基于费曼学习理论的物理学科核心素养践行研究

徐艳梅

徐州市铜山区清华中学，江苏 徐州 221116

传统的物理课堂教学倾向于向学习者传授物理概念、规律的文本知识，重视知识的容量和结论，轻视物理规律的探究过程，进而忽视学习者科学思维的发展。这容易使得学习者对所习得的物理概念和规律生搬硬套，建构了自身不完整的物理观念。

高中物理课程内容是建立在初中物理的学习内容之上的，学习者通过观察和实验对生活中的物理现象进行研究，通过模型建构、科学推理与论证等方法，使学习中所提出的问题得以解决，进而在解决问题的过程中形成科学的研究方法和理论体系，以此来提升学习者的物理学科核心素养。

费曼学习理论出自理论物理学家诺贝尔物理学奖获得者费曼。他1961年在加州理工学院讲授物理学，所使用的教学讲义经其学生整理出版了《费曼物理学讲义》，而后人们从中提炼出了费曼学习理论。费曼学习理论认为，知识的学习可以用 Concept（概念）、Review（回顾）、Teach（教授）、Simplify（简化）四个关键词进行概括。

笔者在深入分析费曼学习理论的基础之上，充分考虑物理教学的学科特点，结合“库仑定律”一节的教学实践，以提升学生的物理学科核心素养为目标，从理论与实践层面提出以下几条培养学生物理学科核心素养的实践体会。

1 基于问题情境明确、理解学习目标

根据对费曼学习理论的关键词Concept（概念）的理解，按照物理问题解决的思路，将其分为两个步骤，首先是明确学习目标，其次是理解学习目标。其中，明确学习目标可以让学习者对所要学习的内容有清晰的思维，产生对所要学习的内容深入了解的渴望，以及在进一步的学习行动中产生专注力，使学习者的学习行动更具有针对性，学习效率会大大提高。

教学片段1：

实验演示：利用静电铃铛敲响上课铃。

教师介绍自制静电铃铛的构造，演示起电机使铃铛带电后，小球左右摇摆敲响铃铛。

学生聆听别致的铃声，思考“静电铃”的原理。

师：要想了解静电铃铛的工作原理，我们需要学习本节课的内容，电荷间的相互作用规律——库仑定律。

物理概念和物理规律学习都是建立在学习者由生活经验所转化的经验性知识的基础之上，通过创设静电铃铛敲响上课铃的问题情境导入新课，在增加学习者日常生活经验的基础之上，一方面使学习者更加明确了学习目标，另一方面调动了学习者对所学习知识的求知欲。学习者的探索欲和求知欲同时也是科学态度与责任素养培养的重点内容。

2 以问题为导引的自主学习

费曼学习理论中Concept（概念）的第二步是理解学习对象，它要求学习者多角度理解知识，对知识进行有逻辑的系统化，并将知识纳入学习者已有的知识体系中。将知识进行有逻辑的系统化最有效的方法就是制作知识流程图。通过知识流程图可以将与物理概念、物理规律相关的知识要点以表格、图像或者树状图等形式呈现出来，加深并巩固了学习内容，促进学习者将知识融入自身的知识体系，从而使知识系统化。

教学片段2:

教师提出问题：

（1）通过何种方法改变静电铃铛铃声的强弱？猜测电荷间静电力的大小可能与哪些因素有关？

（2）实验中，如何测量两个带电体的间距？如何改变电荷量的大小？

（3）实验中，如何体现电荷间静电力的大小及静电力的变化？

（4）实验采用什么研究方法？

（5）组内讨论制订本实验的实验方案。

高中物理的学习内容对于学习者来说是一个新生事物，教学中教师通过问题的引导，能够帮助学习者快速筛选重要的知识，将学习目标瞄准在对库仑力大小影响因素的探究，提高了课堂教学的效率。教师的问题引导并非是对物理概念、规律的知识要点提问，而是旨在帮助学习者理解库仑力的大小关系、制订实验方案。学生在此基础之上通过对教师所提问题的深度理解和加工，从而形成关于探究库仑力大小关系的知识流程图（图1）。知识流程图是一种可视化的思维路径，能够有助于学习者物理观念的形成，使学习者整个的学习过程中都贯穿着对库仑力的理解与思考，学习者的科学思维能力得到不断的发展。

图1 库仑定律知识流程图

3 融合回顾反思的小组活动

费曼学习理论中Review（回顾）指的是对学习目标的回顾反思。学习者通过回顾向小组内成员展示个人学习成果。在回顾的过程中，将刚才学习过程中所形成的短时记忆进行调取，进而使短时记忆得到强化发展成为长时记忆。倾听者通过质疑使学习者发现自身理解知识时存在的误区，进一步加强对所学知识的理解，完善了学习者的知识流程图。

