在“對話”中彰顯物理課程的人文魅力

馬亞鵬

傳統的物理課程教學過于注重知識的傳授，老師單向地以“獨白”的方式向學生傳遞信息，學生以記錄課堂筆記、習題演練等為主要方式接受信息，這種“灌輸中心教學”忽視了學生思維的發展，也沒能體現物理課程的人文教育功能，有“見物不見人”的傾向。事實上，課堂教學首先是由一系列的溝通活動構成的，在多樣的溝通活動中，實現學生對知識的主動積極建構、發展學生的思維能力、形成學習共同體、實現他們的社會化發展。從這個意義上，包括物理課程在內的課堂教學都需要從“灌輸中心教學”走向“對話中心教學”。本文具體闡述“對話”原理在物理課堂教學中的運用。

一、在“對話”中實現物理知識的建構

在以教師“獨白”為主要方式的課堂教學中，學生盡管用心識記了課程內容，但學生在進入課堂學習之前并不是一塊“白板”，而是在長期的學習和生活中建立了豐富的“前概念”。因前概念具有頑固性，單純通過記憶概念的語詞和定義并不能幫助學生正確理解概念的本質。研究表明，多樣化的教學情境以及通過充分的交流使前概念暴露在課堂環境之中，是實現概念轉變的一條有效途徑。因此，在物理教學中，教師應當根據特定學生的特點，創設有益于發現問題的物理情境，引發學生的討論，在這個過程中建構對知識的正確理解。

【案例1】“牛頓第一定律”課堂實錄（片段）

（首先讓學生閱讀教科書，提出問題）

師：在認識“力和運動”關系的歷程中，哪些科學家提出了自己的觀點？

生：亞里士多德、伽利略、笛卡爾和牛頓。

師：亞里士多德提出的觀點是什么？

生：亞氏認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。

師：亞氏提出自己觀點的依據是什么呢？

生：生活經驗，比如我用力推一下放在桌面上的文具盒，文具盒發生運動，停止用力，文具盒停了下來。（邊回答邊演示）

師：很好！這個觀點和我們的生活經驗是一致的，因此綿延了一千多年，后來伽利略提出了自己的觀點，他是怎么想的呢？

生：伽利略首先認識到小球沿著斜面向下運動時速度增大，向上運動時速度減小，由此他得出小球在水平面上運動，物體的速度將不增不減。可他發現實際情況并不是這樣的，而是速度逐漸減小，直到停止。他認為這是因為阻力的作用，由此他猜想，如果沒有阻力，球將永遠運動下去。

師：伽利略是如何證明自己的猜想的呢？

生：通過斜面實驗。

師：伽利略的斜面實驗是怎樣進行的？

生：讓小球從一個斜面從靜止狀態開始向下運動，小球將滾上另一個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度。減小第二個斜面的傾角，小球在斜面上仍將達到同一高度，但這時它要運動得遠些。繼續減小第二個斜面的傾角，球到達同一高度時就會離得更遠。若將第二個斜面放平，球將永遠運動下去。

師：在斜面實驗中，伽利略得出了什么結論？

生：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動的原因。

師：伽利略的斜面實驗中，認為沒有摩擦時，小球將上升到原來的高度，這個實驗能實現嗎？

生：不能，摩擦是不可避免的。

師：嗯，伽利略的斜面實驗，也叫理想實驗。它是“思想上的實驗”，它是在真實的科學實驗的基礎上，抓住主要因素，對實際物理過程進行的科學抽象，是一種邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。正是利用伽利略的斜面實驗所使用的推理方式，才使得人們撥開了阻力的迷霧，真正認識到亞里士多德觀點的謬誤之處，建立了正確的力與運動關系的認識……

【評述】牛頓第一定律教學向來是一個難點，本案例一改以往講授式的教學方式，首先引導學生帶著問題閱讀教科書，然后在教師一系列問題的引導下，認識牛頓第一定律建立的過程，尤其是對伽利略理想斜面實驗的詳細探討，讓學生徹底意識到亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的觀點的錯誤之處，有效克服了前概念對習得新知識的影響。

二、在“對話”中體會物理思想方法的奧妙

物理學是探討物質結構和運動基本規律的科學，在物理學發展的歷程之中，科學思想方法的地位舉足輕重，科學思想方法也是科學文化的重要組成部分。物理教學不能無視這些文化成果，更不能使科學思想方法和科學家富有真知灼見的發現過程被嚴密的邏輯體系和繁復的公式運算所遮蔽。教學中，要盡可能地引導學生通過討論乃至爭論，幫助學生認知、理解、體會物理思想方法的奧秘。

【案例2】“追尋守恒量”課堂實錄（片段）

師：在研究守恒規律的過程中，運動中的守恒量是什么呢？這曾經是一個非常重要而且引起強烈爭論的問題。之所以要研究運動中的守恒量，是因為很多哲學家都堅信“運動不滅”，如著名的哲學家、科學家笛卡爾曾經說過，“物質有一個一定的量的運動，這個量從來不增加也不減少”。運動有恒的思想，早在伽利略的著作中就有所體現。我們來做一個實驗。

