高中物理电磁场教学中“试探法”的盲点与要点

胡扬洋

一、试探法教学的契机与盲点

在现行高中物理教学体系中，电场强度是学生学习电磁场过程中接触的第一个物理量。可以说，“场”概念的形成是困难的，而教学中的一些盲点则是造成这一困难的重要原因。现行教材普遍在介绍电场强度之前直接铺陈“电荷周围都存在电场，电荷与电荷之间的相互作用力就是通过它们的电场发生的”。然而，由于教材无法对电场的物质性做更多的确证，因此就造成了引入的生硬与学生接受的困难。近年来的研究探讨了用比值定义法合理架构电磁场中相关概念的方式，然而仍然忽视了比值定义法前的“试探”环节。

值得说明的是，由于库仑定律知识造成的负迁移，学生往往会十分“便捷”地得出电场强度的表达式，而未能充分理解建立这一概念的必要性和经历过程。可以说，理解电场、建立电场概念的契机是稍纵即逝的，学生往往会熟练地运用电场公式解题，而对场的内涵与意义颇为“无感”。事实上，电场的理解需要足够的体验和感知，也即需要学生建立起一个理解电场的思维框架。而建立这一框架的必要性和原始动机就是“试探法”。传统教材体系将试探的思想与方法隐性处理，使其淹没在细节之中。

二、试探法的内涵与意义

同样以电场强度为例，电场作为一种物质，具有多方面的属性，而电场强度仅反映其力的性质。再如电势，则反映了电场电势能分布的特征。在这一基础上，应该明确的是试探要有对象性，即要分清试探的对象是什么。

在更普遍的意义上，试探本是物理研究的基本思想和基本路线，是研究者把握研究对象物理特性的基本方法。正如曹则贤先生所言：“物理学研究的关键对象是各种自然现象之所以发生的原因，即因果关系（causality）。因此，物理学在许多场合下表现为描述一个存在的体系对外加激励（excitation）的响应（response），关于这个体系的物理学就浓缩在相应的响应函数中。”[1]物理学家这种“激励—响应”的研究模式与用语习惯已被广泛迁移，如生理学、心理学中称“刺激（干预）—反馈”。

若以科学哲学的视角，“试探”的背后反映的正是近代以来“求力科学”的本质特征。如科学史家吴国盛教授所言：“近代科学是一个攻击型的、进取型的……把自然物抓起来关到实验室里去，让它处在一个非自然的状态之中，考察它们在不同的非自然条件下必然会有什么样的反应，这就是实验。实验就是在一个极端条件下让自然界把自己的规律给显示出来……自然条件下不大容易显示那些由于人工干预而必然会产生的规律，怎么办呢？只有到实验室里面来，让它处在高温、高压、高浓度、高密度、高磁场或者是特别低的低温、低压、低浓度，总而言之在一种非自然状态下，自然的因果规律就能够显露出来。这个所谓因果规律，其实就是一个刺激和反应规律，本质上是一种服务于控制的规律。这就跟驯马一样，你捅它一下看它有什么反应，如果你掌握了这个马的所有的刺激反应规律，那么这个马你就驯服了，因为你知道如何控制这个马，知道它会有什么样的反应，所以这个马你就不怕了、就不陌生了，你就可以驾驭这个马了。近代科学的理想就是驾驭自然界。通过在实验室里不断地、反复地对自然界进行各式各样的刺激，我们掌握了自然界的刺激-反应模式。”[2]

虽然这些论述呈现的主要是科学哲学家的语汇与反思，但是这仍然有助于我们理解“试探法”反映的物理学本质。试探法的教学就是要让学生伸出试探与干预的思维触角，去有意识地、大胆地试探研究对象、干预研究对象。而高水平的试探就是有计划、有步骤地，进而定量地试探，也就是实现对“实验条件”的“操控”。基于以上理解，我们才能对“试探法”产生足够的重视，进而找到教学的正确方向。

三、试探法教学的要点与策略

1.显化试探法的地位

现行教材对“试探”仅在“试探电荷”部分出现了一些隐晦的描述，甚至改“试探电荷”为“检验电荷”，这不足以凸显试探法的地位与价值。因此，教学中应该明示“试探法”的名称，强调其在整个研究中的地位，并且教师应该将这种方法做普遍化的推广。以上做法都意在使学生意识到，试探这种方法是比比值定义法、控制变量法更加普遍的物理学研究方法，甚至是最基本的模式。进一步，教学中应该将试探法与比值定义法做出合理的连接和整合，明确电场强度、磁感应强度教学中“试探-比较”的思维主线。