教学片段3：

小组活动：

（1）实验原理探讨

学生1：加速摇动起电机，静电铃铛就会越响亮。

静电力的大小可能与电荷量的大小、带电体间的距离有关。

……

倾听者1：带电体的形状、大小、电荷分布对测量带电体间距离的影响？

倾听者2：如果两个带电体相距较近，能否将其看作点电荷？

倾听者3：静电力的大小与竖直方向夹角的具体关系是什么？

倾听者4：实验中是否有快速测量出悬线与竖直方向的夹角大小的方法？

……

（2）制订实验计划

（3）实验器材选择

（4）验证实验猜想

（5）得出实验结果

结合物理教学的特点，将费曼学习理论中的Review（回顾）与物理教学中的小组活动进行了融合。

小组活动中，学习者经历了对实验原理的讨论、实验器材的选择、实验计划的制订与完善、以小组为单位的实验探究活动等。通过以上活动，学习者的科学思维能力得以发展，学习者真实感受到了科学探究过程，进而对科学本质的认识更加真切，科学探究能力进一步得到培养。小组活动中由倾听者的质疑所引起的反思能够帮助学习者更清晰地知道实验中所要研究的带电体应具有什么样的特点，带电体在什么情况下可以看作点电荷，带电体所受的静电力的大小如何呈现等内容。当学习者发现在知识的学习中存在盲区、误区，能够进一步加深对所学知识的理解，同时能够将小组活动中所学习的知识转化为实验操作的注意要点和对实验原理的完善，进而与自身经验相结合，从而产生更加详细的知识流程图。通过以上学习过程，学习者进一步加深和完善对物理概念的理解，学习者的物理观念也因此得以提升。同时，通过在物理教学中组织学生小组活动，创造了学生交流的机会，发展了学生的表达能力，活动的组织提升了学生的科学态度与责任感。

4 基于小组展示的以教代学

Teach（教授）是费曼学习理论的核心。当学习者将教授作为一种任务加入学习计划时，学习者需要在输出的过程中充当着解惑者、传道者的角色，因此在学习过程中他就要更加主动地对知识的重要部分加强理解，更加关注与知识相关的论点、论证及逻辑关系。学习者的讲授并不是一种简单的背诵重复，他要将所学习的知识与自己的知识建立联系，从倾听者的反馈中进一步加深了对知识的理解深化，并且最大效率地提升了所学知识的内容留存率。因此，Teach（教授）是一种强大的学习力。

教学片段4：

学习者通过以教代学的过程，无形之间与倾听者建立一个交流过程。比如，当学习者讲授到探究库仑力的原理时、实验器材的选择时，他的讲授需要获得倾听者的认可。学习者在教授过程中，需要对教授的内容进行组织，比如对电荷间相互作用力的探究过程，学习者将其分为：探究课题、实验方法、实验器材、实验原理、实验探究和实验结论几个部分（图2）。在思考采用何种形式进行表达时，可以采用文字，也可以采用知识流程导图，或者在有些知识中可以采用表格或图像。通过以上的准备、讲授，提升了学习者制订实验计划的能力，对科学结果进行交流反思的能力。同时，通过与倾听者的交流，提升了学习者的交流和表达能力。

图2 学生展示的结构

教师在操作过程中，为了提高学生的教授效果，可以提出以下要求：（1）注意语言技巧，表达简洁、易懂、无歧义；（2）围绕知识阐述学习者对知识的理解，要有一定的深度；（3）讲授前充分利用好小组讨论获得的反馈信息。

5 以应用为主的简化吸收

费曼学习理论中的Simplify是简化和吸收的意思。费曼认为，任何知识无论包含多少概念和分支，它都存在一个理解和吸收该知识的关键之处。学习者在对知识进行简化和吸收的过程中，提升了自身思维能力的同时深化了对知识的理解与认知。学习的最终目的是抽取我们需要的东西，形成自己的知识体系。费曼认为，要想对知识进行简化和吸收，首先要对知识进行分解，找出理解和吸收该知识的关键之处也就是核心知识；其次是将核心知识进行有逻辑的系统化。

教学片段5：

借助两根相同长度的绝缘细绳，将两个带同种电荷的相同大小的带电小球悬挂在同一点。如图3所示，两带电小球的质量分别为m1，m2，球A所带的电荷量大于球B所带的电荷量。两小球静止时，悬线与竖直方向的偏角分别为α和β，请根据已知信息判断二者的关系，并说明原因。

图3 教学片段示意图

如何通过物理问题的解决达到对知识的简化和吸收？在解决物理问题的过程中所需要的物理概念或物理规律就是我们所学习的核心知识。通过使用物理知识解决物理问题，能够加深对知识的理解，进而使其融入到学习者自身的知识体系中，从而使其达到核心知识有逻辑的系统化，也即完成了知识的简化和吸收。

比如，在“库仑定律”这节内容中，我们需要简化和吸收的知识要点是理解库仑定律的内容，并能够使用库仑定律解决相关问题。在物理问题中，两个小球的质量分别为m1，m2，球A所带的电荷量大于球B所带的电荷量，两个带电小球之间的库仑力有什么关系呢？悬线与竖直方向的偏角又取决于什么呢？通过物理问题的解决让学习者理解了电荷间的库仑力是一对相互作用力，取决于两个带电体的电荷量的乘积，两个电荷间作用力的方向在两个电荷间的连线上。同时，也理解了悬线夹角与电荷量、质量的关系。

然而，教学中为何还要花大力气对电荷间的相互作用力的规律进行实验探究，而不直接将库仑定律的内容告知学习者呢？因为一个物理概念或物理规律背后的逻辑根源、因果关系或者其他背景信息都属于原理性知识，掌握物理概念或物理规律的原理性知识能够帮助学习者降低对“记忆量”的依赖，同时提升学习者对所学知识的内容留存率，物理实验探究也是简化吸收的一种。可见，简化吸收其实并非学习过程中的一个步骤。

基于费曼学习理论的知识基础，学习者在学习物理概念、规律的过程中，大致经历了对物理概念或物理规律的知识性学习，通过小组活动和展示交流所进行的对知识的反思总结，和以教代学为主的知识转化，到最后基于知识迁移应用为形式的知识简化，实现了对物理概念、规律的习得，从而使学习者的物理科学思维能力得以锻炼，使学习者的科学探究能力得以提升，从整体上促进了学习者物理观念的形成。在学习者的学习活动过程中，使学习者的科学态度与责任素养得以提升。因此，基于费曼学习理论的物理教学实践有利于提升学生的物理学科核心素养，对立德树人、提升学生的整体素养意义重大。