高中物理電磁場教學(xué)中“試探法”的盲點(diǎn)與要點(diǎn)

胡揚(yáng)洋

一、試探法教學(xué)的契機(jī)與盲點(diǎn)

在現(xiàn)行高中物理教學(xué)體系中，電場強(qiáng)度是學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場過程中接觸的第一個(gè)物理量。可以說，“場”概念的形成是困難的，而教學(xué)中的一些盲點(diǎn)則是造成這一困難的重要原因。現(xiàn)行教材普遍在介紹電場強(qiáng)度之前直接鋪陳“電荷周圍都存在電場，電荷與電荷之間的相互作用力就是通過它們的電場發(fā)生的”。然而，由于教材無法對電場的物質(zhì)性做更多的確證，因此就造成了引入的生硬與學(xué)生接受的困難。近年來的研究探討了用比值定義法合理架構(gòu)電磁場中相關(guān)概念的方式，然而仍然忽視了比值定義法前的“試探”環(huán)節(jié)。

值得說明的是，由于庫侖定律知識造成的負(fù)遷移，學(xué)生往往會十分“便捷”地得出電場強(qiáng)度的表達(dá)式，而未能充分理解建立這一概念的必要性和經(jīng)歷過程。可以說，理解電場、建立電場概念的契機(jī)是稍縱即逝的，學(xué)生往往會熟練地運(yùn)用電場公式解題，而對場的內(nèi)涵與意義頗為“無感”。事實(shí)上，電場的理解需要足夠的體驗(yàn)和感知，也即需要學(xué)生建立起一個(gè)理解電場的思維框架。而建立這一框架的必要性和原始動機(jī)就是“試探法”。傳統(tǒng)教材體系將試探的思想與方法隱性處理，使其淹沒在細(xì)節(jié)之中。

二、試探法的內(nèi)涵與意義

同樣以電場強(qiáng)度為例，電場作為一種物質(zhì)，具有多方面的屬性，而電場強(qiáng)度僅反映其力的性質(zhì)。再如電勢，則反映了電場電勢能分布的特征。在這一基礎(chǔ)上，應(yīng)該明確的是試探要有對象性，即要分清試探的對象是什么。

在更普遍的意義上，試探本是物理研究的基本思想和基本路線，是研究者把握研究對象物理特性的基本方法。正如曹則賢先生所言：“物理學(xué)研究的關(guān)鍵對象是各種自然現(xiàn)象之所以發(fā)生的原因，即因果關(guān)系（causality）。因此，物理學(xué)在許多場合下表現(xiàn)為描述一個(gè)存在的體系對外加激勵(lì)（excitation）的響應(yīng)（response），關(guān)于這個(gè)體系的物理學(xué)就濃縮在相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)中。”[1]物理學(xué)家這種“激勵(lì)—響應(yīng)”的研究模式與用語習(xí)慣已被廣泛遷移，如生理學(xué)、心理學(xué)中稱“刺激（干預(yù)）—反饋”。

若以科學(xué)哲學(xué)的視角，“試探”的背后反映的正是近代以來“求力科學(xué)”的本質(zhì)特征。如科學(xué)史家吳國盛教授所言：“近代科學(xué)是一個(gè)攻擊型的、進(jìn)取型的……把自然物抓起來關(guān)到實(shí)驗(yàn)室里去，讓它處在一個(gè)非自然的狀態(tài)之中，考察它們在不同的非自然條件下必然會有什么樣的反應(yīng)，這就是實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)就是在一個(gè)極端條件下讓自然界把自己的規(guī)律給顯示出來……自然條件下不大容易顯示那些由于人工干預(yù)而必然會產(chǎn)生的規(guī)律，怎么辦呢？只有到實(shí)驗(yàn)室里面來，讓它處在高溫、高壓、高濃度、高密度、高磁場或者是特別低的低溫、低壓、低濃度，總而言之在一種非自然狀態(tài)下，自然的因果規(guī)律就能夠顯露出來。這個(gè)所謂因果規(guī)律，其實(shí)就是一個(gè)刺激和反應(yīng)規(guī)律，本質(zhì)上是一種服務(wù)于控制的規(guī)律。這就跟馴馬一樣，你捅它一下看它有什么反應(yīng)，如果你掌握了這個(gè)馬的所有的刺激反應(yīng)規(guī)律，那么這個(gè)馬你就馴服了，因?yàn)槟阒廊绾慰刂七@個(gè)馬，知道它會有什么樣的反應(yīng)，所以這個(gè)馬你就不怕了、就不陌生了，你就可以駕馭這個(gè)馬了。近代科學(xué)的理想就是駕馭自然界。通過在實(shí)驗(yàn)室里不斷地、反復(fù)地對自然界進(jìn)行各式各樣的刺激，我們掌握了自然界的刺激-反應(yīng)模式。”[2]

