基于生態視角解讀物理學科“滯銷”現象

●余俊文

一、制約持續學習物理的原因分析

由于長期應試教育，原本平衡的制約學習物理的內外“生態環境”被嚴重破壞，許多學困生感到學習物理難度越來越大，對學習物理的興趣越來越低，討厭物理、反感物理甚至放棄物理，學習物理失去了持續性，物理“滯銷”的現象越來越凸顯。筆者將制約可持續學習物理的內外環境因素歸納為如下圖所示的十二個，其中“1.學習時間；2.物理實驗；3.參觀科技成果；11.強化訓練；12.解題技能”等為硬環境（外環境），“4.物理語言；5.形象思維；6.邏輯思維；7.數學方法；8.哲學方法；9.理論聯系實際；10.學以致用”等為軟環境（內環境）。這些因素中，有的被過分弱化甚至被忽略，致使形象思維與邏輯思維割裂，物理方法與數學方法、哲學方法割裂，理論與實踐割裂，解題與學以致用割裂等等，直接造成中下生學習物理入門困難，以及難以可持續學習。因此只有重構和平衡可持續學習物理的生態環境，讓更多的中下生喜歡物理，增強可持續學習物理的信心，才能提高學習物理成功入門并可持續的幾率，物理學科才不會滯銷。

二、重構可持續學習物理的生態環境

（一）充分重視物理實驗

物理是一門實驗學科，物理知識和規律都是在觀察和實驗的基礎上，加以提煉再上升到理性而來的。課堂上狹義的物理實驗本身也包含有物理思想、物理方法、物理規律、物理應用等方面的內容，對學習物理既基礎又重要，有許多學生并沒有引起足夠的重視，甚至許多學困生對于高中階段的物理實驗完全是一片空白。這里以“長度測量”這一組實驗為例，由于對長度測量的精度要求不斷提高，測量工具由粗糙到精密，即從刻度尺（木尺→透明塑料尺→鋼尺）→游標卡尺→螺旋測微器→光的干涉條紋等等，都要求熟練使用，如果學生沒有直接體驗操作這些工具，僅僅停留在教師講述的間接經驗上，絕對不會深刻理解它的設計原理和操作注意事項，也不會達到熟練使用不出現錯誤并減小誤差的要求。這樣很難理解許多物理規律物理原理從粗糙到精確的發展過程，很難有后續學習物理的主動需求。

（二）充分重視物理的實用價值

許多學生運用高中物理知識規律解釋我們身邊的物理現象，感覺不如初中物理有用，常常無法體驗感知“學以致用”，誤以為高中物理無用。高中物理較初中物理，知識更為系統化，理性化，其“有用”并不直接體現在解釋我們身邊的物理現象，而是體現在物理自身理論體系的基礎極其廣泛的自然科學領域的基礎。于此學生有必要正確理解“有用”，如果有意識地多聽科普講座、多參觀科技成果展覽、多關心相關科技領域成果所包含的物理原理、物理思想、物理方法等物理應用，尤其從參觀科技成果展覽的活動中，就能夠直觀地了解到物理知識在我們身邊，對開拓我們的視野非常有用。因此平時我們的眼光不能僅僅停留在身邊的初級物理現象上，還要正確理解物理的基礎性、有用性，理論聯系實際才不至于懷疑物理的學以致用無法實現。

（三）充分重視物理語言

語言對于學生并不陌生，通常課本上的語法都很簡單并盡可能通俗易懂，平時好像能應付自如并沒有在意。但物理教材中特有的由科學語言、數學語言、生活語言構成的物理語言，并非每位學生都足夠的重視，一部分學生不習慣、沒有形成真正物理語言這個工具，缺乏抽象思維，讀不懂教材教輔上對物理問題的闡述，聽不懂老師同學對物理問題的討論與論述，給物理可持續性學習造成致命的缺陷。

物理中的科學語言，通常指物理名詞、描述性的物理概念（定性描述的，或者理解上不能一步到位，逐步加深的）、定義性的物理概念（定量描述的，有定義式有量綱的）以及定性描述物理概念之間、物理量之間的關系等等，都是建立在科學概念基礎上的物理科學語言，是整個物理語言中最為基礎的部分。

