好奇·求實·創新
——劉炳昇物理教育思想對核心素養培育的啟示

申 潔

(蘇州市振華中學，江蘇 蘇州 215021)

劉炳昇教授長期從事物理實驗和物理教學研究,是我國物理課程改革發展進程中物理實驗教育的領航者．他身體力行,深入探索中學物理教育實踐,幾十年如一日孜孜不倦,矢志不移,在物理實驗教學研究方面享有極高的造詣及聲望,形成了具有鮮明實驗教學特質的物理教育思想,為推動我國基礎教育物理課程改革做出了卓越貢獻．本文基于文獻研究,結合筆者多年教學實踐案例,闡述劉炳昇物理教育思想對核心素養培育的啟示,意在促進物理教師的專業成長和物理實驗教學研究的深入開展．

1 劉炳昇物理教育思想

劉炳昇教授早年師從我國著名物理教育家朱正元先生,朱先生一貫重視物理實驗,并親身示范,影響后輩,其實驗教育思想言簡意賅,耳熟能詳．倡導“物理、物理,要以物論理,以物說理”“千言萬語說不清,一看實驗就分明”“壇壇罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗”．[1]劉教授繼承并發揚了朱正元先生的物理實驗教育思想,在長期的物理實驗教育研究過程中形成了實驗教育的核心主張,其物理實驗教育思想主要體現在:加強實驗是我國理科教學的歷來主張;實驗體現了自然科學的重要特點,是科學探究的重要思想和方法;實驗素養(思想、觀念、方法與技能)是科學素養形成、發展的基礎和組成部分．[2]

劉炳昇教授實驗研究的指導思想是力求體現“真實美和簡單美”,他希望讓學生感受真實的自然現象和實驗現象的美感．他從培養人的角度研究實驗的價值,認為培養創新人才需要讓學生通過實驗學習探索的思想和方法,教學中所創設的情景要符合學生的特點．主張物理教學要用最平常的內容,引導學生獲得不平常的發現．他指出,好奇是與生俱來的,但不可能自然而然地保持和發展;好奇心在一定條件下可以轉化為求知欲,進而發展為對科學的興趣,由此形成的動機是一種內部的驅動力．[2]

為體現自己倡導的“應用實驗激發學生的好奇心和求知欲”“運用小型實驗進行科學探究訓練”的教育思想,1993年劉教授編著了《高中物理課外實驗》一書,2000年與他人合著《中學物理實驗教學與自制教具》一書,書中列舉數以百計的教具設計和實驗案例,從課外觀察、家庭小實驗、課外綜合實驗、研究與探索、設計與創造等方面進行展示和介紹,彰顯“小實驗·大智慧”的物理實驗思想精粹,提出了物理實驗開發與設計的6個基本觀點:(1)挖掘興趣因素,激發學習動機;(2)提高感知效果,培養觀察能力;(3)突出本質因素,建立科學圖景;(4)聯系生活實際,向相關學科滲透;(5)加強小實驗,增加學生動手動腦機會;(6)加強探索性實驗,培養創造能力．[3]

綜上所述,物理實驗教育的觀點和主張是劉炳昇物理教育思想的核心．

2 劉炳昇物理教育思想對核心素養培育的啟示

當下物理教育關注的主題是物理學科核心素養培育,實施核心素養培育的目的是要解決培養什么樣的人、怎樣培養人的問題．從劉炳昇物理教育思想中汲取豐厚營養,確立科學的物理教育觀,深化物理實驗教育研究,對于物理學科核心素養培育極具現實意義,對于建設具有時代特征,本土特色的物理課程和物理實驗教學體系有著深遠的影響．

物理核心素養,是指學生在接受物理教育過程中,逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特征的品質．學生在經歷物理學習后,應該具備良好的思維品質、掌握科學探究的基本方法、形成正確的物理觀念、科學態度與責任．從初中學生能力發展需要及學習進階角度考慮,初中物理核心素養由“概括理解”“實驗探究”“實踐運用”和“求實創新”4個方面構成．

筆者認為,“激發好奇心與求知欲”“加強實驗探究,培養創造能力”“聯系生活實際,向相關學科滲透”是劉炳昇實驗教育思想的濃縮,與初中物理核心素養“概括理解”“實驗探究”“實踐運用”和“求實創新”高度吻合,不僅具有物理教育改革指南針的意義,更富有現實性、針對性,未來性的教育價值,對于當下的物理學科核心素養培育有著深刻的啟示．