雖然這些論述呈現(xiàn)的主要是科學(xué)哲學(xué)家的語匯與反思，但是這仍然有助于我們理解“試探法”反映的物理學(xué)本質(zhì)。試探法的教學(xué)就是要讓學(xué)生伸出試探與干預(yù)的思維觸角，去有意識地、大膽地試探研究對象、干預(yù)研究對象。而高水平的試探就是有計(jì)劃、有步驟地，進(jìn)而定量地試探，也就是實(shí)現(xiàn)對“實(shí)驗(yàn)條件”的“操控”。基于以上理解，我們才能對“試探法”產(chǎn)生足夠的重視，進(jìn)而找到教學(xué)的正確方向。

三、試探法教學(xué)的要點(diǎn)與策略

1.顯化試探法的地位

現(xiàn)行教材對“試探”僅在“試探電荷”部分出現(xiàn)了一些隱晦的描述，甚至改“試探電荷”為“檢驗(yàn)電荷”，這不足以凸顯試探法的地位與價(jià)值。因此，教學(xué)中應(yīng)該明示“試探法”的名稱，強(qiáng)調(diào)其在整個(gè)研究中的地位，并且教師應(yīng)該將這種方法做普遍化的推廣。以上做法都意在使學(xué)生意識到，試探這種方法是比比值定義法、控制變量法更加普遍的物理學(xué)研究方法，甚至是最基本的模式。進(jìn)一步，教學(xué)中應(yīng)該將試探法與比值定義法做出合理的連接和整合，明確電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)中“試探-比較”的思維主線。

2.列舉試探法的實(shí)例

單一的例子無法使學(xué)生深刻體察試探法的普遍性與靈活性。一般的描述都無法達(dá)到“直指人心”的效果。除了上述“馴馬”的例子之外，教師可以指出：事實(shí)上，對于任何不熟悉的事物，僅有的且最簡單的方法就是去試探。即丟過去一個(gè)試探物與之相互作用，看看有什么反應(yīng)。例如我們不知道一個(gè)封閉房間里有什么氣體，就丟進(jìn)去一只小白鼠，看看有何反應(yīng)。再如老虎不知道“黔驢”有什么特性，就不斷地去挑逗它，直到“黔驢技窮”。似這類列舉的實(shí)例要體現(xiàn)豐富性與生動性，要使學(xué)生體驗(yàn)到“試探”的研究方法離自己并不遙遠(yuǎn)。

3.實(shí)現(xiàn)試探法的具身化理解

要實(shí)現(xiàn)學(xué)生對“試探”理解的深刻性，還需進(jìn)行心理學(xué)層面的仔細(xì)考量。認(rèn)知心理學(xué)的具身認(rèn)知轉(zhuǎn)向?yàn)槲锢斫虒W(xué)提供了可貴的啟示。認(rèn)知心理學(xué)的傳統(tǒng)將心智凌駕于身體之上，認(rèn)為“身體”不過是認(rèn)知的客體，對認(rèn)知并沒有多少價(jià)值。而具身認(rèn)知觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“認(rèn)知是具身的”：首先，認(rèn)知是身體的認(rèn)知，認(rèn)知和思維方式受制于身體的物理屬性。其次，認(rèn)知的種類和性質(zhì)是由身體和環(huán)境的互動方式所決定的，身體的感知覺運(yùn)動性與認(rèn)知的形成有著直接關(guān)聯(lián)。再者，人的心智是大腦、環(huán)境和認(rèn)知共同作用的結(jié)果[3]。因此，試探法的教學(xué)應(yīng)實(shí)現(xiàn)認(rèn)知過程的具身化，即應(yīng)該使學(xué)生多動手、親身體驗(yàn)，并且可通過游戲的形式，讓每個(gè)學(xué)生既扮演試探者，又扮演試探的對象，從而在自我中心化的情境下以及親身體驗(yàn)、親身扮演中發(fā)展“試探”的意識。要讓學(xué)生去干預(yù)、去控制，去感受到控制感、力量感，面對問題與研究對象不再畏首畏尾、一籌莫展。

