記錄了物理學(xué)的整個發(fā)展歷程，極大地顯化了科學(xué)家的思維方式，包括科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題，建構(gòu)模型，解決困難并批判性地看待問題[2].

在教學(xué)中引入物理學(xué)史，一是可以讓學(xué)生在知識產(chǎn)生的歷史背景中“身臨其境”地學(xué)習(xí)，能有效地幫助學(xué)生更順利地構(gòu)建起科學(xué)合理的知識體系；此外，物理學(xué)史包含了大量的科學(xué)思維形成和發(fā)展的案例，物理教師若能將其穿插在教學(xué)過程中，不僅會使課堂內(nèi)容更加生動，而且有利于學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維，提升科學(xué)素養(yǎng)；再者，物理學(xué)史中有大量的史實素材可以用來教育、啟發(fā)學(xué)生，樹立他們科學(xué)的信念、科學(xué)的人生觀，培養(yǎng)他們堅定的意志，鑄造他們優(yōu)良的心理品質(zhì)，不斷培育、提升他們的科學(xué)與人文素養(yǎng)[3,4].

3 基于全視角學(xué)習(xí)理論的物理學(xué)史教學(xué)路徑——以“庫侖定律”為例

基于上述對全視角學(xué)習(xí)理論的闡述以及對物理學(xué)史在教學(xué)中的作用的說明，不難發(fā)現(xiàn)物理學(xué)史是契合全視角深度學(xué)習(xí)理念的，因此，考慮在物理學(xué)史的教學(xué)中搭建一種全視角學(xué)習(xí)視域下的教學(xué)框架，實現(xiàn)物理學(xué)史的有效教學(xué).

如圖3所示.

圖3 全視角學(xué)習(xí)視域下的物理學(xué)史教學(xué)路徑

內(nèi)容維度是物理學(xué)史的內(nèi)容，通過融入物理學(xué)史內(nèi)容理解掌握其中的知識技能；動機維度是通過物理學(xué)史的故事性特征、時間順序性特征使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，投入意志情感于學(xué)習(xí)中；互動維度則立足于過去和現(xiàn)在兩條時間線，“過去”主要是通過物理學(xué)史使學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步進入特定情境，與“過去”互動，經(jīng)歷知識發(fā)現(xiàn)的過程，而“現(xiàn)在”則關(guān)注學(xué)生與所處的真實環(huán)境中的教學(xué)資源的互動，例如學(xué)生間的對話交流、學(xué)生實驗操作、現(xiàn)今便捷易操作的多媒體等媒介.

3.1 庫侖定律的教學(xué)分析

3.1.1 內(nèi)容分析

“庫侖定律”是人教版高中物理必修三第九章第2節(jié)的內(nèi)容.從章節(jié)內(nèi)容的位置安排看，庫侖定律既是電荷相互作用的基本規(guī)律，也是學(xué)習(xí)電場強度和電勢差概念的基礎(chǔ)，是第九章的重點內(nèi)容；從課程內(nèi)容的大方向上看，“庫侖定律”前承牛頓力學(xué)，是對萬有引力定律認識的升華，后啟電磁學(xué)，既為磁場中抽象概念的學(xué)習(xí)提供了方法模型，也為后面電場強度和電勢的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，是力學(xué)向電磁學(xué)過渡的橋梁[5].因此，“庫侖定律”的有效學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的.

3.1.2 痛點標定

首先在學(xué)習(xí)狀態(tài)上，學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時往往表現(xiàn)得力不從心，只留下對公式的機械記憶，不能進入知識的深度學(xué)習(xí)，不知知識的來龍去脈.短期看，學(xué)生利用公式好像也能解決一些計算題目，但當(dāng)學(xué)習(xí)繼續(xù)深入，學(xué)生就會因為前期對知識的理解太片面而對后期學(xué)習(xí)造成影響.

其次是教材內(nèi)容的呈現(xiàn)上，一是對“電擺實驗”只字未提，二是教材中對知識背景的呈現(xiàn)缺乏，會給學(xué)生一種“庫侖憑一人之力就揭開了電荷間的作用規(guī)律”的錯覺；最后在實際教學(xué)中，學(xué)生沒有見過實驗裝置缺乏感性認識，更談不上動手操作，缺乏與實驗之間的互動.

