注重“物理观念建构”教学 培养学生物理学科素养

徐卫兵

（西安交通大学苏州附属中学，江苏苏州 215021）

注重“物理观念建构”教学 培养学生物理学科素养

徐卫兵

（西安交通大学苏州附属中学，江苏苏州 215021）

面向学生未来的发展，中学物理教学必须要以具体知识为载体，引导学生通过高水平的思维活动，形成物理基本观念，即从“知识为本”转向“观念建构”.物理基本观念是指学生通过物理学习，在深入理解物理学科特征的基础上所获得的对物理总观性的认识，它包括物质观、运动观、能量观、相互作用观等.在物理教学中实施“观念建构”教学，有利于转变学生的学习方式，促进对知识的深刻理解和灵活应用，全面提高学生的科学素养.

核心素养；物理观念；观念建构

《全民科学素质行动计划（2006—2010—2020年）》指出，科学领域课程应以提升学生科学素养为目标，学生通过课程的学习应了解必要的科学技术知识、掌握基本的研究方法、树立科学思想、崇尚科学精神，并具有一定的应用他们处理实际问题、参与公共事务的能力.［1］物理课程作为自然科学领域的重要基础课程，中学物理教师在新一轮以核心素养为培养学生目标的课程改革中，构建物理观念、实施观念建构教学至关重要.

1 问题的提出

从初中进入高中后，学生感觉到物理越来越难学，教师教的辛苦，学生学的辛苦.这是高中物理教学中的一个共识，产生这一现象的因数众多，笔者认为其中很重要的原因是教学中“不重视物理观念构建教学，不少学生没有整体的物理观念，完全当成数学在学，学生乐于埋头记背知识，为了迎合学生需要，市面上也出现不少的背记手册之类的小本本，然后在解决问题时胡乱套用公式，久而久之造成对物理的不理解”的问题，其实这是教学工作一切瞄准考试造成的.在这样的考试文化中，考什么就教什么，怎么考就怎么教，教师每天忙于编、印、数、发、收、批、讲，成为传递信息、分配资料的传送机.这种乏味生活不但丧失了教师专业发展的可能，而且造成了职业的倦怠，教师缺乏一种哲学的气度，无暇将目光引向天空，工作关注的层次越低，学生越缺少自觉，学习的主动性就越少，这也就在无形中增加了教学的难度.学生为了应付考试，成了做题的机器，学生虽有大量的知识，却像小鸭子吃了一肚子的塑料袋，没有消化，在面对新情境中的问题时，却束手无策.原因在于学生在学习物理知识的过程中没有形成相应的物理观念，缺乏引领知识应用的“见识”或“见地”.

综上所述，无论从减轻学生学习负担还是培养学生创新意识和实践能力的角度，无论从学生素质发展和教师的专业发展还是创建师生的幸福生活的角度，由知识教学转变为观念建构教学都是当务之急.

2 观念教学的内涵

2.1 物理观念的内涵

德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯劳厄曾经说过，教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西.［2］不可否认，随着时间流逝，我们在学校所学的大量学科知识都将逐渐淡化甚至遗忘，真正伴随我们一生发展并持续发挥作用的不是具体的学科知识，而是知识升华后留存在我们思想意识层面的东西.当学生将具体的物理知识都忘掉的时候，在他的头脑中“剩下的东西”是什么呢？应该是学生通过物理知识的学习，所形成的从物理的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，即植根于学生头脑中的物理基本观念.物理基本观念不仅是实践发展的产物，更是抽象思维的结果.在学校教学中，这些物理基本观念主要来自于3个方面：一方面来自于学生对物理学科知识的反思概括，主要形成物理知识类的基本观念，如物质观、运动观、相互作用观、能量观等；另一方面来自于学生对物理探究过程、学习方法的反思，主要形成物理方法类的基本观念，如微元思想、类比思想、模型思想等；再一方面来自于学生对物理科学在社会生活中价值的认识和反思，主要形成物理情意类的基本观念，如物理价值观.这3个方面的基本观念相互影响、共同作用构成物理基本观念这一有机整体，如图1所示.

