在哲學視域下領會物理學科核心素養

李 銀

(石家莊市第二中學，河北 石家莊 05000)

馬克思主義哲學是中國各級各類學校教育的通識課，其對各行各業的廣泛指導意義早已成為共識，往大了看它是幾代國家領導集體治國理政的看家本領，往小了說它是個人“三觀”建設的引路明燈。習近平在北京大學師生座談會上說：“要樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，掌握了這把總鑰匙，再來看看社會萬象、人生歷程，一切是非、正誤、主次，一切真假、善惡、美丑，自然就洞若觀火、清澈明了，自然就能做出正確判斷、做出正確選擇?！盵1]

圖1 核心素養

發展核心素養，主要指學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。具體內容落實為三大層面下分成六大素養再涵蓋十八個基本要點，常用同心圓形式表述如圖1所示。[2]從《中國學生發展核心素養》發布以來，各種公開發表的文章用汗牛充棟形容也不過分，但是一直沒見到馬克思主義哲學視域下的解讀。

1 核心素養的體系建構是馬克思主義哲學指導教育實踐結出的碩果

從馬哲原理出發，辯證唯物主義指導建設世界觀，歷史唯物主義指導建設人生觀和價值觀。自主發展即構建人生觀，健康的人生才有機會發展，文化基礎即構建世界觀，豐富的文化積累才有機會廣泛的社會參與，社會參與即構建價值觀，人不是孤立的個體，歷史唯物主義告訴我們生命的價值一定要在融入社會中才能體現。核心素養不是概念堆砌，而是相互關聯的有機體，是指導人們構建生存之道，發展之道，并走向幸福之道的國家意志。[3]核心素養三方面的辯證關系也就自然地和世界觀、人生觀、價值觀的辯證關系相契合，聯合起來就是構建人與自己，人與自然，人與社會的科學發展觀，和中國先哲的表述也一致，簡化為表1所示。

表1

林崇德教授在“構建中國化的學生發展核心素養”文中提到：“堅持以馬克思主義為指導，是中國學生發展核心素養區別于其他國際組織和國家核心素養研究成果的根本標志，必須旗幟鮮明地加以堅持?！盵2]依托哲學原理，三維目標可以解讀成，人類已經認知到的成果，獲取成果積累的思維方法、技術方法，認知歷史的精神感悟即情感態度和價值觀。正因此所有學科都可以在三維目標體系下構建本學科教學目標。三維目標向學科素養發展，是目標變得更具體了而不是更復雜了，也不是更深奧了，各學科素養為總目標服務，是子集和全集的關系。

2 物理學科素養是辯證唯物主義在教育實踐中的具體化

核心素養總綱用科學精神表達科學素養，容易引起局部代表整體的誤解，比較而言各學科核心素養內涵完整，彌補了這點不足。物理學科核心素養[4]常見四象限表述形式見表2。

表2

物理學和哲學是天生的近親，牛頓的《自然哲學之數學原理》就是橫跨科學史和人類文明史的巨著。物理學的進展不斷地給哲學提供例證，哲學經常給物理學指出前進的方向。例如，“動電生磁，動磁生電”是一個哲學思考，如果法拉第及時意識到這一點也許用不了十年就能發現電磁感應現象，歷史唯物主義告訴我們先驅不受責備，不管怎樣，法拉第依舊是偉大的哲學家，他的哲學思想深深地影響著后世物理學家。楊振寧先生在“麥克斯韋方程和規范理論的概念起源”[5]一文中，用麥克斯韋給法拉第的悼詞做了結尾——“法拉第使用假想力線的方法來解釋電磁感應，說明他實際上是一位具有高度智慧的數學家”；“從歐幾里得的直線到法拉第的力線，這一切說明了動態和幾何的思維不斷推動科學的發展與進步”；“以今天收集到的科學證據為基礎，也許下一位如法拉第般偉大的哲學家能發展出全新的科學，而我們今天很可能對此一無所知”。而麥克斯韋自己正是他預見的繼牛頓之后偉大的哲學家，楊振寧先生則是踩在麥克斯韋肩上的又一代科學巨擘。

在哲學原理視域下，物理觀念就是別人研究清楚了的世界是什么樣子，世界是物質的，物質是運動的，運動不是孤立的，物質是相互作用的，作用是矛盾統一的，認知學把這個叫認知結果，這是辯證唯物主義的唯物論。如何獲取認知結果就要調動兩個工具，一個是思維，一個是實踐，實踐是獲取直接經驗，思維是利用間接經驗，科學思維就是獲取物理觀念的非物質方法，科學探究就是獲取物理觀念的物質手段，兩者互為支撐，這是辯證唯物主義的認識論和方法論?？茖W態度與責任是人和自己、人和社會、人和自然的相處規則，是人生觀和價值觀的體現。簡化成表3。

表3

物理核心素養的四個方面相輔相成，不能看成獨立的四個象限。初級思維和粗陋技術只能探究初步的物理觀念，如中學物理探究胡克定律。高階科學思維和先進探究技術求得前沿物理觀念，如貴州“天眼”。在物理學發展中，實驗物理、理論物理、應用物理就是一個相互促進的關系。科學態度是科學家在科學事業的進程中表現出來的對人、對事、對國家、對人類的情感，正所謂能力越大責任越大。我們看到科學界那些時代楷模無不是把個人的命運和國家民族的前途連在一起，他們鍥而不舍、淡泊名利、包容開放、伸張正義，其人格力量和科學成就相得益彰。原子彈之父奧本海默在聯合國大會上脫口而出:“總統先生,我的雙手沾滿了鮮血。”楊振寧先生關于“反對中國今天開始建造超大對撞機”[7]給出七條理由，體現了大科學家的態度和責任。

