論物理學科的育人價值

馬亞鵬

(1. 銀川市第九中學，寧夏 銀川 750011; 2. 寧夏大學物理與電氣工程學院，寧夏 銀川 750021)

作為物理教師,我們時常會被一些重要而基本的問題所困擾,其中“學生為什么要學物理”和“學生學習物理后可獲得哪些獨特的素養”這兩個問題最為關鍵,我們稱其為物理教育研究的終極之問．用學術的語言來表述,則是物理學科育人價值及其轉化的問題．核心素養時代的物理教學需要更加關注和深入挖掘物理學的育人價值．因此,對這一問題的回答既是教師教學觀念的反映,更是教師重要的專業能力．本文在追溯學科與教育關系的基礎上,從科學哲學的視角提出一個具體分析物理學科育人價值的分析框架,并結合物理課程內容具體分析之．

1 育人價值是學科的內稟屬性

從價值哲學的角度,價值是事物的屬性與人的需要之間的相依關系,通俗地講,價值是“好”或者“有用”的代名詞．所謂育人價值,實際上就是教育價值．據陳桂生教授考證,教育一詞的本義指“使人向善”,后轉義為“健全人格的完善”,20世紀后再次轉義為“社會性人格的完善”．[1]可見,教育本身就有“善好”的意義,只不過不同時代指代的具體內容不同,反映了對“培養什么人”的不同價值判斷．認識教育的上述內涵,有助于我們更為深刻地理解我國當代核心素養背景下“立德樹人”的教育價值導向．考慮到我國以分科課程為主的課程設計現狀,只有各學科獨特的育人價值得以實現,才可以說是將“立德樹人”根本任務落到了實處．在這里,首要的前提是重估各學科的育人價值．

歷史地來看,學科與價值是筋脈相連的．兩千多年前,古希臘哲學家蘇格拉底就通過“知識即美德”與“知識可教”邏輯必然地導出了“美德可教”的結論,可認為是討論知識育人價值的思想之源．近代教育學的奠基人赫爾巴特提出“教學的教育性”思想,進一步明確了學科知識的育人價值,即“不存在無教育的教學”．19世紀,英國功利主義教育家斯賓塞針對古典課程“阻礙、窒息兒童發展”的狀況,提出“什么知識最有價值”的問題,主張以“是否對實際生活、社會生活有用的角度,來確定各門學科及知識的相對價值”,[2]倡導選取最有用、最有價值的內容納入學科課程,為物理等學科的設置提供了依據．赫胥黎非常重視科學真理的教育價值,為科學教育在中等教育體系中爭取相應的地位．實用主義教育家杜威亦不否認上述觀點,他進一步指出真正有教育價值的知識是“活”的知識,即“個人在經驗中獲得和經過檢驗而獲得的知識”．[1]現代意義上的學科更是根據一定的教育價值觀和學生的身心發展特點從相應的科學中遴選出核心、主干知識而形成的．因此,學科的內容選擇與組織除了受制于科學的邏輯結構和相應年齡階段學生的發展特點外,還與相應的教育價值觀休戚相關．可以說,育人價值是學科的內稟屬性．

值得說明的是,很長一段時間以來,學科的育人價值被異化為“在學科知識之外附加一些思想政治教育的因素”,并被認為是學科教學中滲透了“德育”．這種觀點實際上是對學科育人價值的狹隘化和窄化．可見,對學科獨特育人價值的認識、分析和“挖掘”至今仍具有重要的現實意義．

2 物理學科獨特的育人價值

物理學是自然科學的基礎,“物理學的進步不僅推動了世界物質文明的發展,也彰顯出豐富的人文價值”．[3]這些人文價值主要有:“物理學為人類提供了一幅科學的世界圖景,物理學的發展深刻地改變著人類的思維模式,物理學所彰顯的科學精神是現代人文精神的重要基礎,物理學還包含著豐富的審美因素”．[3]據此,物理學科獨特的育人價值可概括為認知價值、發展價值、精神價值和審美價值四個方面．