2.1 關注物理實驗的啟蒙性影響

啟蒙是指給人啟發和啟示,使初學者得到基本的、入門的知識．[4]啟蒙的意義在于開啟智慧,運用理性,實質并不是為了給予知識和傳授真理,而是啟發人們思考,提高人們的自由思辨能力,以獲得思維的創新和思想的升華．

處于生理及心理成長期的中學生,對外界新事物比較敏感,好奇心強,在接觸物理科學之前,他們在日常生活中已經積累形成了許多關于客觀物質世界的經驗性認知,但對物理科學缺乏本質的理解,對物理實驗的認識是有限的．物理實驗教育的意義在于能夠使學生在物理科學知識學習和科學思維發展的萌芽階段,激發其科學探究的興趣與學習的內在動力,對其科學態度及科學價值觀形成產生啟蒙性影響．[5]

劉炳昇教授認為“采用新穎的、生動的、驚險的和富有懸念的實驗有利于學生萌發熱愛物理學的情感,激發學習動機,產生旺盛的求知欲．”[6]他倡導教師應用生活化的非常規實驗資源做一些生動的演示實驗,或為學生提供趣味性的探究活動．基于劉教授的實驗思想,筆者在教學實踐中積極探索,設計和演示的相關實驗取得了良好的實驗教學效果．

案例1：花瓶是透鏡.

這是一個側面凹凸形狀的玻璃花瓶,裝上水后能使花朵放大或縮?。畬W生在課堂上觀察到這個花瓶呈現的有趣現象時,很好奇,但不明白為什么花瓶會有這樣的特別效果(如圖1)．這是因為花瓶里放入水后,從側面透過這個花瓶的凹凸部分去觀察花朵,形成了凹透鏡和凸透鏡效應,即凸出部分相當于凸透鏡,透過這部分可以觀察到放大的像,凹進去部分相當于凹透鏡,透過這部分觀察到的就是縮小的像了．

圖1

在觀察了花瓶的新奇效應和引發學生產生問題解決的興趣后,提供給學生各種透鏡,讓他們在解決問題的任務驅動過程中探究相關問題．不僅活躍了課堂探究氣氛,引發了深度思維,而且對于深入認識透鏡作用和性質,進行實際應用問題的解釋,獲得了知識遷移和能力提升的學習進階效應．

花瓶是在地攤上淘來的,作為實驗教學資源,利用它很好地創設了實驗教學情境．“花瓶是透鏡”,不僅激發了學生探究學習的興趣和潛在的學習動力,更有意義的是發揮了實驗對學生認知沖突產生的啟蒙性影響,給學生以科學學習觀的引領——物理就在我們身邊．

如果說中學物理教育的整個階段是中學生從具體到抽象的思維完善過渡期,是從經驗向理論提升的發展期,那么物理實驗對學生物理學科核心素養發展的啟蒙性影響是不言而喻的．

2.2 尊重物理實驗的實證性意義

物理實驗是物理學發展的基礎,是檢驗物理學理論的重要手段,只有通過實驗,才能驗證推理的正確性．現代實驗技術發展,不斷地揭示和發現各種新的物理現象,日益加深人們對客觀世界規律的正確認識,從而推動物理學向前發展．

物理實驗的“實證性”體現在:(1)提出對某個問題或現象的假說;(2)設計具體的實驗并觀察現象來檢驗假說;(3)當實驗和觀察結果與假說相吻合時,這個假說就成為一個結論或規律,也可以認為完成了一個科學探究過程．最早使用實證方法進行科學研究的科學家是伽利略,他運用設計好的物理實驗解決了自由落體問題．物理教科書里的物理學理論幾乎全部來自實證方法．

劉炳昇教授認為,“任何科學成果都應當是可重復的,并最終能接受實踐的檢驗．檢驗的證據來自于在自然或實驗室環境中對現象的觀察和測量．”[6]實驗對培養學生的實踐意識有著不可替代的作用,這是因為,實驗可簡化、純化、強化、加速或延緩、重復與再現物理過程,具有發現規律和檢驗假說的功能．上述觀點對筆者的最大啟示是,有些現象必須讓學生獲得“眼見為實”的感性體驗,再由此上升到科學的理性認識．應用實驗證實和解決一些問題,在教學實踐中是必須的．

案例2：瓶子倒吸雞蛋.

