科學(xué)家精神觀照下的物理學(xué)科教學(xué)

蔡麗芬 黃皓

【摘 要】物理實踐性作業(yè)是將科學(xué)家精神融入高中物理教育的教學(xué)一體新樣態(tài)，實踐性作業(yè)的設(shè)計與實施，考驗的是教師能否讓學(xué)生“因境生疑、因疑生問、以疑解問”的智慧。實踐性作業(yè)問題化，即把問題的梳理、發(fā)現(xiàn)與解決貫穿實踐性作業(yè)全過程，當(dāng)學(xué)生擁有了一定的問題發(fā)現(xiàn)力、問題結(jié)構(gòu)力和問題解決力之后，師生的共同智慧將成為推進(jìn)問題解決的澎湃動力，實踐性作業(yè)的必要性及將科學(xué)家精神融入高中物理教學(xué)的意義由此凸顯。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)家精神；實踐性作業(yè)；問題發(fā)現(xiàn)力；問題結(jié)構(gòu)力；問題解決力

【中圖分類號】G633.7 ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ?【文章編號】1005-6009（2024）03-0011-04

【作者簡介】1.蔡麗芬，江蘇省梅村高級中學(xué)（江蘇無錫，214112）教師，高級教師，無錫市物理學(xué)科帶頭人；2.黃皓，江蘇省無錫市第一女子中學(xué)（江蘇無錫，214002）教師，正高級教師，江蘇省教學(xué)名師，江蘇省第五期“333高層次人才培養(yǎng)工程”第三層次培養(yǎng)對象（學(xué)術(shù)、技術(shù)帶頭人），南京師范大學(xué)碩士生導(dǎo)師。

一、研究背景

科技是國家強(qiáng)盛的基石，科學(xué)家精神是廣大科技工作者在科學(xué)研究過程中所形成的愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻(xiàn)、協(xié)同、育人的精神特質(zhì)。當(dāng)下，以創(chuàng)新、求實、合作為基本遵循的物理實踐性作業(yè)已成為將科學(xué)家精神融入高中物理教育的教學(xué)一體新樣態(tài)，受到各個層面的高度關(guān)注。

實踐性作業(yè)本質(zhì)上是學(xué)生基于問題和任務(wù)驅(qū)動，在教師指導(dǎo)下自主開展的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)活動，其目標(biāo)指向培育學(xué)生解決實際問題的能力。因此，實踐性作業(yè)“問題化”，是實現(xiàn)科學(xué)家精神融入高中物理教學(xué)的關(guān)鍵路徑。基于此，筆者嘗試以“問題化學(xué)習(xí)”策略，設(shè)計、實施實踐性作業(yè)。

二、從問題到問題化

心理學(xué)研究表明，人有了期待目標(biāo)，而且遇到了目標(biāo)達(dá)成的障礙，問題才成為問題；沒有對目標(biāo)的期待，就不會有真問題。在教育領(lǐng)域，只有學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中發(fā)現(xiàn)了問題，學(xué)習(xí)才能真實發(fā)生。“問題化學(xué)習(xí)”即把問題的梳理、發(fā)現(xiàn)與解決貫穿學(xué)習(xí)全過程（如下頁圖1所示）。

三、“問題化學(xué)習(xí)”教學(xué)實例

（一）因境生疑，因疑生問

一輪復(fù)習(xí)時遇到這樣一道題：小明在暑假里做了一次城市道路破損情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在平直的道路上，交通紅綠燈前斑馬線附近路面破損開裂比較嚴(yán)重。小明針對這個問題做出了各種解釋，你認(rèn)為造成這種現(xiàn)象最主要的原因是（ ? ? ?）

A.斑馬線附近通過的行人多，路面被踩踏嚴(yán)重。

B.斑馬線附近交通信號設(shè)備多，路面下管道多，導(dǎo)致路面不結(jié)實。

C.行駛的汽車經(jīng)常在斑馬線前剎車，汽車對路面的摩擦力增大。

D.行駛的汽車經(jīng)常在斑馬線前剎車，汽車對路面的正壓力增大。

多數(shù)學(xué)生選了選項C，參考答案也是選項C，理由是“行駛的汽車在遇到紅燈時，要在斑馬線前剎車，汽車對路面的摩擦力增大，因此斑馬線附近路面破損開裂比較嚴(yán)重”。但在講評時，由于執(zhí)教者鼓勵學(xué)生表達(dá)自己的觀點，有些學(xué)生提出異議，他們認(rèn)為破損開裂應(yīng)是壓力的作用效果，因此選項D更恰當(dāng)。

在這個教學(xué)片段中，學(xué)生群體基于各自認(rèn)知的互動激發(fā)了認(rèn)知沖突，他們發(fā)現(xiàn)憑借自己的力學(xué)知識不足以給出令人信服的解釋。鑒于師生均對探究斑馬線附近路面破損開裂的主因有了強(qiáng)烈的期待，當(dāng)即決定把它作為實踐性作業(yè)付諸實施。

（二）在協(xié)商性對話中發(fā)現(xiàn)新問題

執(zhí)教者組織學(xué)生開展協(xié)商性對話，期望讓他們在協(xié)作過程中產(chǎn)生屬于自己的觀點，結(jié)果如下：

問題①日常生活中從未有意識地觀察斑馬線附近路面的情況。

問題②對斑馬線附近路面下管道的鋪設(shè)情況一無所知。

總之，判斷缺乏依據(jù)。因此，雙方無法說服對方，對話陷入僵持和無謂的循環(huán)。據(jù)此，執(zhí)教者安排學(xué)生以小組為單位，用一周時間實地觀察、查閱相關(guān)信息并請專業(yè)人士指導(dǎo)。

