在“對(duì)話”中彰顯物理課程的人文魅力

馬亞鵬

傳統(tǒng)的物理課程教學(xué)過于注重知識(shí)的傳授，老師單向地以“獨(dú)白”的方式向?qū)W生傳遞信息，學(xué)生以記錄課堂筆記、習(xí)題演練等為主要方式接受信息，這種“灌輸中心教學(xué)”忽視了學(xué)生思維的發(fā)展，也沒能體現(xiàn)物理課程的人文教育功能，有“見物不見人”的傾向。事實(shí)上，課堂教學(xué)首先是由一系列的溝通活動(dòng)構(gòu)成的，在多樣的溝通活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)積極建構(gòu)、發(fā)展學(xué)生的思維能力、形成學(xué)習(xí)共同體、實(shí)現(xiàn)他們的社會(huì)化發(fā)展。從這個(gè)意義上，包括物理課程在內(nèi)的課堂教學(xué)都需要從“灌輸中心教學(xué)”走向“對(duì)話中心教學(xué)”。本文具體闡述“對(duì)話”原理在物理課堂教學(xué)中的運(yùn)用。

一、在“對(duì)話”中實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)的建構(gòu)

在以教師“獨(dú)白”為主要方式的課堂教學(xué)中，學(xué)生盡管用心識(shí)記了課程內(nèi)容，但學(xué)生在進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)之前并不是一塊“白板”，而是在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和生活中建立了豐富的“前概念”。因前概念具有頑固性，單純通過記憶概念的語(yǔ)詞和定義并不能幫助學(xué)生正確理解概念的本質(zhì)。研究表明，多樣化的教學(xué)情境以及通過充分的交流使前概念暴露在課堂環(huán)境之中，是實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的一條有效途徑。因此，在物理教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)特定學(xué)生的特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)有益于發(fā)現(xiàn)問題的物理情境，引發(fā)學(xué)生的討論，在這個(gè)過程中建構(gòu)對(duì)知識(shí)的正確理解。

【案例1】“牛頓第一定律”課堂實(shí)錄（片段）

（首先讓學(xué)生閱讀教科書，提出問題）

師：在認(rèn)識(shí)“力和運(yùn)動(dòng)”關(guān)系的歷程中，哪些科學(xué)家提出了自己的觀點(diǎn)？

生：亞里士多德、伽利略、笛卡爾和牛頓。

師：亞里士多德提出的觀點(diǎn)是什么？

生：亞氏認(rèn)為，必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。

師：亞氏提出自己觀點(diǎn)的依據(jù)是什么呢？

生：生活經(jīng)驗(yàn)，比如我用力推一下放在桌面上的文具盒，文具盒發(fā)生運(yùn)動(dòng)，停止用力，文具盒停了下來(lái)。（邊回答邊演示）

師：很好！這個(gè)觀點(diǎn)和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是一致的，因此綿延了一千多年，后來(lái)伽利略提出了自己的觀點(diǎn)，他是怎么想的呢？

生：伽利略首先認(rèn)識(shí)到小球沿著斜面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度增大，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度減小，由此他得出小球在水平面上運(yùn)動(dòng)，物體的速度將不增不減?？伤l(fā)現(xiàn)實(shí)際情況并不是這樣的，而是速度逐漸減小，直到停止。他認(rèn)為這是因?yàn)樽枇Φ淖饔?，由此他猜想，如果沒有阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

師：伽利略是如何證明自己的猜想的呢？

生：通過斜面實(shí)驗(yàn)。

師：伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)是怎樣進(jìn)行的？

生：讓小球從一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始向下運(yùn)動(dòng)，小球?qū)L上另一個(gè)斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度。減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在斜面上仍將達(dá)到同一高度，但這時(shí)它要運(yùn)動(dòng)得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，球到達(dá)同一高度時(shí)就會(huì)離得更遠(yuǎn)。若將第二個(gè)斜面放平，球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

師：在斜面實(shí)驗(yàn)中，伽利略得出了什么結(jié)論？

生：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因。

師：伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為沒有摩擦?xí)r，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)嗎？

生：不能，摩擦是不可避免的。

師：嗯，伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，也叫理想實(shí)驗(yàn)。它是“思想上的實(shí)驗(yàn)”，它是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要因素，對(duì)實(shí)際物理過程進(jìn)行的科學(xué)抽象，是一種邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。正是利用伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)所使用的推理方式，才使得人們撥開了阻力的迷霧，真正認(rèn)識(shí)到亞里士多德觀點(diǎn)的謬誤之處，建立了正確的力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)……

【評(píng)述】牛頓第一定律教學(xué)向來(lái)是一個(gè)難點(diǎn)，本案例一改以往講授式的教學(xué)方式，首先引導(dǎo)學(xué)生帶著問題閱讀教科書，然后在教師一系列問題的引導(dǎo)下，認(rèn)識(shí)牛頓第一定律建立的過程，尤其是對(duì)伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)探討，讓學(xué)生徹底意識(shí)到亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的觀點(diǎn)的錯(cuò)誤之處，有效克服了前概念對(duì)習(xí)得新知識(shí)的影響。