2.1 認知價值——認識物理世界,破除迷信教條

物理學研究物質結構和運動基本規律,中學物理課程精選了經典物理學各主要分支的核心概念和基本規律作為知識內容,并融入了現代物理學的主要觀點,體現課程的基礎性與時代性,以滿足青少年學生基本科學文化素養發展之需要．這些課程內容有助于學生形成一幅科學地認識物理世界的圖景,它以概念為中介告訴我們自然界是什么樣子以及為什么是這個樣子,明確我們自身在宇宙中的位置,使人們意識到世界對人類的意義,引導人們按照科學的規律生活．直至今日,“科學的”已成為人類所信奉的基本價值規范．這是物理學科認知價值的集中體現．比如古人將天體的運動看作是非常神圣的,在“天人感應”的認知模式下,彗星的蒞臨往往預示著人間將發生戰爭或災難等．而牛頓的三大定律和萬有引力定律將天上物體和地上物體運動的規律統一了起來,天體將不再成為神秘的所在,而是嚴格遵循牛頓定律的一個物體,天地的界限因此被打破,這就促使人類思想的觸角沖破了宗教神學的禁錮．這說明物理知識不僅可以解釋常見的自然現象,預言未知自然現象的發生、發展狀況;還具有破除迷信、教條與權威的價值．不僅如此,還可以從科學理論的具體陳述中反向推導出一些重要的價值觀念,以“勸誡或告誡人們不要去相信或去做”,[4]如熟知熱力學定律的人自然不會相信有人真的可以制造得出永動機．

2.2 發展價值——掌握科學方法,訓練科學思維

物理學科對學生發展的獨特貢獻體現在科學方法和科學思維教育上．科學方法和科學思維是獲取物理知識的重要手段,也是理解、應用物理知識的重要手段．物理學的發展總是從提出一個有待解決的問題開始的,問題的來源是多方面的,可以來源于生活實踐,也可以是從已有理論中推演出來的還未曾解決的新問題,或者是發現了已有理論解釋不了的新的現象或事實．當人們面對新問題時,往往會嘗試運用自己的知識和思維提出一些假設,試著用這個假設去解釋問題．至于假設是否合理,必須用實驗來檢驗,于是人們又需要設計實驗、進行實驗操作、采集并處理實驗數據,將實驗結果與原有的假設相對照,舍棄錯的假設,得出正確的結論,這些結論還應該解釋或預測一些物理現象．最后,需要將上述的工作以口頭或書面的方式同其他人進行交流．正是通過問題、假設、實驗、解釋、交流等活動的不斷循環,才促進了科學的發展．因此,物理學科課程引入科學探究,就是要通過物理知識的探索、發現與應用過程,實施科學方法教育,形成唯有通過物理教育才能獲得的科學思維方式,使得學生的心智得以訓練,思維得以發展．經由科學方法和科學思維訓練的心智“不僅能夠應對日益擴張的科學知識前沿,更重要的是能夠成為現代社會的健全公民”．[5]

2.3 精神價值——培育科學精神,激勵創新創造

科學精神的內容極其豐富,這里擇要做一簡單介紹．求真是科學的第一要務,因而需要實事求是的精神態度,具體到物理學研究中,就是要尊重客觀事實,從實驗的方法、數據的采集到數據處理,都應該做到實事求是,不能捏造、篡改實驗數據,更不能剽竊他人的研究成果．科學精神也是一種理性的精神,相信自然界是有秩序并且這種秩序是人的理性可以認識的,是一切優秀科學家的堅定信念．科學是在被質疑中發展的,科學界沒有權威,一個結論合理不合理,正確不正確,都需要接受實踐的檢驗,質疑、批判、不迷信權威是科學最可貴的精神氣質．科學研究要造福于人類,凡是有損人類利益和倫理的科學研究都是不道德的,會受到公眾的譴責．科學精神也是一種獻身精神,伽利略為了捍衛哥白尼的日心說和自己的學說,不惜被宗教法庭判為終身監禁,但他的這種獻身精神終于使人類沖破了愚昧與無知,走向了智慧與光明．盡管科學精神是科學共同體成員內部的精神氣質,但由科學所塑造的這些可貴的精神品質理應也成為科學昌明時代社會公眾具有的重要的人文教養,而這種教養唯有經歷全面的科學教育才能得以豐富、完善,進而養成科學態度與責任,激勵創新創造．從這個意義上來說,“科學教育的要義是教養科學精神”．[6]

2.4 審美價值——增進審美情趣,陶冶美好心靈

物理學中蘊含著豐富的審美因素,概而言之,主要包括“簡單美、對稱美、統一美、和諧美、結構美和發現美等”．[3]科學家對物理美的論述不勝枚舉,科學界以美引真的故事亦是層出不窮,這里不再一一贅述．需要特別指出的是,對物理美的鑒賞并非科學家的專利,師生在教學過程中也可能獲得一定的審美體驗,而這種“超功利的美的歷程具有豐富的教育價值”．[7]第一,在物理學習中“激發的審美體驗有助于學生直覺思維能力的培養”,[8]良好的直覺思維又具有促進科學創新的價值．第二,對物理美的鑒賞有助于增進審美情趣,陶冶美好心靈,提升人生境界和品位．只不過這種審美價值并不像科學知識、科學方法和科學精神的價值那么明顯,在實踐中也并未引起足夠的重視．從美學的角度,“美在意象”,[9]終究是一個情景交融的感性世界．因此,教師可以從三個方面挖掘物理學科的審美價值:一是展示物理現象之美,二是經歷物理過程之美,三是欣賞物理結構之美．可見,對物理美的體驗與物理知識的學習是相統一的,也就是說,物理美是只有懂得了其中的奧秘的人在鑒賞物理現象、過程和結構時才得以顯現的一種獨特的美．