（三）在問題分解中發(fā)現(xiàn)小問題

執(zhí)教者引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實地觀察和查閱資料的結(jié)果，思考各自觀點中的不足，進(jìn)而對原觀點進(jìn)行修正、改進(jìn)，在集體討論中尋找可能的突破方向。一周后，學(xué)生多有發(fā)現(xiàn)，具體總結(jié)如下：

問題①如果斑馬線附近有大量電子設(shè)備，路面破損開裂比較明顯；如果電子設(shè)備不多，路面并無明顯差異。這是為什么？

問題②如果路面有明顯的破損開裂，一般是在斑馬線中部位置（如圖2所示），而汽車應(yīng)是在斑馬線前就剎車的。這是為什么？

問題③斑馬線附近路面下，管道確實多，這些管道本身耐壓性能很好，或許是管道與瀝青結(jié)合料或水泥混凝土之間沒有黏結(jié)成為整體，導(dǎo)致路面不結(jié)實？

問題④斑馬線附近路面自上而下的裂痕比較多，但一般比較淺。這是為什么？

問題⑤斑馬線附近路面下各種管道都有，只有敷設(shè)感應(yīng)線圈的管道附近才會有很深的自下而上的裂痕，而此類管道的位置恰好就在斑馬線中部。這是為什么？

（四）在小問題解決中解決大問題

在這個階段，執(zhí)教者開始深度介入、設(shè)計支架（如圖3所示），幫助學(xué)生理清不同觀點的內(nèi)在邏輯，再依次分辨其合理性（關(guān)鍵過程見表1）。

如表1所示，在解決小問題的過程中大問題也就解決了。出人意料的是，本題最符合實際情況的答案是選項B，真是“以踐解問”。

在這次實踐性作業(yè)中，執(zhí)教者也收獲頗多。命制與實際情境緊密聯(lián)系的試題，絕不能主觀臆想。正常開車，人們在接近停車線較遠(yuǎn)的地方便會剎車，而不是到斑馬線附近才剎車。命題人如能給出圖片，指明車轍痕跡是要解決的問題，本題的命制才相對合理。

四、反思審視

反思審視是指對問題化學(xué)習(xí)全過程的追問審視，并用思維可視化方式總結(jié)歸納其學(xué)習(xí)路徑。反思審視過程也是評鑒過程。反思審視是提高問題化學(xué)習(xí)力——問題發(fā)現(xiàn)力、問題結(jié)構(gòu)力、問題解決力，是從“解題”走向“解決問題”，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)家精神的關(guān)鍵步驟。

（一）反思路徑

反思審視的行動路徑如下頁圖4所示，思維進(jìn)階路徑如下頁圖5所示。

（二）反思內(nèi)容

1.與情境互動，提出個人觀點

在本文所述實例中，學(xué)生遭遇了看似熟悉實則陌生的事件——用摩擦力解釋路面破損不能令人信服。他們將其作為學(xué)習(xí)探索情境，結(jié)合自己的前概念或生活經(jīng)驗，在自身內(nèi)化的基礎(chǔ)上提出有意義的問題：到底是壓力還是摩擦力導(dǎo)致路面破損？為什么與電子設(shè)備有關(guān)？依據(jù)何在？我用哪些知識可以給出合理的解釋？

“能提出一個問題”是突破，“能提出多個問題”是能力，“能提出解決問題的方向”是智慧，“能提出沒人想過的創(chuàng)造性問題”是卓越。這就是問題發(fā)現(xiàn)力。

2.觀察、猜想，形成淺表觀點

學(xué)生因境生疑、因疑生問后，追尋問題答案便成為學(xué)生的期待目標(biāo)，于是觀察、猜想、確認(rèn)、否定、歸納、演繹等思維活動交替發(fā)生。通過這些思維活動，學(xué)生能對問題梳理、排序，使邏輯更清晰；能夠歸納焦點問題，以抓住重點；能對問題分解、遞進(jìn)，以簡單分析實際；能對問題拓展、延伸，以形成淺表觀點。這就是問題結(jié)構(gòu)力。

3.用概念解決問題，形成體系化理解

對斑馬線附近地面破損現(xiàn)象進(jìn)行歸因是復(fù)雜情境，知識、技能、態(tài)度等是學(xué)生解決問題的關(guān)鍵。在歸因過程中，學(xué)生能夠大膽猜想、詳細(xì)解釋觀點，能夠小心求證、幫助同伴理解，能夠持續(xù)追問、質(zhì)疑深究，能夠交互反饋、實現(xiàn)知識共享，最終實現(xiàn)集體知識創(chuàng)生、形成體系化理解。這就是問題解決力。

通過以上反思，高質(zhì)量的認(rèn)知與思維訓(xùn)練貫穿學(xué)習(xí)全程。學(xué)生的關(guān)注點從“正確答案是什么”轉(zhuǎn)向“尋找依據(jù)”，他們相互促進(jìn)知識內(nèi)化，實現(xiàn)協(xié)作知識建構(gòu)，形成深度穩(wěn)定認(rèn)知，從而解決實際問題。

五、結(jié)語

實踐性作業(yè)的設(shè)計實施，考驗的是教師能否讓學(xué)生“因境生疑、因疑生問、以踐解問”的智慧。實踐表明，在問題化學(xué)習(xí)的初級階段，執(zhí)教者一般通過提問、追問來推進(jìn)問題解決，當(dāng)學(xué)生擁有了一定的問題發(fā)現(xiàn)力、問題結(jié)構(gòu)力和問題解決力之后，師生共同的智慧將成為推進(jìn)問題解決的澎湃動力。實踐性作業(yè)的必要性及將科學(xué)家精神融入高中物理教育的意義由此凸顯。

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