图1

2.2 物理观念的内容

物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动、相互作用、能量等的基本认识.（1）物质观——化学里说的物质世界是由分子、原子和离子等微观粒子构成的，而物理学中对于这一基本观念，不仅要告诉学生物质的宏观观念和微观观念，更重要的是告诉学生并非所有物质都可以看得见摸得着，比如“电场”、“磁场”等物质，他们既看不见也摸不着，然而却是大自然中客观存在的物质，而且这类物质并非实物，但是依然具有和普通物体一样的共通属性.（2）运动观——“世界上一切的物质都处于相对运动或相对静止之中，没有绝对的静止”.理解相对运动才能理解相对速度、位移等基本物理量的计算，才能真正学懂运动学和动力学.“运动”是一种现象，然而要形成一种观念，不仅要对宏观和微观上的物理现象加以细心分析，而且还要时刻运用动力学的基本思想来指导自己的方法论，最终形成“没有任何事物是静止的孤立存在的”或者“事物都是相对的”这样的辩证哲学观点.（3）相互作用观——当一部分物质对另一部分物质发生作用（直接接触或通过场）时，必然要受到另一部分物质对它的反作用.自然界中物质之间的相互作用可归纳为：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用以及万有引力相互作用.（4）能量观——能量，乃物理学中描写一个系统或一个过程的一个量，就是使物体动或变的力所做的功.能既不会无中生有，也不会自行消失，而只可由一种形态变成另一种形态，即宇宙中的总能量保持不变.我们应当培养学生能量守恒的观念，从而让学生真正懂得珍惜能源，生成节约意识，增强循环利用意识等价值观.

这些基本观念是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础，是深入认识物质的性质和运动规律以及形成更高层次物理学科观念（如时空观、量子观、统计观、对称观……等等）的前提和基础.随着学习者知识经验的丰富和认知水平的提高，他们对物理科学的认识也不断深化，因此形成的物理学科观念也是在不断丰富发展的.同时，物理基本观念从学科的角度论证了辩证唯物主义关于物质世界存在、发展、变化的哲学判断，丰富并加深了中学生对物质世界的认识，有利于培养学生科学的世界观和方法论.

2.3 物理知识与物理观念的关系

物理基本观念的形成既不可能是空中楼阁，也不可能通过大量物理知识自发形成，这需要学生在积极主动的探究活动中，深刻理解和掌握有关的物理知识和核心概念，在对知识的理解、应用中不断反思概括提炼而成.学生物理基本观念的形成需要两方面的有机结合：一方面，从形成基本观念所需要的素材来看，必须有合适的、能有效形成物理基本观念的核心概念，以及能形成这些概念的典型的物理具体知识；另一方面，从基本观念形成的过程来看，必须充分调动学生思维的积极性，使学生在积极主动的探究活动中，深刻理解相关的物理知识和核心概念，并通过在具体情境中的迁移应用，不断提高学生头脑中知识的整体性和概括性水平.我们可以用图2表示物理基本观念与核心概念、具体知识间的关系.

图2 物理基本观念与核心概念、具体知识间的关系

物理基本观念来源于具体物理知识，又不同于具体物理知识，它是具体物理知识在学生头脑中的提炼与升华.中学物理课程中的核心概念及其所涵盖的具体知识充实、发展着物理基本观念的内涵，它们是形成物理基本观念的基础和源泉.可以说，没有具体物理知识的深入学习就不会有物理基本观念的形成，物理基本观念借助于具体的物理知识由浅入深地揭示出来，是具体物理知识提炼升华的产物；同时物理基本观念对物理知识具有自上而下的引领作用，它赋予具体知识一定的能动性和灵活性，若缺乏物理基本观念的引领，物理知识就难以发生有效的迁移和应用，二者之间是相互依存、相互促进的.物理基本观念具有猎摄范围广、概括程度高的特征，它决定着学生对物理知识的深入理解和灵活应用，对学生的终生学习和发展将发挥重要的作用.将物理观念作为物理核心素养的第一个要素，是对物理知识目标进行的整合和提升，要求学生不仅要理解和掌握物理知识，而且要将所学习的大量具体知识围绕学科核心概念整合内化，在此基础上形成对物质世界的整体认识，即形成物理观念.

3 观念建构教学的意义

观念建构教学是指在物理观念的引领下，使学生通过高水平的思维活动，深刻理解和掌握物理知识，并通过不断的反思、概括和提升，促进物理基本观念的形成.