2.列举试探法的实例

单一的例子无法使学生深刻体察试探法的普遍性与灵活性。一般的描述都无法达到“直指人心”的效果。除了上述“驯马”的例子之外，教师可以指出：事实上，对于任何不熟悉的事物，仅有的且最简单的方法就是去试探。即丢过去一个试探物与之相互作用，看看有什么反应。例如我们不知道一个封闭房间里有什么气体，就丢进去一只小白鼠，看看有何反应。再如老虎不知道“黔驴”有什么特性，就不断地去挑逗它，直到“黔驴技穷”。似这类列举的实例要体现丰富性与生动性，要使学生体验到“试探”的研究方法离自己并不遥远。

3.实现试探法的具身化理解

要实现学生对“试探”理解的深刻性，还需进行心理学层面的仔细考量。认知心理学的具身认知转向为物理教学提供了可贵的启示。认知心理学的传统将心智凌驾于身体之上，认为“身体”不过是认知的客体，对认知并没有多少价值。而具身认知观点强调“认知是具身的”：首先，认知是身体的认知，认知和思维方式受制于身体的物理属性。其次，认知的种类和性质是由身体和环境的互动方式所决定的，身体的感知觉运动性与认知的形成有着直接关联。再者，人的心智是大脑、环境和认知共同作用的结果[3]。因此，试探法的教学应实现认知过程的具身化，即应该使学生多动手、亲身体验，并且可通过游戏的形式，让每个学生既扮演试探者，又扮演试探的对象，从而在自我中心化的情境下以及亲身体验、亲身扮演中发展“试探”的意识。要让学生去干预、去控制，去感受到控制感、力量感，面对问题与研究对象不再畏首畏尾、一筹莫展。

四、反思与启示：在物理教学中落实科学本质观教育

在科学教育中落实科学本质观教育已成为近十余年来科学教育改革的重要呼声，然而如何落实则一直存在较大争议。对美国学者李德曼采用量表测量方式确定师生科学本质观的研究，已有诸多学者做出了有力的质疑。对科学本质观的空洞说教也已然遭到了普遍的否定。然而究竟如何落实科学本质观教育？有学者提出，其焦点在于“科学教师是否有意愿在自己的课堂上开启对科学看法的讨论，是否有能力在讨论中引导学生理性思维的深度发展，是否能够包容学生多样化的思考”[4]！然而以上探讨表明，科学本质观教育还有着更为切实的途径。

如前所述，“试探法”的背后是近代科学“求力意志”的鲜明特征，其来源是中世纪的基督教。“到了近代，自由的理念中已经包含了‘意志这个新的维度。它强调人要行使自己的意志自由，要做点什么。正是这样一个求力意志构成了近代科学的重要特征。近代科学是一个攻击型的、进取型的、你也可以说侵略型的知识策略。侵略谁？自然界。”[2]而以上论述表明，通过科学方法教学的合理、审慎的展开竟然可以通达科学本质的理解。其启示意义在于，最常规的物理教学本身就理当成为科学本质观教育的切实途径，然而其有效性发挥的前提是教育者对科学本质观的深刻理解，这亦是科学本质观教育的真正基础。

进一步说，科学本质观教育需要教育者深入到科学思想史的层面来理解科学，而非热衷于做肤浅的测量与空洞的宣讲。在深入理解科学思想史的基础上，物理教学也定能获得更高水平的发展，科学本质观教育的目的也会自然地达成。由是观之，科学本质观教育还须从基本而具体的科学学科教学做起。

参考文献

[1] 曹则贤.物理学咬文嚼字之三 万物衍生于母的科学隐喻[J].物理，2007，36（9）.

[2] 吴国盛.从古典科学到近代科学[J].科技潮，2010（7）.

[3] 范琪，叶浩生.具身认知与具身隐喻——认知的具身转向及隐喻认知功能探析[J].西北师大学报（社会科学版），2014，51（3）.

[4] 石翡.两种文化背景下的科学本质观之争[J].上海教育科研，2014（6）.

【责任编辑 孙晓雯】