演示：取一單擺，在單擺運動平面的后面放一張標記了水平線的紙，將擺球拉至水平線所示的位置釋放，學生觀察擺球的運動。

師：請同學們分析一下擺球的運動？

生：（描述現象）小球由靜止向下擺動，越來越快，到最低點后向上擺動，速度減小。如此往復。

師：大家有沒有注意到一個現象，小球擺動到左邊的最高點B和釋放點A好像在同一水平線上。

生：好像是。

師：我們看一個慢鏡頭。

播放視頻：播放單擺運動的頻閃視頻。

師：從視頻中，我們有什么啟發？

生：小球在運動中，高度降低、速度增大，速度減少、高度增加。擺動過程中的最高點與原來的高度相同。

師：嗯，正是在對擺球的研究過程中，伽利略得到了啟示，設計了一個理想斜面實驗。斜面實驗我們在上一學期學習過，下面我們再請兩位學生演示并講解這個實驗。endprint

演示：（學生演示并講解）重溫伽利略理想斜面實驗。

師：這兩個實驗的共同特點是什么？

生：共同特點高度降低、速度增大；高度增加、速度減小；在沒有阻力的條件下，還能回到原來的高度。

師：這個過程中，有沒有一個量是守恒的呢？想一下，我們是怎樣研究守恒的。

生：h+v守恒。

師：對不對呢？

生：這兩個不能直接相加。

師：如果換成f（h）+f（v）=C，大家覺得如何？

生：可以，與高度有關的物理量和與速度有關的物理量之和保持不變。

師：嗯。這樣就可以相加了，后來的物理學家把這個事實說成是“某個量是守恒的”，并把這個量叫做能量或能。

【評述】能量的概念是在人類追尋“運動中的守恒量是什么”的過程中發展起來的。守恒關系是自然中十分重要的關系，從中學開始加強學生對守恒關系的認識是有益的，因為它是極為重要的研究方向。案例通過伽利略當年對擺球的研究過程中得到啟示設計的理想斜面實驗，請兩位學生演示、講解這個實驗同時總結這兩個實驗的共同特點。教師追問：這個過程中，有沒有一個量是守恒的呢？學生從起初的“h+v守恒”討論到f（h）+f（v）=C，即得到與高度有關的物理量和與速度有關的物理量之和保持不變。后來的物理學家把這個事實說成是“某個量是守恒的”，并把這個量叫做能量或能。

三、在“對話”中感悟“科學·技術·社會（STS）”之間的關系

STS（即科學、技術與社會）是20世紀六七十年代在歐美興起的研究科學、技術與社會之間的相互關系的思潮。盡管學術界對STS的界定還存在著爭議，但其代表了一種新的思維模式和價值觀。STS研究的宗旨是“充分發揮科學技術的積極作用，克服科學技術的負面影響，使科學技術真正造福于人類”。然而在教學實踐中，STS教學還停留在相關內容的介紹的層次上，這對學生而言實在是可有可無的教學環節，沒能發揮其應有的價值。對STS議題的討論可實現學生對科學、技術與社會關系的真正理解。

【案例3】“核能的利用”課堂實錄（片段）

師：今天的“STS”專題研討課。我們討論一個議題——“核能的利用”，請大家根據課前檢索的資料，對這個議題進行研討。

師：我們要討論的第一個問題是“核能與常規能源相比，具有哪些優勢”？

生A：根據我查到的資料，核能有四個優點：①核原料提供的能量巨大，計算表明，1kg鈾全部裂變釋放的能量相對于2700t標準煤完全燃燒放出的能量；②核原料的儲量豐富，鈾在地殼中的平均含量比金、銀更為豐富，不僅分布在巖石中，也蘊藏在海水、河水、湖水中；熱核反應需要的燃料——氘，在海水中有著豐富的儲量；③核燃料的運輸和存儲方便；④清潔衛生，對環境污染小。

師：看來核能的確有很多優點，那么我們利用核能的途徑有哪些呢？

生B：我們組也查閱了一些材料，二戰時期科學家研制了原子彈和氫彈，將核能應用于戰爭，加速了二戰的結束。第二種利用核能的方式是建立核電站，據我所知，目前已經有40多個國家和地區建立了400多座核電站，發電量已占世界發電總量的17%以上。第三種利用核能的方式是可控的熱核反應，不過目前沒有很好的核燃料約束方法。

師：非常好。剛才B同學說到了核電站，我們大家都知道，2011年3月，日本福島核電站發生了核泄漏事件，引發了國際社會的恐慌，人們認為核電站很不安全，大家對這個問題怎么看？

生C：我們專門查閱了相關的資料，其實核泄漏的可能性是極小的，核電站往往會設計4道安全屏障。（具體內容從略）

師：謝謝C同學精心準備的材料，核電站確實有著嚴格的安全措施，那么對于核反應后的核廢料，通常是怎樣處理的呢？

生D：我們組關注了這個問題，其實核廢料的處理方法有多種，目前我國對核廢料采用后處理技術，即從用過的核燃料中回收鈾、钚等。對一些中、低放射性廢物進行瀝青固化或水泥固化后，埋藏在地下淺層廢料庫；對高放射性廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫。

師：巨大的核能既能造福于人類，也有一些潛在的危險。如果大家是未來的核物理科學家，你們認為應該怎樣利用核能呢？

生：……

【評述】案例以“議題”的形式開展STS教育，通過學生課前查閱資料之后，在教師的主持之下，進行交流和討論，使教科書上的一小段閱讀材料，在師生共同的教學創生中，發揮了很好的教育價值。學生通過對話、協作和研討，認識了核能利用的歷史、現狀、安全性、核廢料的處理以及科學家的社會責任等，使學生了解科學技術的高度發展引起的社會問題以及公眾應對這些問題的方式，實現了物理課程三維教學目標的統一。

（作者單位：寧夏銀川市第九中學）endprint