物理中的數學語言，通常指借用數學的函數關系來定量描述物理量與量的變化關系。有的是一個物理量隨另一個物理量而變化，有的是一個物理量隨多個物理量而變化（通常運用控制變量法）。但物理中的數學語言不是純數學、純理論的，而是有適用條件、適用范圍的，結果也需要討論取舍，與實際相符。

物理中的生活語言，通常指日常生活中對物理現象、物理事件的描述性的語言，盡管其準確性、科學性略顯不足，但它更加通俗易懂，是整個物理語言中必要的補充，尤其在科普讀物中更是大量存在[1]。

（四）充分重視形象思維與邏輯思維融合

物理思維最顯著的特征是融合形象思維與邏輯思維于一體，這是能否可持續學習物理最本質的內因之一，片面強調一方面或者兩個方面成分離狀態都會阻礙物理思維的形成。所謂形象思維，是指以具體的形象或圖像為思維內容的思維形態，是人的一種本能思維，人一出生就會無師自通地以形象思維方式考慮問題。比如以作草圖的方式進行物理過程分析、受力分析、運動分析都是典型的形象思維過程，它能使分析的對象更具有生動性、直觀性、整體性，是建立物理思維的起點；而邏輯思維是指人們在認識過程中借助于概念、判斷、推理反映現實的過程。尤其是邏輯思維中的“歸納與演繹”過程，即由個別性（一般性）前提推導出一般性（個別性）結論，前提與結論之間的聯系是必然的。比如在前形象思維的基礎上進一步分析：題目給出哪些物理量、這些物理量的關系、變量間的關系、獨立變量間的關系等等，還需要將這些物理量通過運算規則（量于量的函數關系）來準確地確定它們之間，尤其變量之間、獨立變量之間的因果關系，均屬于典型的邏輯思維過程。

在學習初中物理之前，“自然常識”主要訓練形象思維，“數學”主要訓練邏輯思維，二者是分離的。即使相融合也是極少量又膚淺的。經過初中階段的學習，許多學生物理思維習慣仍然停留在形象思維與邏輯思維的分離狀態，極大的阻礙了二者的融合和物理思維的轉向，但又非常需要新的物理思維習慣來取代這種分離狀態的思維定勢[2]。

（五）充分重視數學方法

數學方法是研究物理規律最重要的基本方法之一，數學思想、數學方法、數學演算（包括估算）、數學猜想等等在物理中多有體現。比如：實際問題→物理過程→物理模型→數學模型→演算→數學結果→物理結果→實際結果等過程的轉換；再比如：數學模型→演算→數學結果→討論物理量的取值范圍、最大值、最小值；再比如：數學模型→演算→數學結果→討論物理過程真實存在狀態；再比如：數學圖像→理解物理圖像→理解物理量關系→理解物體真實運動狀態，等等都是以數學為核心的物理問題研究。離開了數學，物理只能是定性經驗和定性現象，就不會有今天的物理學。高中物理是物理學從定性到定量、從現象到本質的過渡階段，數學方法的成分越來越重是必然的。數學是學習物理極其重要的生態環境因素，一切想忽略它、破壞它、繞過它都是徒勞的。

（六）充分重視哲學方法

許多學生對學習物理所需的（辯證唯物主義）哲學方法不重視，物理學與哲學有著千絲萬縷的聯系，物理學中廣泛運用了唯物論和辯證法的哲學思想和方法，比如：物理課強調“實事求是”的科學態度，體現了唯物論所強調的物質性與客觀性；受力分析、誤差分析體現了哲學中聯系的觀點；物理模型體現了哲學中主要矛盾（因素）與次要矛盾（因素）的關系；物理過程分析往往需要用到聯系的觀點、矛盾的觀點、矛盾的轉化觀點；整個物理課知識的學習理解都是典型的哲學所強調的“循環往復，螺旋上升”的發展過程，等等。一旦把物理與哲學方法隔離開來，否定哲學的指導意義，那么我們的方法論就會迷失方向，必定造成正確分析物理過程困難，學習能力低下，直接造成物理學習入門和可持續學習的困難。

三、平衡可持續學習物理的生態環境

（一）運用“體驗式學習”

