高中物理阅读课程初探

2017-11-17琚鑫强艳

物理通报 2017年12期

关键词：理科文本情境

琚鑫强艳

(北京市第十五中学北京 100054)

岳凌月

(北京师范大学附属中学北京 100054)

高中物理阅读课程初探

琚鑫强艳

(北京市第十五中学北京 100054)

岳凌月

(北京师范大学附属中学北京 100054)

中高考越来越重视对学生阅读能力的考查，而且阅读能力也是今日社会所必备的一项能力.认识阅读，要从心理学的层面来进行，我们提出了一套物理阅读的理论模式，并且付诸于实践.

物理阅读心理学

2015年，我党在十六大提出的“全民阅读”的基础上又提出建设“书香社会”.这个问题的提出可能是基于下列一个事实为依据的：2012年，上海学生在国际学生评价项目(PISA)测试中，总成绩全球第一，其中数学、科学均获第一，但阅读成绩并不理想.虽然这只是一个个案，但却从一个侧面指出了我国教育中对“阅读”的不够重视，因此上海学生的PISA考试事件只不过是一个导火索罢了.

就我们中等学校而言，最直接面对的就是考试，梳理一下2004年-2016年的北京中、高考物理试题的字数，兴许可以看出一些端倪.

如图1所示，2003年北京市开始收回中考命题权，但由于当年的非典，2004年的物理题才是北京市第一次自主命题的中考物理题.在2004年-2014年的11年间，北京市中考物理试卷的字数始终稳定在4 500字左右，但从2015年开始，字数陡然增至7 900字左右，原因在于加入了两篇阅读理解的文章，以及科学实践课的内容.目前中考物理对于阅读考查的特点是“文字量大，学生对文本信息的提取有困难”.

下面再说高考，如图2所示，北京市自2004年开始独立命题理综试卷，高考物理试题字数特点相对稳定，2007年-2010年文字量相对稳定，2011年以后字数呈现振荡上行的特点，但最多也没有超过2 800字，一个是物理试题数量较少，再一个要考虑与化学、生物相平衡.高考物理对于阅读考查的特点是“文字量适中，但信息量大，学生对文本的深层解读有困难”.

图1 北京中考物理试题字数

图2 北京高考物理试题字数

图3 科学阅读教材

我们在教学中也深深地感受到了学生阅读能力的欠缺，因此在教学处的协调下，物理组与化学组联合开设了“科学阅读课程”，已经成书(图3)，其中物理部分共8讲，分别由强艳老师和琚鑫老师完成，化学部分共6讲，全部由师虹老师完成.这本书是我们的一次初步探索，其中肯定有很多不妥和不当之处，但是也积累了一些有用的经验和有益的尝试，因此名为“初探”，在此同大家分享.

笔者报告的内容分为4个部分，分别是：

(1)理科阅读的特点;

(2)影响阅读效果的主要因素;

(3)阅读课教学设计;

(4)成效与反思.

其中“(1)”是对阅读文本的处理和分析，“(2)”是对阅读者认知特点的讨论和分析，然后在“(1)”和“(2)”的基础上，我们提出一个阅读的思维机制，“(3)”是在此机制上给出一个具体的教学设计，最后的“(4)”则是对整个课程的反思.

(1)理科阅读的特点

1)理科对文本的解读往往是有标准答案的

与文科不同，理科阅读的最终理解结果会有唯一答案，因此这就给了我们一个判定标准，学生想的“对与错”，这是一个终端的判定结果.但这并不是我们的终极追求.

2)理科阅读的最终目的是建立模型或明确条件

理科阅读是要从文字中抽象出情境，然后建立解决问题、解释现象的模型，或者从中分析出所给模型的具体限定条件.这一切是为了将问题模型化，模型化的一个好处就是可以将其符号化，符号化其实就是抽象化的过程.在此多说一句，人类认识事物抽象化的过程可以简单地分为两个，第一个过程是从具体数目到抽象数字的抽象，比如1棵树、1头羊、1支笔到不代表任何具体事物的数字“1”，第二个过程是从具体的数字1,2,3,…到字母a，字母a可以代表任意一个复数域内的数字，这就完成了符号化，符号化就使得问题可以定量化，无论是解析的定量，还是数值计算的定量.

