注重“物理觀念建構”教學 培養學生物理學科素養

徐衛兵

（西安交通大學蘇州附屬中學，江蘇蘇州 215021）

注重“物理觀念建構”教學 培養學生物理學科素養

徐衛兵

（西安交通大學蘇州附屬中學，江蘇蘇州 215021）

面向學生未來的發展，中學物理教學必須要以具體知識為載體，引導學生通過高水平的思維活動，形成物理基本觀念，即從“知識為本”轉向“觀念建構”.物理基本觀念是指學生通過物理學習，在深入理解物理學科特征的基礎上所獲得的對物理總觀性的認識，它包括物質觀、運動觀、能量觀、相互作用觀等.在物理教學中實施“觀念建構”教學，有利于轉變學生的學習方式，促進對知識的深刻理解和靈活應用，全面提高學生的科學素養.

核心素養；物理觀念；觀念建構

《全民科學素質行動計劃（2006—2010—2020年）》指出，科學領域課程應以提升學生科學素養為目標，學生通過課程的學習應了解必要的科學技術知識、掌握基本的研究方法、樹立科學思想、崇尚科學精神，并具有一定的應用他們處理實際問題、參與公共事務的能力.［1］物理課程作為自然科學領域的重要基礎課程，中學物理教師在新一輪以核心素養為培養學生目標的課程改革中，構建物理觀念、實施觀念建構教學至關重要.

1 問題的提出

從初中進入高中后，學生感覺到物理越來越難學，教師教的辛苦，學生學的辛苦.這是高中物理教學中的一個共識，產生這一現象的因數眾多，筆者認為其中很重要的原因是教學中“不重視物理觀念構建教學，不少學生沒有整體的物理觀念，完全當成數學在學，學生樂于埋頭記背知識，為了迎合學生需要，市面上也出現不少的背記手冊之類的小本本，然后在解決問題時胡亂套用公式，久而久之造成對物理的不理解”的問題，其實這是教學工作一切瞄準考試造成的.在這樣的考試文化中，考什么就教什么，怎么考就怎么教，教師每天忙于編、印、數、發、收、批、講，成為傳遞信息、分配資料的傳送機.這種乏味生活不但喪失了教師專業發展的可能，而且造成了職業的倦怠，教師缺乏一種哲學的氣度，無暇將目光引向天空，工作關注的層次越低，學生越缺少自覺，學習的主動性就越少，這也就在無形中增加了教學的難度.學生為了應付考試，成了做題的機器，學生雖有大量的知識，卻像小鴨子吃了一肚子的塑料袋，沒有消化，在面對新情境中的問題時，卻束手無策.原因在于學生在學習物理知識的過程中沒有形成相應的物理觀念，缺乏引領知識應用的“見識”或“見地”.

綜上所述，無論從減輕學生學習負擔還是培養學生創新意識和實踐能力的角度，無論從學生素質發展和教師的專業發展還是創建師生的幸福生活的角度，由知識教學轉變為觀念建構教學都是當務之急.

2 觀念教學的內涵

2.1 物理觀念的內涵

德國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者馮勞厄曾經說過，教育所給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西.［2］不可否認，隨著時間流逝，我們在學校所學的大量學科知識都將逐漸淡化甚至遺忘，真正伴隨我們一生發展并持續發揮作用的不是具體的學科知識，而是知識升華后留存在我們思想意識層面的東西.當學生將具體的物理知識都忘掉的時候，在他的頭腦中“剩下的東西”是什么呢？應該是學生通過物理知識的學習，所形成的從物理的視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點，即植根于學生頭腦中的物理基本觀念.物理基本觀念不僅是實踐發展的產物，更是抽象思維的結果.在學校教學中，這些物理基本觀念主要來自于3個方面：一方面來自于學生對物理學科知識的反思概括，主要形成物理知識類的基本觀念，如物質觀、運動觀、相互作用觀、能量觀等；另一方面來自于學生對物理探究過程、學習方法的反思，主要形成物理方法類的基本觀念，如微元思想、類比思想、模型思想等；再一方面來自于學生對物理科學在社會生活中價值的認識和反思，主要形成物理情意類的基本觀念，如物理價值觀.這3個方面的基本觀念相互影響、共同作用構成物理基本觀念這一有機整體，如圖1所示.