突出核心素養目標，以“速度”教學為例：運動的世界是有快慢的，快慢是可描述的，這就是物理觀念。描述快慢用到比值定義法、矢量運算法、函數求導法這就是科學思維。如何感知速度、測量速度，這就是科學探究。有的場合需要高速度，如高速公路，高鐵，飛機，真空隧道，有的場合需要低速度，如高速攝影，激光致冷，有的場合需要遵守規則，如開車要有限速不超速的，這些價值觀層面的東西就從屬于科學態度與責任。

3 和認知學相關的各種研究最終概括都是認識論

有了理解核心素養的哲學框架，再來構建教學內容就變得容易了。北京大學物理學院穆良柱老師制作了物理學ETA認知模型[8]，全部物理的觀念、思維、探究問題都可以在這個模型中找到位置參見表4。

物理觀念是人類積累的對自然認知的成果，它同時具有發展性和相對穩定性，個體認知的發展和人類認知積累在大的進程上有相似性，辯證唯物主義把這個稱作“邏輯與歷史的統一性”，經典的比喻是胚胎的發育和動物的進化。小的進程上往往差異巨大，文明是進步的，道路是曲折的。在科學史上，因為無知而無畏進而導致無謂犧牲的例子比比皆是，明朝的萬戶因為火箭飛天而獻出生命，貝克勒爾被他鐘愛的放射性物質奪去了生命。學生的物理觀念進階是物理學進化的濃縮版，既然是進化就不會橫空出世，它遵循從實踐到認識，從感性認識到理性認識的循環，在循環中更新提高。在教育學領域，從建構主義教學論到學習進階理論[9]都不外乎是辯證唯物主義認識論的應用。表5是筆者參照文獻[8]、[9]、[10]整理的學習進階理論與ETA認知模型舉例。

表4

月亮繞著地球轉，地球繞著太陽轉，看上去太陽月亮大小差不多，實際上差距巨大，這些都是前人觀察計算的結果是當下的物理觀念。如何得到這些觀念，那就要動用足夠的觀測記錄(第谷的數據)，構建研究數據間可能存在的規律，形成定量化數學結果(開普勒三定律)，猜想規律的深層奧密形成理論假說，合理外推假說滿足更多事實，(牛頓萬有引力定律)，經歷后人證偽，不能解釋水星進動，理論繼續演化(愛因斯坦廣義相對論)。這些是理論物理和實驗物理的協同發展，用核心素養說就是科學思維和科學探究的協同推動人類物理觀念的進化。隨著科學的發展，人類得以把沒用的學問逐漸演化成有用的學問，太空冶煉、太空育種、衛星導航，航天事業已經改變了人類的生活方式。這一過程中科學家們表現出對科學的摯愛迷戀都是情感世界的高階表現。在科學家個人世界，從興趣走向責任，從責任走向使命，科學家個人的事業沖上巔峰名垂青史，是他們個人的高度也成就了人類的夢想，點石成金、長命百歲、跨越時空、嫦娥飛天……

“ETA模型”本來不是專門給教學論寫的，按學科歸類當屬自然辯證法領域，但它就是一篇實實在在的教學論文章，不僅對物理，對其他學科同樣適用，因為這完全是馬哲原理認識論的物理版。

“ETA模型”前四項直接構成物理概念課的教學結構，例如：加速度、電場強度。

“ETA模型”前七項直接構成物理規律課的教學結構，例如：動量守恒定律、法拉第電磁感應定律。

“ETA模型”后四項直接構成專題習題課的教學結構，例如：中國高鐵、中國橋梁。

雖然物理科核心素養是學生總體核心素養的子集，但依舊宏大，教學實踐中絕大多數不存在一課時是一單元的分形結構，但是一單元往往可以構成一個學科的分形結構。一課時有時只能完成“ETA模型”11步進程中的一步，所以教學實踐中構建單元備課是必然的選擇，不能試圖每節課都能四維核心素養齊抓共管，有則列出，無則不強求。比如高中物理《電磁感應》第一節“劃時代的發現”[10：2-5]，這節課是一段科學故事，講述了磁生電的發現歷程和法拉第其人。從物理核心素養切入，涉及科學思維(動電生磁到動磁生電的類比)，科學探究(歷時十年的五類磁生電實驗)，物理觀念(能量是守恒的，有去向必有來源)，科學態度和責任(法拉第的學品、人品都堪稱楷模)，看上去很齊全，實際上觀念沒在本節形成，思維只是聽說，探究啥也沒做，實打實的只有科學態度與責任得到了熏陶。這也是一篇人文閱讀，因為物理學史是人類文明史的重要組成部分，從歷史科核心素養角度構建這節教學也很合理，歷史學科核心素養五個方面：唯物史觀、時空觀念、史料實證、歷史解釋、家國情懷。[11]科拉頓的實驗失敗了， 是“跑”失良機還是“獨”失良機還是“技”失良機？都有，那就是“史”失良機。法拉第的實驗成功了，是“哲”來良機還是“信”來良機還是“勤”來良機？都有，那就是“史”有良機。

表5

有了哲學統領，核心素養不再生澀，教學設計有的放矢，上至做頂層設計的專家下至具體實踐的教師都有了共同的話語體系，不同學科核心素養之間可以相互借鑒，同一學科的不同學段之間更是一脈相承。筆者個人認為大中物理教學銜接的關系中大學是甲方，中學是乙方，中學應該關心大學需要把學生培養成什么樣子再深造，中學老師應多向大學老師們取經。