核心能力：原始物理問題教學的核心

陳彬

1問題的提出

原始物理問題是自然界及社會生產、生活中的客觀存在，能反映科學概念、規律本質且未做加工的典型科學現象和事實.

原始物理問題與傳統的物理習題的關系如下圖1所示.物理習題“掐頭去尾留中段”，只關注圖中的“演算、推導”環節.而原始物理問題沒有直接的已知量，學生需要根據真實的情境，通過假設、抽象等過程獲得所需的變量及數據，建構理想的模型，猶如“剝絲抽繭”，結論最終“破繭而出”.根據自組織表征理論，原始物理問題的解決過程包括定向表征、抽象表征、圖像表征、賦值表征、物理表征、方法表征和數學表征七個層次，前4個表征為原始物理問題解決所特有的，后3個表征是原始物理問題和傳統習題解決共有的.

開展原始物理問題教學是基于科學思維的教學，能促進學生的大腦充分開發，思維遠離平衡態呈現非線性相互作用的發展，最終實現思維從無序到有序的不斷深化.在解決原始物理問題的過程中，學生的邏輯思維和非邏輯思維的訓練同時進行，實際問題的解決能力明顯增強.那么初中階段開展原始物理問題教學時，應將什么作為核心任務，值得我們探討.

2核心能力的含義

核心能力指可遷移能力，且在解決各種問題的過程中最能起決定性作用的能力，它不僅是直接影響能否完成活動的基本條件，而且對于解決問題的效率與品質具有高解釋力.核心能力包括思維能力與解決問題能力.

思維能力是人腦對客觀事物本質屬性與規律概括的、間接的反映能力.思維能力是核心能力的核心，思維能力的核心包括創造力和想象力.

問題解決能力是思維能力運作的表征，是思維能力的外化結果.

3有效培養學生核心能力的教學策略

原始物理問題作為一種含熵信息，具有開放性和不確定性，它既可以讓學生客觀思維，又讓學生能動思維.因此，原始物理問題在全面發展學生思維能力，培養學生解決實際問題的能力方面具有無可比擬的優越性.開展原始物理問題教學，應將定向表征、抽象表征、圖像表征和賦值表征4個表征層次作為教學的著力點，突出學生核心能力的培養.

3.1培養良好的思維品質

初中生處于具體運算（7～12歲）過渡到形式運算（12～15歲）階段，其思維從具體逐步向抽象過渡，能對抽象的假設或命題進行邏輯轉換.教師的教學行為須符合并促進兒童的認知發展， 開展原始物理問題教學，正好為學生提供了從具體到抽象過渡的訓練平臺.圍繞思維品質的批判性、深刻性和靈活性維度，教師須開展針對性訓練.

3.1.1思維的批判性

批判性，即質疑.開展原始物理問題教學時，教師要運用開放性的問題情境，激發學生發現問題，引導學生科學思維，克服思維定勢，針對各種典型的隱蔽的錯誤，學會從不同的角度質疑、論證，總結歸納正確的思路和方法.

例如，剛從冰箱中拿出來的啤酒瓶，表面很快濕漉漉的，用毛巾反復擦幾下，還擦不干？請學生根據所學知識作出解釋.

遇到這樣的原始物理問題，學生的猜想是多方面的，如瓶子漏了、啤酒膨脹溢出來了、水蒸氣遇冷液化附著、毛巾是濕的……教者需要引導學生運用批判性的眼光去審視分析，質疑排除不存在的猜想，最終鎖定空氣中水蒸氣遇冷液化附著啤酒瓶表面的正確原因.

3.1.2思維的深刻性

深刻性，即能深入到事物本質里面去考慮問題.在開展原始物理問題教學過程中，教師要引導學生能根據研究的任務和目的，摒棄次要細節和非本質屬性，抓住主要矛盾.

例如，某同學偶然從放置在桌面上的眼鏡看到室內某一日光燈的兩個像（圖2甲），對此他非常好奇，是光反射成的像還是折射成的像？他百思不得其解……請你做出解釋.

該原始物理現象是筆者無意間觀察到的，遂編輯成了一道原始物理問題.兩個像可能是光的反射或折射形成的.教學過程中，找形狀相似的凸面鏡做模擬實驗（圖2乙），也能觀察到同樣的現象但只能觀察一個像，學生通過對比實驗現象，比較眼鏡和凸面鏡的不同，去雜留本，能抓住問題的本質，構建兩個凸面鏡反射光的模型，從而成功地解釋這一原始物理現象.