圖1

2.2 物理觀念的內容

物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動、相互作用、能量等的基本認識.（1）物質觀——化學里說的物質世界是由分子、原子和離子等微觀粒子構成的，而物理學中對于這一基本觀念，不僅要告訴學生物質的宏觀觀念和微觀觀念，更重要的是告訴學生并非所有物質都可以看得見摸得著，比如“電場”、“磁場”等物質，他們既看不見也摸不著，然而卻是大自然中客觀存在的物質，而且這類物質并非實物，但是依然具有和普通物體一樣的共通屬性.（2）運動觀——“世界上一切的物質都處于相對運動或相對靜止之中，沒有絕對的靜止”.理解相對運動才能理解相對速度、位移等基本物理量的計算，才能真正學懂運動學和動力學.“運動”是一種現象，然而要形成一種觀念，不僅要對宏觀和微觀上的物理現象加以細心分析，而且還要時刻運用動力學的基本思想來指導自己的方法論，最終形成“沒有任何事物是靜止的孤立存在的”或者“事物都是相對的”這樣的辯證哲學觀點.（3）相互作用觀——當一部分物質對另一部分物質發生作用（直接接觸或通過場）時，必然要受到另一部分物質對它的反作用.自然界中物質之間的相互作用可歸納為：強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用以及萬有引力相互作用.（4）能量觀——能量，乃物理學中描寫一個系統或一個過程的一個量，就是使物體動或變的力所做的功.能既不會無中生有，也不會自行消失，而只可由一種形態變成另一種形態，即宇宙中的總能量保持不變.我們應當培養學生能量守恒的觀念，從而讓學生真正懂得珍惜能源，生成節約意識，增強循環利用意識等價值觀.

這些基本觀念是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎，是深入認識物質的性質和運動規律以及形成更高層次物理學科觀念（如時空觀、量子觀、統計觀、對稱觀……等等）的前提和基礎.隨著學習者知識經驗的豐富和認知水平的提高，他們對物理科學的認識也不斷深化，因此形成的物理學科觀念也是在不斷豐富發展的.同時，物理基本觀念從學科的角度論證了辯證唯物主義關于物質世界存在、發展、變化的哲學判斷，豐富并加深了中學生對物質世界的認識，有利于培養學生科學的世界觀和方法論.

2.3 物理知識與物理觀念的關系

物理基本觀念的形成既不可能是空中樓閣，也不可能通過大量物理知識自發形成，這需要學生在積極主動的探究活動中，深刻理解和掌握有關的物理知識和核心概念，在對知識的理解、應用中不斷反思概括提煉而成.學生物理基本觀念的形成需要兩方面的有機結合：一方面，從形成基本觀念所需要的素材來看，必須有合適的、能有效形成物理基本觀念的核心概念，以及能形成這些概念的典型的物理具體知識；另一方面，從基本觀念形成的過程來看，必須充分調動學生思維的積極性，使學生在積極主動的探究活動中，深刻理解相關的物理知識和核心概念，并通過在具體情境中的遷移應用，不斷提高學生頭腦中知識的整體性和概括性水平.我們可以用圖2表示物理基本觀念與核心概念、具體知識間的關系.

圖2 物理基本觀念與核心概念、具體知識間的關系

物理基本觀念來源于具體物理知識，又不同于具體物理知識，它是具體物理知識在學生頭腦中的提煉與升華.中學物理課程中的核心概念及其所涵蓋的具體知識充實、發展著物理基本觀念的內涵，它們是形成物理基本觀念的基礎和源泉.可以說，沒有具體物理知識的深入學習就不會有物理基本觀念的形成，物理基本觀念借助于具體的物理知識由淺入深地揭示出來，是具體物理知識提煉升華的產物；同時物理基本觀念對物理知識具有自上而下的引領作用，它賦予具體知識一定的能動性和靈活性，若缺乏物理基本觀念的引領，物理知識就難以發生有效的遷移和應用，二者之間是相互依存、相互促進的.物理基本觀念具有獵攝范圍廣、概括程度高的特征，它決定著學生對物理知識的深入理解和靈活應用，對學生的終生學習和發展將發揮重要的作用.將物理觀念作為物理核心素養的第一個要素，是對物理知識目標進行的整合和提升，要求學生不僅要理解和掌握物理知識，而且要將所學習的大量具體知識圍繞學科核心概念整合內化，在此基礎上形成對物質世界的整體認識，即形成物理觀念.

3 觀念建構教學的意義

觀念建構教學是指在物理觀念的引領下，使學生通過高水平的思維活動，深刻理解和掌握物理知識，并通過不斷的反思、概括和提升，促進物理基本觀念的形成.