3.1 观念建构教学有利于促进教师教学方式的转变

以物理学科核心素养的培养为出发点，需要教师改变传统观念，从过度关注“物理知识教授（内容）”转变为更多关注“物理知识的学习（过程）”，关注学生学习的真实发生，让学生站在学习的中心，亲身经历学习的过程，感悟学习的方法，教师成为学生学习的引领者.清华大学宋心琦教授曾精辟地指出，学生能牢固地、准确地，哪怕是定性地建立起来基本的物理观念，应当是中学物理教学的第一目标.因此，中学物理教学应该从知识为本转向观念建构，那么，又该如何进行“观念建构”的教学呢？对核心概念下的“主题核心概念”、“重要概念”和“基础概念”教学序列进行合理规划.［3］通过“体验”加“感知”才能将知识转化为观念，而“体验”加“感悟”最好的载体便是精彩纷呈的演示实验、学生实验和课外实验等.这样的教学学生主动性强、参与度高、合作性强，对概念建立、规律理解更加深刻，是充满生命活力的教学，是回归物理科学本质的教学.

3.2 观念建构教学有利于促进学生学习方式的转变

物理知识以具体事实、概念和定理（或定律）的形式出现在教材中，它可通过教师讲授、学生记忆的方式获得.物理基本观念是物理知识背后的思想和观点，是对物理知识深层次的挖掘，它不可能通过浅层次的思维活动和单一的学习方式来获得.物理基本观念在没有和学生的经验、情感世界发生意义关联之前，是作为物理知识体系的灵魂而存在的，是具体事实掩盖下的物理科学关于物质世界的基本认识以及产生这些基本认识的思想方法和思维方式.这部分内容具有不思则无、思则深远的特性，只有学习者本人亲自经历知识的探索、发现过程，对物理知识进行深入挖掘与开发才能展现出来，并在与老师、同学的交流讨论中获得日渐清晰的认识.因此在物理教学中实施“观念建构”教学所带来的最大变化就是学生学习方式的转变，这种转变是从根本上对传统的以知识传授为中心的教学模式下的接受性学习的超越.

3.3 观念建构教学能增进学生对知识的深刻理解

相对于以知识传授和记忆为中心的传统教学而言，“观念建构”教学能够有效地激发学生深层的思维活动，增进对知识的深刻理解.这是因为物理基本观念是以物理知识为载体而存在的物理学科关于物质世界运动规律的基本认识，它的形成是以对具体物理知识的深入理解和有效转化知识，需要对学科领域中那些最具物理学科特征的概念、定理（或定律）做出反复的探究和思考，使自己的理解和思维达到高层次的抽象、概括水平，以实现从具体事实中获得可迁移的概念性理解的目的.

3.4 观念建构教学有利于促进学生将知识向能力的转化

在教学实践中不乏这样的现象，学生对课程内容进行了深入细致的学习，在课堂练习或单元测试中也能做到游刃有余，但是在现实生活中遇到与物理学有关的问题和现象时往往一筹莫展，不知如何把所学知识运用于新的问题情境.这说明，单纯的知识教学和习题训练只是让学生掌握了一些具体的事实，只能在物理课堂上产生浅层次的知识应用意识，学生一旦离开物理课堂，就缺少用物理思维去认识问题、解决问题的意识和能力.从根本说，正是由于学生头脑中物理基本概念的缺失，导致了知识与能力间的脱节.物理基本观念的构建相当于为学生打开了一扇智慧之窗，基本观念与具体知识的广泛联系，无疑极大地增强了知识的应用空间.

课程改革已进入核心素养话语主导的时代，学会学习已经是各国家地区、各国际组织普遍关注的关键性的核心素养，在新的教育改革浪潮下，我们要对自己的教育观念来一次转型升级，在物理教学中实施观念建构教学，培养学生的物理核心素养.

1 中华人民共和国国务院.全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020年）［EB／OL］.http：／www.gov.cn／jrzg／2006－03／20／content－231610.htm.

2 林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考［J］.课程·教材·教法，2015（12）：90－95.

3 周栋梁，时春华.基于主题核心概念的高中物理教材重构实践与思考［J］.物理教师，2016（11）：6－11.

2017－03－26）