“非主流”物理課程教育功能的深層開發與實踐

居津

摘 要：通過對高中物理課程中不太受重視或普遍認為比較“難上”的“非主流”課程的實踐，以“電子的發現”一節為例，嘗試對此類課程教育功能進行闡述.擬更好地利用這些課程更新教師的教育觀念，推動人才培養，發展學生的學科核心素養.

關鍵詞：“非主流”物理課程;教育功能

文章編號：1008-4134（2019）19-0022中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

基礎教育課程是深化普通高中課程改革的重要環節，直接關系著育人質量的提升.無論是現行的高中物理教材還是即將發行使用的新教材，教材編寫組在教學內容的編排選取上都有周詳的考慮.在平時的物理教學過程中，大部分教師更注重較難或考試相對涉及較多的教學知識的傳授，對這些教學內容會進行反復研究，而對于教材中的一些考試涉及較少，或只需要識記的“非主流”課程相對輕視.筆者將現行高中物理教材中這些“非主流”課程做了簡單整理，詳見表1.

如何更好地利用這些“非主流”課程來貫徹黨的教育方針和教育思想，更新教師教育觀念，推動培養人才模式，發展學生核心素養，促進學生形成正確的世界觀、人生觀和價值觀也是廣大物理教師當今需要研究的課題之一.筆者從這些“非主流”課程的課堂實踐，以“電子的發現”這節課為例，嘗試進一步開發這些“非主流”課程的教育價值和功能.

1 物理學史的培育功能

1.1 科學興趣的激發，科學精神的滲透

物理學家愛因斯坦曾說過“人類的一切經驗和感受，以神秘感最為奇妙”.以好奇心驅使的科學興趣，是科學家們探究科學奧秘的動力之源.從科學教育層面而言，物理學作為重要的科學課程，激發學生的好奇心和興趣無疑是重要目標之一.而科學興趣的激發方法有很多，通過物理學史，講述科學家們發現過程、研究過程也是培養學生科學興趣的有效手段之一.一方面，對于學生而言，“電子”的概念并不是這個時代發生的事，而是像牛頓運動定律一樣，完全是件過去的事，鑒于這個原因，給學生介紹這個歷史概況也是非常有必要的;另一方面，“電子”的概念對于學生并不陌生，教材在第十八章第一節安排了“電子的發現”這部分內容，目的在于讓學生了解科學家們發現電子的科學探究過程，講述“電子”概念的由來，由此激發學生的科學興趣和探索興趣.

縱觀電子發現過程，科學家們嚴謹認真的科學態度、執著堅持的科學精神揭示了科學本質的擔當.科學認識發展的歷史，實則就是一部創新的歷史.電子發現的學習過程，可以讓學生進一步形成既堅持實事求是，又能修正錯誤的科學態度，理解科學的本質，強化自身的社會責任感.

1.2 科學研究一般方法的了解

在科學研究中，科學家們通過對實驗事實的分析，提出模型或假說，這些模型或假說又在實踐中接受檢驗，正確的被肯定，經不起檢驗的被否定，在新的基礎上再提出新的學說.科學結論、人類對自然科學的認識并不是一蹴而就的，而是在挫折中不斷總結、實踐逐步建立起來的，“電子的發現”過程，乃至對整個原子結構的認識，將生動地體現科學發展的這種過程，我們有必要讓學生認識、了解科學研究的一般方法.教材給出“電子的發現”邏輯線索如圖1所示.

2 物理實驗的科學引導功能

眾所周知，物理學科離不開實驗.實驗是產生問題猜想的源泉之一，也是探究問題的主要措施之一，還是證明結論的根本依據之一.從上文的闡述不難發現，實驗貫穿整個電子的發現過程.在本節的物理教學過程中應充分重視物理實驗的科學引導功能.

2.1 養成實驗觀察習慣

觀察是人類認識自然的入門，而觀察與實驗結合則是科學誕生的基礎.科學史上記載了無數科學家為探索真理而長期不斷觀察的感人事跡.在“電子的發現”過程中，為了探究陰極射線的本質，湯姆孫仔細觀察分析了赫茲實驗（如圖2），發現赫茲實驗中未觀察到陰極射線在電場中未發生偏轉可能是真空管真空度不高的原因，故湯姆孫改進了佩蘭的實驗，重做了赫茲實驗，終于觀察到陰極射線在電場中的偏轉現象，從而得到了陰極射線是帶負電微粒的結論.