3 物理學科育人價值的具體分析

上述從認知、發展、精神和審美四個方面概括地給出了分析物理學科的育人價值的一個分析框架．這一分析框架是綜合的、概念化的,需要教師在教學實踐中以高度的自覺性和創造性加以具體化．可見,教師不僅要對物理教育的價值有淵博的見識,還要有“把這種見識轉化到學科教育的技能”．[10]

有鑒于本文討論的主題與篇幅,下面以高中物理電磁感應單元教學為例,就學科育人價值的具體分析展開討論,以期為分析特定學習主題的育人價值提供一個范例．

案例:高中物理“電磁感應”中的育人價值分析

(1) 認知價值.

通過產生感應電流的條件、楞次定律和法拉第電磁感應定律等的學習,理解電磁現象所遵循的規律,進一步完善電磁學的知識結構,形成電與磁之間相互聯系的自然觀,并運用上述規律解釋渦流、自感等現象,體會科學理論在解釋自然中的巨大作用．

(2) 發展價值.

經歷探究電磁感應的產生條件、楞次定律、法拉第電磁感應定律的探究過程,體會科學歸納法在探究物理規律時的重要作用;從理論上研究動生與感應電動勢中非靜電力的起源問題,體會邏輯推理在物理學中的應用,體會理論思維的重要意義;通過麥克斯韋對感生電場的研究中,體會科學假說方法在物理學中的應用及作用,并通過電子感應加速器的學習,認識到只有被實踐檢驗了的科學假設才能成為科學理論,體會物理學科本質．

(3) 精神價值.

在探究電磁感應的產生條件、楞次定律和法拉第電磁感應定律等物理規律的實驗中,正確使用實驗儀器、如實記錄實驗結果等,體會求真精神在探索自然規律時的重要性;了解法拉第及同時期其他物理學家對電磁感應現象及其規律的研究過程,體會科學發展的艱辛與科學家的質疑創新的探索精神,體會科學家的信念對科學發展的影響．了解渦流、電磁驅動和電磁阻尼等電磁感應現象在生產、生活中的應用,體會科學事業對人類文明的促進以及科學造福于人類的崇高價值．

(4) 審美價值.

從奧斯特對“電生磁”的研究和法拉第對“磁生電”的研究中,體驗物理學中的對稱之美;從自感、互感、渦流等電磁感應現象的實驗中體驗物理學的現象之美;從由楞次定律所確定的感應電流的方向是能量守恒定律的必然結果中體驗物理學的和諧、統一之美;從法拉第電磁感應定律的表達式中體驗物理規律的簡潔之美;從運用法拉第電磁感應定律推理得出自感電動勢表達式的過程中體驗物理理論的邏輯之美．

案例從四個維度較為詳細地分析了電磁感應中蘊含的育人價值,是前述分析框架在電磁感應單元教學中的具體化．這一分析著眼于學生的學習,逐步討論了電磁學知識內容的擴展和結構化,體現科學的解釋與預言功能．具體分析了電磁感應知識形成過程中體現出來的科學方法和科學思維,并分析了該單元中科學精神和審美教育的因素．這一分析,有助于教師在頭腦中形成對電磁感應單元主題教學的核心價值．這些具體的育人價值可以作為統領課程實施的重要思想之源,便于教師根據這些核心價值確定單元及課時教學目標,遴選、重組和開發教材資源,設計有利于價值轉化的教學過程和教學策略,并在教學實施中提煉和生成核心經驗,使學生獲得唯有經過物理學習才能獲得的獨特的經驗,進而轉化為學生不可剝離的素養,真正實現以物理學為載體而育人的物理教育．這一過程可用圖1表示．

圖1 物理學科育人價值的轉化路徑

因此,物理學科育人價值的分析,不能僅停留在宏觀的、籠統的層面,而是要深入到特定的學習內容,挖掘相應學習內容對學生認知、發展、精神和審美方面的重要價值,實現育人價值的具體綜合．唯此,才能為物理學科育人價值的轉化提供一個邏輯的起點．