3)理科阅读，思维要发散，行为要闭合

阅读是一个“思维发散”的过程，也就是面对同样的文本，不同人因为知识背景、认识水平不一样，对文本的解读是不尽相同的，但是理科要求必须要建立同一个模型，因此他的行为必须是闭合的，也就是落实到一个个具体的操作上，才能得到同一个模型.

下面我们给出一个具体的案例，阐述我们是如何处理文本的：如图4所示，这是人教版《物理·必修2》中第6章第2节“太阳与行星间的引力”，这一节如果上成阅读课，我们是这样处理教材的，我们针对这3页课文，提出以下几个问题.

问题1：假设行星绕太阳的轨道是圆形的，试根据相关知识推导行星与太阳间的引力表达式.

设计意图:看懂原文思路，找出关键信息，并能够重复.

问题2：如果要验证上述表达式是否适用于行星与它的卫星之间，需要测量这些卫星运动的哪些物理量？如何验证？写出相应的表达式.

设计意图:在新的情境下(“行星-卫星”)，深入理解文章的推导，能够明确哪些规律是普适的，哪些规律是依赖情景特定条件的.

问题3：什么是“月-地检验”？为什么要做这个事情？目的是什么？具体如何进行？需要验证哪些量之间的什么关系？

设计意图:通过对从“太阳-行星”到“行星-卫星”的推广，结合具体可验证的实例“地球-月亮”，再次加深对上述推导的理解.

小结:对该文本提出的上述3个层面的问题组(提出问题→建立理论→验证理论)，恰恰反映了牛顿的思维历程，即像科学家一样想问题.

图4 “太阳与行星间的引力”教材截图

(2)影响阅读效果的主要因素

1)抽象词的出现

所谓抽象词，简而言之就是一句话说不清楚的词.举个例子：

【例1】一质量为m的小球从距地面高h处自由下落，并且与地面发生弹性碰撞，求小球与地面接触过程中动量的变化量.

这是学生初学“动量”时的一道中档题，它之所以是中档题，原因就在于长度仅为50个字的题干中，就有3个抽象词，分别是“自由下落”“弹性碰撞”和“动量的变化量”，如果把这3个词的内在含义全部写出来，写在题干里，这道题可表述如下：

“一质量为m的小球从距地面高h处由静止下落，下落过程中只受重力，小球与地面接触过程中，反弹的速度与其落地的速度大小相等、方向相反，求小球与地面接触过程中动量变化量的大小与方向.”

题中的3个过程分别对应“自由下落”“弹性碰撞”和“动量的变化量”，这样虽然文字量增加到了88个字，但是阅读难度却降低了，因为占用大脑内存小了.

当然，这个题如果这样写，也可以降低难度:

“一质量为1 kg的小球从距地面高10 m处自由下落，并且与地面发生弹性碰撞，求小球与地面接触过程中动量的变化量.”

也就是把抽象的字母变成具体的数字，学生会觉得具体，难度就降低了.因此,专业词汇、用字母表示的量都是科学阅读中的抽象词.这是我们在教学设计中应当注意的.

我们的大脑拥有强大的纠错能力，这个能力是建立在我们对母语太过熟悉的基础上的，我们会自动纠错到熟悉的那个词汇上去，这也就是为什么会出现考试时读题读错了的情况，物理中就有一个经典案例：“A和B的总动量相同，A和B的动量总相同”，就是“总”的位置不同，却造成了句子意思的大相径庭，第一个“总”表示求和运算，第二个“总”是个副词，表示程度.再比如“我们的大脑有拥强大的纠错能力”，这句话如果不是仔细读，你不会发觉写的是“有拥”.那这种现象如何避免呢，就是反复逐字地读和反复训练.因为有了这个案例，可能大家就会对后面的所有例子都认真研读了.

3)人的知识结构、能力水平和情绪状态

影响阅读效果的因素有3个，分别是“知识结构”“能力水平”和“情绪状态”.“知识结构”决定了哪些文本可以读，哪些文本不可以读；“能力水平”决定了可读的文本，他可以理解到什么水平，比如学生没有极限的概念，那么他对瞬时速度的解读就只能是停留在文字表面的.“情绪状态”则决定了学生阅读的效果，也就是说，即使是阅读课，也要有相应的组织教学.

基于上述研究，我们尝试给出一个阅读的思维机制，如图5所示.