實驗是物理教學的基礎，教師要引導學生學會科學處理數據，善于通過數據找出復雜實驗現象背后的本質與相互聯系，揭示被掩蓋的物理規律.

3.1.3思維的靈活性

靈活性，即學生的思維活動能根據客觀情況的變化而變化.開展原始物理問題教學時，教師要利用變式，開展一題多解、一題多變、多題一法訓練，激發學生進行發散性思維.

例如，小水池水面上浮著一條船，滿載了石塊，若將船上的石塊全部扔到水池里，池中水面將會上升還是下降？

教師可引導學生首先進行定性分析，然后給題目賦值：船重G船、石塊重G石、水的密度ρ水、投石前排開水的體積V排前、投石后排開水的體積V排后、石塊體積V石，圍繞投石塊前后排開水的體積的變化，開展一題多解訓練，引導學生發現規律.當學生的思維遇到障礙時，教師再加以適當的提示，啟發學生更深入的思考.

3.2突出創造性思維的培養

對比中美兩國學生素質時，常常會發現，中國學生有“三好”，考試成績好、書本知識掌握得好、基本功好；美國學生有“三強”，創新能力強、動手實踐能力強、語言表達能力強.“這背后是中美兩國教育理念的差異.中國是基于生存競爭的應試教育，而美國則是強調創新及創新理念的教育.中國學生擅長邏輯思維，能應付各種試卷上的考題，可一旦需要自己發揮創新能力時，羸弱的一面就暴露出來了.”正如江澤民同志所說：“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力.創新的關鍵在人才，人才的成長靠教育.”

傳統的物理習題教學與物理現象經常脫離，模型、模塊和演算充滿學生的大腦，學生無法感受物理現象真實與鮮活的一面，長久以往必然遏制學生的創造性思維.由于原始物理問題具有生態性和開放性等特點，解決原始物理問題的過程必然是探索和創造的過程.

“耗散結構”理論指出，“非平衡是有序之源”.在認知過程中，學生大腦已有圖式結構的平衡狀態被外來刺激所打破，發生了“同化”或“順應”作用，原有的圖式達到新的水平和新的平衡，這就是學生的思維不斷深化的原因.開展原始物理問題教學，學生無法找到現成的或能仿效的原型，只能獨立思考，其思維將脫離線性的平衡狀態而進人非線性的耗散結構狀態，從而達到有效培養學生創造性思維之目的.

例如，江邊觀賞夜景時，常常看到對岸的路燈在江中的倒影不是一盞燈，而是一條條的光柱，如何解釋.

教者引導學生首先閱讀本題的原始物理現象，對題目定向表征：這是光反射成像問題；抽象表征：平靜的水面可以視為平面鏡；圖像表征，通過平面鏡光路作圖，可以找到所成的像，但無法解釋光柱的成因.鑒于此，教者需要加以適當點撥，激發學生展開創造性思維，將有波浪的江面創設成平面鏡組合的模型，路燈在每一個平面鏡中所成的像，即所謂的光柱，實際是像組合，這樣的解釋就順暢無誤了.

3.3重視物理科學方法教育

科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的正確的思維方法和行為方式.物理科學方法包括物理思維方法和物理學科方法（圖3）.物理學科方法包括控制變量法、實驗歸納法、理想化方法、乘積定義法、比值定義法、比例系數法和近似方法等，物理思維方法包括分析、綜合、抽象、概括、歸納、演繹、判斷和推理等.

在原始物理問題教學過程中，教師指導學生首先學會運用分析、綜合、抽象和概括等科學方法將原始物理問題定向表征、抽象表征、圖像表征和賦值表征轉化為物理習題，再運用假設、類比、等效和近似等科學方法去最終解決問題.物理科學方法的使用，不僅能使學生形成借助物理科學方法獲取物理知識的心理定勢，而且更能增強學生一種問題敏感性，善用物理科學方法迅速抓住問題的要害，準確找出解決問題的路徑.

“知識核心時代”走向“核心素養時代”，坐而談早該過去，起而行已經到來.初中物理教育緊扣“核心能力”開展原始物理問題教學，正是遵循教育規律，提高素養而不是僅僅關注分數，培養學生而不是考生，必將有所作為.

【江蘇省教育科學“十二五”規劃2013年重點自籌課題《農村初中有效開展原始物理問題教學的策略研究》（課題批準號：B-b/2013/02/056）階段性研究成果.】