“體驗式學習”能夠將各個學習生態因素有機地聯系起來，通過各因素相互作用綜合地平衡物理可持續性學習的生態環境。體驗式學習探究物理問題尤其探究原始物理問題，能有效地阻止形象思維與邏輯思維割裂等，對提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力非常有效。體驗式學習強調“做中學”知行合一，從體驗中感知、模仿、提煉、生成知識，包括“具體體驗；觀察思考；形成概念；移植他處”四個步驟，操作非常簡單，強調學生單獨反思或同他人一起思考交流。物理體驗式學習，將所探究物理問題融入實際應用情景（即原始狀態）中，或者改造成原始物理問題，進行提煉、上升、理性化的體驗，不斷的獲得認知上的沖突而理解更加深刻。物理體驗式學習,更是以生態環境平衡并把各個學習生態因素有機地聯系起來為基礎，如果偏廢其中任何一項環境因素，體驗式學習的效果都會大打折扣，或者不能順利的完成體驗式學習。

這里以物理現象與規律相結合的體驗式學習,阻止形象思維與邏輯思維割裂為例。加強思維訓練：①在物理入門階段，要刻意體驗以形象思維為基礎進行模仿訓練，以實際例題分析、求解的過程為原型進行體驗；刻意突出原型特征：針對實例過程進行受力分析、運動分析、作圖分析等 （形象思維的比重大），再尋找實例中有哪些過程、有哪些量、哪些已知、哪些未知；再抽象為量于量間的關系，尤其是那些變量、獨立變量的關系；再抽象到某個函數關系，建立公式求解（邏輯思維的比重大）；再將結果放回實例中去討論，比如解的取舍，矢量的方向（形象思維的比重大）等等。做到在整個實例原型中刻意強調：哪些是現象、哪些是規律、哪些思維屬于形象思維、哪些思維屬于邏輯思維；刻意強調它們相互滲透、相互影響、相互修正。②在學習引向深入階段，要刻意引導學生體驗如何將現象“抽象”成為規律：需擺脫對實例原型的模仿，直接理解前提與結論間的必然聯系的內涵，直接理解物理思維的內涵，加深現象與規律、形象思維與邏輯思維的融合。③在綜合運用知識階段，要刻意體驗直接切入邏輯思維，以逐步減少形象思維的比例。比如將一個物體的運動直接抽象為質點圖，再抽象為圖，再抽象為圖、圖，以至于抽象為一般函數圖。

（二）運用“發現式學習”

“發現式學習”能夠有效地阻止物理方法與數學方法、哲學方法割裂，較體驗式學習更高一層次平衡物理可持續性學習的生態環境。發現學習的方法通常有：移植類似方法、概括實驗現象，還有一類基于運用數學方法（定量地演繹推導）和邏輯方法（定性判斷選擇）來“發現”新的物理規律（定理）為代表的發現學習[3]，它是學生以發現新物理規律的探究視角，體驗參與新物理規律“發現”過程的一種學習方法，它有助于對問題提出→分析→假設 （猜想）→驗證（論證）等過程的具體理解；側重于物理規律與數學方法、與邏輯方法的緊密結合，開發學生從現象到本質、從定性到定量再到定性定量相融合以及形象思維與邏輯思維相融合等心智潛能。發現式學習是物理可持續性學習的生態環境平衡基礎之上，充分利用各因素的有機聯系和能動性學習的結果，如果偏廢或者不能充分利用學習物理環境因素的任何一項，發現式學習都難以進行。

這里以數學方法（定量地演繹推導）和邏輯方法（定性判斷選擇）相結合來發現學習新的物理規律為例。比如：“動量定理”、“動能定理”、“機械能守恒”等等，突出數學方法、邏輯方法與發現式學習結合起來進行發現式學習，必需使初學者理解物理規律的嚴密性、科學性；理解物理理論與實際過程的對應性，明白其中每一個演算在生活生產實際中均有實際過程與之對應，平時的演算并非無聊的游戲；在發現式學習中，學生通過聯系哲學方法保障其高質量的開展物理學習，通過數學方法體會發現定量的物理規律。

[1]余俊文.物理“教材精讀法”的課堂建構與維度研究[J].教育科學論壇，2012，（2）∶19-21.

[2]余俊文.中下生學習物理入門切入點的理性思考[J].物理通報，2012，（5）∶31-33.

[3]余俊文.物理規律的發現式學習——基于數學與邏輯視角[J].教育科學論壇，2012，（10）：17-19.