3.2 具體的教學(xué)實施

階段一：如圖4所示.

圖4 庫侖定律探究階段一

在內(nèi)容上，引入D.伯努利和富蘭克林等人的發(fā)現(xiàn)，使學(xué)生清楚探究的內(nèi)容；在動機維度，通過這段史實的引入激發(fā)學(xué)生對探究內(nèi)容的好奇心；在互動維度則通過學(xué)生真實環(huán)境中的多媒體視頻具象展示，增加學(xué)生對于電荷間作用力與萬有引力之間相似性的確信值.

階段二：如圖5所示.

圖5 庫侖定律探究階段二

在內(nèi)容維度上，引入愛皮努斯的發(fā)現(xiàn)，進入具體內(nèi)容的探究；動機維度上，以實操引發(fā)學(xué)生探究興趣；伴隨互動維度里實際實驗裝置的展示(圖6)，培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力.與此同時，讓學(xué)生在具體的實驗中再遇科學(xué)家所遇難題，進行問題追蹤：異種電荷之間的吸引力如何更加明顯地呈現(xiàn)出來？帶電體的電荷量如何得知？使學(xué)生帶著明確的問題繼續(xù)后續(xù)的思考探究.

圖6 定性實驗裝置

階段三：如圖7所示.

在內(nèi)容維度上引入約翰·魯濱遜和卡文迪許的發(fā)現(xiàn)；動機維度上，通過對“兩位科學(xué)家研究均未發(fā)表”引發(fā)學(xué)生對科學(xué)家辛苦研究而未得成果的遺憾之情，同時牽引出學(xué)生對后續(xù)故事的好奇心；在互動維度上，有兩種選擇：一是課堂中借助多媒體播放探究中涉及的實驗，二是在教學(xué)時間有限的情況下，將具體的實驗過程作為學(xué)生的課后拓展作業(yè).

圖7 庫侖定律探究階段三

階段四：如圖8所示.

圖8 庫侖定律探究階段四

在內(nèi)容維度，引入庫侖的扭秤實驗和電擺實驗(圖9和圖10).在動機維度，由庫侖的實驗引發(fā)學(xué)生對庫侖具體實驗使用的原理、方法等的學(xué)習(xí)迫切性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力；互動維度則通過具體的實驗裝置展示和多媒體實驗視頻播放兩種方式，達成學(xué)生對”庫侖定律“核心內(nèi)容的深入.

圖9 扭秤實驗裝置

圖10 電擺實驗裝置

階段五：如圖11所示.

圖11 庫侖定律探究階段五

在內(nèi)容維度，引入麥克斯韋、普林斯頓和勞頓以及E.R.威廉斯等人的后續(xù)研究；動機維度上，通過科學(xué)家對“庫侖定律”的接續(xù)奮斗引發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的長期性、曲折性、科學(xué)性、嚴謹性的深刻認識，同時體會科學(xué)家的科學(xué)探究精神、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任；在互動維度則采取階段三同樣的方式，若是教學(xué)時間充裕，則可在課堂內(nèi)播放其中涉及的實驗，否則，將之作為學(xué)生的課后拓展作業(yè).

4 結(jié)論

除上述“庫侖定律”的教學(xué)外，其他涉及物理學(xué)史內(nèi)容的章節(jié)，例如“自由落體運動、萬有引力定律、電磁感應(yīng)現(xiàn)象”等亦可按照“獲得和互動”兩個學(xué)習(xí)過程和“內(nèi)容、動機、互動”3個維度構(gòu)建的物理學(xué)史教學(xué)路徑展開教學(xué).在使用基于全視角學(xué)習(xí)理論的物理學(xué)史教學(xué)路徑時，教師要緊緊遵循“整體性”視角，既要在極大程度上滿足學(xué)生對概念規(guī)律的掌握，同時還要注重學(xué)生知識技能的形成過程，在過程中重視學(xué)生內(nèi)部精神情感的投入與獲得、重視學(xué)生與外部環(huán)境的作用關(guān)系，充分發(fā)揮物理學(xué)史的育人作用，使學(xué)生在物理學(xué)史教學(xué)中收獲真理、獲得成長.