二、在“對(duì)話”中體會(huì)物理思想方法的奧妙

物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)，在物理學(xué)發(fā)展的歷程之中，科學(xué)思想方法的地位舉足輕重，科學(xué)思想方法也是科學(xué)文化的重要組成部分。物理教學(xué)不能無(wú)視這些文化成果，更不能使科學(xué)思想方法和科學(xué)家富有真知灼見的發(fā)現(xiàn)過程被嚴(yán)密的邏輯體系和繁復(fù)的公式運(yùn)算所遮蔽。教學(xué)中，要盡可能地引導(dǎo)學(xué)生通過討論乃至爭(zhēng)論，幫助學(xué)生認(rèn)知、理解、體會(huì)物理思想方法的奧秘。

【案例2】“追尋守恒量”課堂實(shí)錄（片段）

師：在研究守恒規(guī)律的過程中，運(yùn)動(dòng)中的守恒量是什么呢？這曾經(jīng)是一個(gè)非常重要而且引起強(qiáng)烈爭(zhēng)論的問題。之所以要研究運(yùn)動(dòng)中的守恒量，是因?yàn)楹芏嗾軐W(xué)家都堅(jiān)信“運(yùn)動(dòng)不滅”，如著名的哲學(xué)家、科學(xué)家笛卡爾曾經(jīng)說(shuō)過，“物質(zhì)有一個(gè)一定的量的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)量從來(lái)不增加也不減少”。運(yùn)動(dòng)有恒的思想，早在伽利略的著作中就有所體現(xiàn)。我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

演示：取一單擺，在單擺運(yùn)動(dòng)平面的后面放一張標(biāo)記了水平線的紙，將擺球拉至水平線所示的位置釋放，學(xué)生觀察擺球的運(yùn)動(dòng)。

師：請(qǐng)同學(xué)們分析一下擺球的運(yùn)動(dòng)？

生：（描述現(xiàn)象）小球由靜止向下擺動(dòng)，越來(lái)越快，到最低點(diǎn)后向上擺動(dòng)，速度減小。如此往復(fù)。

師：大家有沒有注意到一個(gè)現(xiàn)象，小球擺動(dòng)到左邊的最高點(diǎn)B和釋放點(diǎn)A好像在同一水平線上。

生：好像是。

師：我們看一個(gè)慢鏡頭。

播放視頻：播放單擺運(yùn)動(dòng)的頻閃視頻。

師：從視頻中，我們有什么啟發(fā)？

生：小球在運(yùn)動(dòng)中，高度降低、速度增大，速度減少、高度增加。擺動(dòng)過程中的最高點(diǎn)與原來(lái)的高度相同。

師：嗯，正是在對(duì)擺球的研究過程中，伽利略得到了啟示，設(shè)計(jì)了一個(gè)理想斜面實(shí)驗(yàn)。斜面實(shí)驗(yàn)我們?cè)谏弦粚W(xué)期學(xué)習(xí)過，下面我們?cè)僬?qǐng)兩位學(xué)生演示并講解這個(gè)實(shí)驗(yàn)。endprint

演示：（學(xué)生演示并講解）重溫伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)。

師：這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同特點(diǎn)是什么？

生：共同特點(diǎn)高度降低、速度增大；高度增加、速度減?。辉跊]有阻力的條件下，還能回到原來(lái)的高度。

師：這個(gè)過程中，有沒有一個(gè)量是守恒的呢？想一下，我們是怎樣研究守恒的。

生：h+v守恒。

師：對(duì)不對(duì)呢？

生：這兩個(gè)不能直接相加。

師：如果換成f（h）+f（v）=C，大家覺得如何？

生：可以，與高度有關(guān)的物理量和與速度有關(guān)的物理量之和保持不變。

師：嗯。這樣就可以相加了，后來(lái)的物理學(xué)家把這個(gè)事實(shí)說(shuō)成是“某個(gè)量是守恒的”，并把這個(gè)量叫做能量或能。

【評(píng)述】能量的概念是在人類追尋“運(yùn)動(dòng)中的守恒量是什么”的過程中發(fā)展起來(lái)的。守恒關(guān)系是自然中十分重要的關(guān)系，從中學(xué)開始加強(qiáng)學(xué)生對(duì)守恒關(guān)系的認(rèn)識(shí)是有益的，因?yàn)樗菢O為重要的研究方向。案例通過伽利略當(dāng)年對(duì)擺球的研究過程中得到啟示設(shè)計(jì)的理想斜面實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)兩位學(xué)生演示、講解這個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)總結(jié)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同特點(diǎn)。教師追問：這個(gè)過程中，有沒有一個(gè)量是守恒的呢？學(xué)生從起初的“h+v守恒”討論到f（h）+f（v）=C，即得到與高度有關(guān)的物理量和與速度有關(guān)的物理量之和保持不變。后來(lái)的物理學(xué)家把這個(gè)事實(shí)說(shuō)成是“某個(gè)量是守恒的”，并把這個(gè)量叫做能量或能。