3.1 觀念建構教學有利于促進教師教學方式的轉變

以物理學科核心素養的培養為出發點，需要教師改變傳統觀念，從過度關注“物理知識教授（內容）”轉變為更多關注“物理知識的學習（過程）”，關注學生學習的真實發生，讓學生站在學習的中心，親身經歷學習的過程，感悟學習的方法，教師成為學生學習的引領者.清華大學宋心琦教授曾精辟地指出，學生能牢固地、準確地，哪怕是定性地建立起來基本的物理觀念，應當是中學物理教學的第一目標.因此，中學物理教學應該從知識為本轉向觀念建構，那么，又該如何進行“觀念建構”的教學呢？對核心概念下的“主題核心概念”、“重要概念”和“基礎概念”教學序列進行合理規劃.［3］通過“體驗”加“感知”才能將知識轉化為觀念，而“體驗”加“感悟”最好的載體便是精彩紛呈的演示實驗、學生實驗和課外實驗等.這樣的教學學生主動性強、參與度高、合作性強，對概念建立、規律理解更加深刻，是充滿生命活力的教學，是回歸物理科學本質的教學.

3.2 觀念建構教學有利于促進學生學習方式的轉變

物理知識以具體事實、概念和定理（或定律）的形式出現在教材中，它可通過教師講授、學生記憶的方式獲得.物理基本觀念是物理知識背后的思想和觀點，是對物理知識深層次的挖掘，它不可能通過淺層次的思維活動和單一的學習方式來獲得.物理基本觀念在沒有和學生的經驗、情感世界發生意義關聯之前，是作為物理知識體系的靈魂而存在的，是具體事實掩蓋下的物理科學關于物質世界的基本認識以及產生這些基本認識的思想方法和思維方式.這部分內容具有不思則無、思則深遠的特性，只有學習者本人親自經歷知識的探索、發現過程，對物理知識進行深入挖掘與開發才能展現出來，并在與老師、同學的交流討論中獲得日漸清晰的認識.因此在物理教學中實施“觀念建構”教學所帶來的最大變化就是學生學習方式的轉變，這種轉變是從根本上對傳統的以知識傳授為中心的教學模式下的接受性學習的超越.

3.3 觀念建構教學能增進學生對知識的深刻理解

相對于以知識傳授和記憶為中心的傳統教學而言，“觀念建構”教學能夠有效地激發學生深層的思維活動，增進對知識的深刻理解.這是因為物理基本觀念是以物理知識為載體而存在的物理學科關于物質世界運動規律的基本認識，它的形成是以對具體物理知識的深入理解和有效轉化知識，需要對學科領域中那些最具物理學科特征的概念、定理（或定律）做出反復的探究和思考，使自己的理解和思維達到高層次的抽象、概括水平，以實現從具體事實中獲得可遷移的概念性理解的目的.

3.4 觀念建構教學有利于促進學生將知識向能力的轉化

在教學實踐中不乏這樣的現象，學生對課程內容進行了深入細致的學習，在課堂練習或單元測試中也能做到游刃有余，但是在現實生活中遇到與物理學有關的問題和現象時往往一籌莫展，不知如何把所學知識運用于新的問題情境.這說明，單純的知識教學和習題訓練只是讓學生掌握了一些具體的事實，只能在物理課堂上產生淺層次的知識應用意識，學生一旦離開物理課堂，就缺少用物理思維去認識問題、解決問題的意識和能力.從根本說，正是由于學生頭腦中物理基本概念的缺失，導致了知識與能力間的脫節.物理基本觀念的構建相當于為學生打開了一扇智慧之窗，基本觀念與具體知識的廣泛聯系，無疑極大地增強了知識的應用空間.

課程改革已進入核心素養話語主導的時代，學會學習已經是各國家地區、各國際組織普遍關注的關鍵性的核心素養，在新的教育改革浪潮下，我們要對自己的教育觀念來一次轉型升級，在物理教學中實施觀念建構教學，培養學生的物理核心素養.

1 中華人民共和國國務院.全民科學素質行動計劃綱要（2006—2010—2020年）［EB／OL］.http：／www.gov.cn／jrzg／2006－03／20／content－231610.htm.

2 林欽，陳峰，宋靜.關于核心素養導向的中學物理教學的思考［J］.課程·教材·教法，2015（12）：90－95.

3 周棟梁，時春華.基于主題核心概念的高中物理教材重構實踐與思考［J］.物理教師，2016（11）：6－11.

2017－03－26）