筆者在一個課堂教學設計中看到這樣一個實驗設計,“將一個試管中裝點熱水涮一涮,倒盡試管中的水,迅速將剝了皮的鵪鶉蛋堵住試管口,鵪鶉蛋被吸入試管內”(如圖2甲)．

圖2

在這之前的課堂教學實驗中,筆者曾給學生做過的瓶吞雞蛋實驗僅限于雞蛋從瓶口上方進入(如圖2乙)．由上述的鵪鶉蛋被吸入試管聯想到能否設計實驗,讓雞蛋從瓶口下方進入瓶內,因此,在一個三角燒瓶中裝入熱水后隨即將水全部倒出,迅速將剝了皮的雞蛋放在三角燒瓶的瓶口,可觀察到雞蛋從下方瓶口慢慢被吸入瓶內(如圖2丙)．學生第一次見到這個實驗,以為雞蛋會掉下來,但是,原有的認知被顛覆了,“眼見為實”,實驗現象讓學生見證了“大氣壓”的“魔力”所在．

設計這樣的實驗,教學意義就在于“證實”,即通過實驗說明雞蛋可以從下方被吸入瓶內,雖然原理不難,但學生原來沒有經驗性依據積累和現成知識儲備,教學的關鍵是通過實驗進行“舉證”——“實證”,去講清楚現象及原理,激發學生的理性思考,喚起問題探究的內在動力．

物理實驗不僅是為了證實假說,發現所未知的事實,重要的是以此為依據,體現實事求是．自然界的奧秘是由科學實驗不斷揭示的,科學實驗的實證性永遠不會終結．基于上述,筆者認為,在劉炳昇教授物理實驗教育思想的指引下,關注物理實驗的實證性是物理教育的必然選擇與應然行為．

2.3 彰顯物理實驗的創新性價值

物理實驗中蘊含著深厚的創造性元素,能夠啟發人們從認識層面打破常規、尋求變異、探索多種解決問題的新方法與新思維．物理實驗的探究性、直觀性、實踐性、多樣性與變異性賦予了物理教育豐富的創新空間,有利于培養學生的創新意識、創新精神與創新能力,使其成為創造型的優秀人才.

劉炳昇教授經歷長期實驗教育研究,凝煉形成的實驗教育思想內涵極為豐富,“小實驗,大智慧”是其實驗思想的精粹．劉教授倡導用玩具設計實驗,指出“非常規物理實驗”有助于創設源于生活的真實探究情境,幫助學生變換思維方式、注重知識的遷移和激勵創新意識,為學生經歷科學探究過程創造條件．他設計的許多小實驗給一線物理教師產生了示范與引領性的影響,如“蠟燭翹翹板”、“透過水杯看模特泥娃”、“水中燃燒的蠟燭”等,這些實驗非常有趣,并且富有思考性．作為實驗教學資源為學生提供了探索活動的生動載體,讓學生通過實踐和體驗,學習科學探究的方法,在觀察基礎上提出假設,在交流討論中揭示矛盾,再深入實踐尋找新模型,直到有滿意解釋為止,這對培養學生的創造力是大有可為的．[7]

筆者在長期教學過程中努力踐行劉炳昇教授的實驗教育思想,從實驗的觀念、內容、方法上積極創新,對教材上的一些實驗進行創新性設計與開發,讓課堂教學靈動有趣,生成精彩,為學生物理課程的學習設置進階路徑,促進學生科學思維螺旋上升,真正實現培養學學科核心素養與關鍵能力的教育目標．

案例3：升降式直升機原理演示模型.

升降式直升機原理演示模型基于教材中“力的作用是相互的”教學內容,以直升機原理解釋為目的,意在解決課堂教學中使用玩具直升機模型進行演示時不容易操作、模型容易損壞存在的弊端,實現“直觀真實、生動有趣、有效應用”的教學目標．

升降式直升機原理演示模型(圖3甲),通過開關電源(圖3乙),利用直流調壓控制器給直流電動機供電,電動機高速轉動帶動螺旋槳旋翼轉動,使得旋翼上下方的空氣流動產生向上的流體壓強差,旋翼沿豎直滑軌上升,反之沿滑軌下降,當達到二力平衡時,直升機模型能在滑軌的某個位置保持旋停狀態．該模型不僅實現了教學演示的理想目標,也發揮了教具創新設計對教學實驗研究的推動作用．該教具在“2017年全國中學物理實驗創新展評活動”中獲一等獎,得到了專家和同行的好評．

圖3

3 結語

法國教育家盧梭說過,“問題不在于教他各種學問,而在于培養他有愛好學問的興趣,而且在這種興趣充分增長起來的時候,教他以研究學問的方法．毫無疑問,這是所有一切良好教育的一個基本原則．”劉炳昇教授物理教育思想正是這種良好教育的寫照,也是一線物理教師在教學過程中,有效實施培養學生學科核心素養,需要認真研究和努力踐行的理念與方法．