图5 阅读的思维机制

对图5做一个简单说明：阅读者从阅读材料的文本中获取信息，在头脑中形成一个对文本初步理解的情境，但是这个情境往往是很复杂的，因此要进行简化，以便突出主要矛盾，因此将情境转化为一幅图画——示意图，这个示意图就可以跟头脑中已有模型(这一点也从侧面说明，阅读课不能用于起始课)进行对比，如果与已有模型的相似度低，阅读者就会重新回到文本再次解读，如果相似度高，就会根据头脑中的知识结构图，选择这个模型对应的规律，再根据从情境中找出的条件，综合规律和条件进行关联决策，最终完成运算操作，这里的运算操作应当是广义的，既包括数学运算，也应该包括逻辑的演绎.

因为物理学科中有大量的程序性知识，因此我们根据这个特点，将程序性知识的学习过程“外显化”——制成表格,如表1所示.

在明确曲块中OTU个数后，利用Venn图可以展示样品之间共有或特有OTU数目，直观地表现出样品间OTU的重合情况。结合OTU所代表的物种，可找出不同环境中的共有或特有微生物。分析表明：在制曲不同阶段，共计发现100个OTU为各阶段曲块所共有；在T0、T1、T5期，曲块中特有OTU数目分别为10个、2个和28个；在T2、T3和T4阶段，无特有OTU（图4）。

表1 程序性知识的学习过程“外显化”

将该程序性知识“牛顿第二定律”的思维操作外显化，让学生去完成这个表格，哪行表格完成不了，就说明他在这个思维环节上出了问题，他无法完成这个操作，就说明他还不具备这个能力.

再举一个物理上的例子，这是2015年的北京中考题：

图6 例2题图

【例2】小林做“碘的升华”实验时，用酒精灯直接对放有少量固态碘的碘升华管加热，如图6所示.发现碘升华管内出现紫色的碘蒸气，小林认为碘从固态变成了气态，是升华现象.小红查阅资料发现：常压下，碘的熔点为113.60 ℃，碘的沸点为184.25 ℃，酒精灯火焰的温度约400 ℃.根据这些资料，小红认为小林所做的实验中，碘可能经历了由固态到液态再到气态的变化过程，小林的实验并不能得出碘升华的结论.

请针对小红的质疑，设计一个实验，证明碘能从固态直接变为气态.可以选用上述器材或补充必要的辅助器材.写出实验方案并简要说明.

经过一定训练的学生会很快把目光聚集在“设计一个实验，证明碘能从固态直接变为气态”这句话上.于是就根据这句话回忆相应的模型“物态变化”，如图7所示.

从知识结构图中发现，决定物质聚集状态的物理量是温度(注：其实还有压强，但初中阶段只讨论等压过程，因此暂不涉及压强问题)，因此重新回到文本寻找与温度有关的信息：“常压下，碘的熔点为113.60 ℃，碘的沸点为184.25 ℃，酒精灯火焰的温度约400 ℃.”于是将上述碘的特殊条件1：碘的熔点为113.60 ℃，碘的沸点为184.25 ℃，标在知识结构图中，如图8所示.

图7 物态变化模型

图8 根据第1个条件标示碘的沸点和熔点

题目还有一个特殊条件2：不出现液态碘，也就是不能发生熔化，如图9所示，不发生熔化的条件是温度低于熔点即可.于是我们就可以进行“运算”，找到一种可以控温在113.6 ℃以下的实验装置——水浴.怎么想到水浴的呢？原来在初二上“熔化”这节课中，用过这个实验方法，这就反观我们的教学，初二的新课教学是否到位，初三的复习教学是否到位.

图9 根据第2个条件进一步修改模型

下面再举一个高考的例子，这是一道2000年的陈题，但是它却把上述思维机制表现得淋漓尽致，我们来一起看一下这道题：

【例3】2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星，其定点位置与东经98°经线在同一平面内，若把甘肃嘉峪关处的经度和纬度近似取为东经98°和北纬40°，已知地球半径R，地球自转周期T，地球表面重力加速度g(视为常量)和光速c，试求该同步卫星发出的微波信号到嘉峪关处的接收站所需的时间(要求用题给的已知量的符号表示).

大家读过题之后，头脑中都会有一个相应的情境图，然后可以跟笔者的情境图对比一下，如图10所示.

但这是立体图，并不好分析，于是我们分别沿着东经98°面和赤道面各切一刀，就得到了2张图，如图11和图12所示.