四、反思與啟示：在物理教學(xué)中落實(shí)科學(xué)本質(zhì)觀教育

在科學(xué)教育中落實(shí)科學(xué)本質(zhì)觀教育已成為近十余年來科學(xué)教育改革的重要呼聲，然而如何落實(shí)則一直存在較大爭議。對美國學(xué)者李德曼采用量表測量方式確定師生科學(xué)本質(zhì)觀的研究，已有諸多學(xué)者做出了有力的質(zhì)疑。對科學(xué)本質(zhì)觀的空洞說教也已然遭到了普遍的否定。然而究竟如何落實(shí)科學(xué)本質(zhì)觀教育？有學(xué)者提出，其焦點(diǎn)在于“科學(xué)教師是否有意愿在自己的課堂上開啟對科學(xué)看法的討論，是否有能力在討論中引導(dǎo)學(xué)生理性思維的深度發(fā)展，是否能夠包容學(xué)生多樣化的思考”[4]！然而以上探討表明，科學(xué)本質(zhì)觀教育還有著更為切實(shí)的途徑。

如前所述，“試探法”的背后是近代科學(xué)“求力意志”的鮮明特征，其來源是中世紀(jì)的基督教。“到了近代，自由的理念中已經(jīng)包含了‘意志這個(gè)新的維度。它強(qiáng)調(diào)人要行使自己的意志自由，要做點(diǎn)什么。正是這樣一個(gè)求力意志構(gòu)成了近代科學(xué)的重要特征。近代科學(xué)是一個(gè)攻擊型的、進(jìn)取型的、你也可以說侵略型的知識策略。侵略誰？自然界。”[2]而以上論述表明，通過科學(xué)方法教學(xué)的合理、審慎的展開竟然可以通達(dá)科學(xué)本質(zhì)的理解。其啟示意義在于，最常規(guī)的物理教學(xué)本身就理當(dāng)成為科學(xué)本質(zhì)觀教育的切實(shí)途徑，然而其有效性發(fā)揮的前提是教育者對科學(xué)本質(zhì)觀的深刻理解，這亦是科學(xué)本質(zhì)觀教育的真正基礎(chǔ)。

進(jìn)一步說，科學(xué)本質(zhì)觀教育需要教育者深入到科學(xué)思想史的層面來理解科學(xué)，而非熱衷于做膚淺的測量與空洞的宣講。在深入理解科學(xué)思想史的基礎(chǔ)上，物理教學(xué)也定能獲得更高水平的發(fā)展，科學(xué)本質(zhì)觀教育的目的也會自然地達(dá)成。由是觀之，科學(xué)本質(zhì)觀教育還須從基本而具體的科學(xué)學(xué)科教學(xué)做起。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹則賢.物理學(xué)咬文嚼字之三 萬物衍生于母的科學(xué)隱喻[J].物理，2007，36（9）.

[2] 吳國盛.從古典科學(xué)到近代科學(xué)[J].科技潮，2010（7）.

[3] 范琪，葉浩生.具身認(rèn)知與具身隱喻——認(rèn)知的具身轉(zhuǎn)向及隱喻認(rèn)知功能探析[J].西北師大學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2014，51（3）.

[4] 石翡.兩種文化背景下的科學(xué)本質(zhì)觀之爭[J].上海教育科研，2014（6）.

【責(zé)任編輯 孫曉雯】