2.2 基于實驗的探究推理

電子的發現過程本身就是猜想建模、科學推理、科學論證、不斷質疑修正創新的過程.湯姆孫為了探究陰極射線的本質，做了很多實驗，目的即在于判斷陰極射線是否帶電.如果帶電，還要進一步測出其比荷.他的實驗探究推理過程大致如圖3所示.

3 物理學科能力發展的指引功能

物理教學若僅以知識線索展開，就會導致教學設計聚焦于知識，僅僅專注于學生獲得知識，而忽視物理課程對學生物理學科能力發展的培養.培養和發展學生的物理學科能力，將物理學科核心素養落實到教學實踐中是物理教學的重要目標.北京師范大學物理系教授博士生導師郭玉英在“基于學生核心素養的物理學科能力研究”中指出：物理學科能力主要可以分為學習理解、應用實踐、遷移創新三個方面，高中物理諸多課題中，“電子的發現”這節教學內容是可以將物理學科能力三個方面都落實于物理課堂的課題之一.

3.1 學習理解能力的深化

教學改革的核心切入點是基于主題教學打通知識到素養的通道，大部分學生對于物理知識的單純識記表現良好，但是要讓學生形成和發展物質觀、運動和相互作用觀、能量觀這些物理觀念，需要通過物理概念、物理規律等內容的學習理解能力進一步深化才能逐步形成.引導學生從認識角度建立知識經驗結構，形成網絡框架系統化，逐步提高學生理解能力，概括關聯能力，將知識意義化，是提高學生學習理解能力的重要方面.“電子的發現”這節課就從“存在陰極射線”開始，讓學生追隨著科學家們的腳步，用物理學的視角體會當時科學家首先是觀察自然界中有這種現象，再通過實驗推理，科學論證逐步形成“陰極射線是電子”的物質觀，進而達到“電子是原子的組成部分，原子并非物質組成的最小結構”這一系統的物理知識關聯.整個電子的發現過程到探究原子的結構、原子核的結構是物理知識從局部到系統的發展過程，是學生學習理解、概括聯系的深化過程，更是物理觀念在頭腦中的提煉和升華過程.

3.2 應用實踐能力的強化

隨著學生年齡的增加、年級的升高，學生的應用實踐能力會有所發展，但是學生的這方面能力并不是隨著所學知識的增加而自行增長與發展起來的，應用實踐能力不僅需要學生具備相應的物理知識，還需要具備應用物理模型進行科學推理和論證的能力.“電子的發現”過程中，核心是進行科學推理、科學論證.科學家佩蘭和赫茲分別提出了自己對陰極射線的猜想，并嘗試進行各種應用和實踐來證明自己的猜想.湯姆孫通過不斷的實踐，分析赫茲實驗存在的問題，改進佩蘭的實驗裝置，利用陰極射線管加電場和磁場進行推理和實驗論證，最后得到電子是原子組成部分的本質.整個發現過程就是應用知識進行實踐的過程，也是將知識進行功能化的過程，“電子發現”認識思路的形成，將知識程序化，帶領學生學習本節內容，可以強化學生應用實踐的意識，明確物理知識的學習更需要實踐的檢驗.

3.3 質疑創新能力的素養化

質疑創新能力是學生能力發展的最薄弱環節，也是教學過程中最應引起重視的環節，國內大部分學生都非常欠缺在真實、新穎的情境中解決問題的能力，這與我國注重培養創新性人才還有較大的差距.

新課程標準給出了質疑創新的五個層次水平要求，見表2.

從上述水平劃分要求不難看出，要讓學生質疑創新能力有所提高包括兩方面的內容：第一，學生對所習得的物理知識已經到了充分理解并融會貫通的層次;第二，能對已有的方案進行深入分析，發現問題并提出質疑.從湯姆孫發現電子的過程，學生不難體會到質疑的重要性，湯姆孫對赫茲的觀點提出了有依據的質疑，并對佩蘭的實驗進行創新，解決了現實的物理問題，提出了自己的見解和觀點.本節課設計讓學生利用磁鐵使陰極射線發生偏轉，從而引發他們的質疑精神，進一步實現認知方式的自主化，知識經驗的系統化，將所學的物理知識真正素質化，不斷增強學生質疑創新的意識，從而進一步激發培訓學生的質疑創新能力.

當前，我國的中學物理課程改革已經進入了一個新的階段，如何更好地落實“培養和發展學生核心素養”為總目標的教育改革，是所有物理人研究的課題.

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（收稿日期：2019-07-17）