三、在“對(duì)話”中感悟“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)（STS）”之間的關(guān)系

STS（即科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)）是20世紀(jì)六七十年代在歐美興起的研究科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)之間的相互關(guān)系的思潮。盡管學(xué)術(shù)界對(duì)STS的界定還存在著爭(zhēng)議，但其代表了一種新的思維模式和價(jià)值觀。STS研究的宗旨是“充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的積極作用，克服科學(xué)技術(shù)的負(fù)面影響，使科學(xué)技術(shù)真正造福于人類”。然而在教學(xué)實(shí)踐中，STS教學(xué)還停留在相關(guān)內(nèi)容的介紹的層次上，這對(duì)學(xué)生而言實(shí)在是可有可無(wú)的教學(xué)環(huán)節(jié)，沒能發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。對(duì)STS議題的討論可實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系的真正理解。

【案例3】“核能的利用”課堂實(shí)錄（片段）

師：今天的“STS”專題研討課。我們討論一個(gè)議題——“核能的利用”，請(qǐng)大家根據(jù)課前檢索的資料，對(duì)這個(gè)議題進(jìn)行研討。

師：我們要討論的第一個(gè)問題是“核能與常規(guī)能源相比，具有哪些優(yōu)勢(shì)”？

生A：根據(jù)我查到的資料，核能有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①核原料提供的能量巨大，計(jì)算表明，1kg鈾全部裂變釋放的能量相對(duì)于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒放出的能量；②核原料的儲(chǔ)量豐富，鈾在地殼中的平均含量比金、銀更為豐富，不僅分布在巖石中，也蘊(yùn)藏在海水、河水、湖水中；熱核反應(yīng)需要的燃料——氘，在海水中有著豐富的儲(chǔ)量；③核燃料的運(yùn)輸和存儲(chǔ)方便；④清潔衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境污染小。

師：看來(lái)核能的確有很多優(yōu)點(diǎn)，那么我們利用核能的途徑有哪些呢？

生B：我們組也查閱了一些材料，二戰(zhàn)時(shí)期科學(xué)家研制了原子彈和氫彈，將核能應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)，加速了二戰(zhàn)的結(jié)束。第二種利用核能的方式是建立核電站，據(jù)我所知，目前已經(jīng)有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立了400多座核電站，發(fā)電量已占世界發(fā)電總量的17%以上。第三種利用核能的方式是可控的熱核反應(yīng)，不過目前沒有很好的核燃料約束方法。

師：非常好。剛才B同學(xué)說(shuō)到了核電站，我們大家都知道，2011年3月，日本福島核電站發(fā)生了核泄漏事件，引發(fā)了國(guó)際社會(huì)的恐慌，人們認(rèn)為核電站很不安全，大家對(duì)這個(gè)問題怎么看？

生C：我們專門查閱了相關(guān)的資料，其實(shí)核泄漏的可能性是極小的，核電站往往會(huì)設(shè)計(jì)4道安全屏障。（具體內(nèi)容從略）

師：謝謝C同學(xué)精心準(zhǔn)備的材料，核電站確實(shí)有著嚴(yán)格的安全措施，那么對(duì)于核反應(yīng)后的核廢料，通常是怎樣處理的呢？

生D：我們組關(guān)注了這個(gè)問題，其實(shí)核廢料的處理方法有多種，目前我國(guó)對(duì)核廢料采用后處理技術(shù)，即從用過的核燃料中回收鈾、钚等。對(duì)一些中、低放射性廢物進(jìn)行瀝青固化或水泥固化后，埋藏在地下淺層廢料庫(kù)；對(duì)高放射性廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫(kù)。

師：巨大的核能既能造福于人類，也有一些潛在的危險(xiǎn)。如果大家是未來(lái)的核物理科學(xué)家，你們認(rèn)為應(yīng)該怎樣利用核能呢？

生：……

【評(píng)述】案例以“議題”的形式開展STS教育，通過學(xué)生課前查閱資料之后，在教師的主持之下，進(jìn)行交流和討論，使教科書上的一小段閱讀材料，在師生共同的教學(xué)創(chuàng)生中，發(fā)揮了很好的教育價(jià)值。學(xué)生通過對(duì)話、協(xié)作和研討，認(rèn)識(shí)了核能利用的歷史、現(xiàn)狀、安全性、核廢料的處理以及科學(xué)家的社會(huì)責(zé)任等，使學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展引起的社會(huì)問題以及公眾應(yīng)對(duì)這些問題的方式，實(shí)現(xiàn)了物理課程三維教學(xué)目標(biāo)的統(tǒng)一。

（作者單位：寧夏銀川市第九中學(xué)）endprint