基于費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的物理學(xué)科核心素養(yǎng)踐行研究

徐艷梅

徐州市銅山區(qū)清華中學(xué)，江蘇 徐州 221116

傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)傾向于向?qū)W習(xí)者傳授物理概念、規(guī)律的文本知識(shí)，重視知識(shí)的容量和結(jié)論，輕視物理規(guī)律的探究過(guò)程，進(jìn)而忽視學(xué)習(xí)者科學(xué)思維的發(fā)展。這容易使得學(xué)習(xí)者對(duì)所習(xí)得的物理概念和規(guī)律生搬硬套，建構(gòu)了自身不完整的物理觀念。

高中物理課程內(nèi)容是建立在初中物理的學(xué)習(xí)內(nèi)容之上的，學(xué)習(xí)者通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)對(duì)生活中的物理現(xiàn)象進(jìn)行研究，通過(guò)模型建構(gòu)、科學(xué)推理與論證等方法，使學(xué)習(xí)中所提出的問(wèn)題得以解決，進(jìn)而在解決問(wèn)題的過(guò)程中形成科學(xué)的研究方法和理論體系，以此來(lái)提升學(xué)習(xí)者的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論出自理論物理學(xué)家諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼。他1961年在加州理工學(xué)院講授物理學(xué)，所使用的教學(xué)講義經(jīng)其學(xué)生整理出版了《費(fèi)曼物理學(xué)講義》，而后人們從中提煉出了費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論。費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)的學(xué)習(xí)可以用 Concept（概念）、Review（回顧）、Teach（教授）、Simplify（簡(jiǎn)化）四個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行概括。

筆者在深入分析費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)之上，充分考慮物理教學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，結(jié)合“庫(kù)侖定律”一節(jié)的教學(xué)實(shí)踐，以提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，從理論與實(shí)踐層面提出以下幾條培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐體會(huì)。

1 基于問(wèn)題情境明確、理解學(xué)習(xí)目標(biāo)

根據(jù)對(duì)費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的關(guān)鍵詞Concept（概念）的理解，按照物理問(wèn)題解決的思路，將其分為兩個(gè)步驟，首先是明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，其次是理解學(xué)習(xí)目標(biāo)。其中，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)可以讓學(xué)習(xí)者對(duì)所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有清晰的思維，產(chǎn)生對(duì)所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容深入了解的渴望，以及在進(jìn)一步的學(xué)習(xí)行動(dòng)中產(chǎn)生專(zhuān)注力，使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行動(dòng)更具有針對(duì)性，學(xué)習(xí)效率會(huì)大大提高。

教學(xué)片段1：

實(shí)驗(yàn)演示：利用靜電鈴鐺敲響上課鈴。

教師介紹自制靜電鈴鐺的構(gòu)造，演示起電機(jī)使鈴鐺帶電后，小球左右搖擺敲響鈴鐺。

學(xué)生聆聽(tīng)別致的鈴聲，思考“靜電鈴”的原理。

師：要想了解靜電鈴鐺的工作原理，我們需要學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容，電荷間的相互作用規(guī)律——庫(kù)侖定律。

物理概念和物理規(guī)律學(xué)習(xí)都是建立在學(xué)習(xí)者由生活經(jīng)驗(yàn)所轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)創(chuàng)設(shè)靜電鈴鐺敲響上課鈴的問(wèn)題情境導(dǎo)入新課，在增加學(xué)習(xí)者日常生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，一方面使學(xué)習(xí)者更加明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，另一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)習(xí)知識(shí)的求知欲。學(xué)習(xí)者的探索欲和求知欲同時(shí)也是科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)培養(yǎng)的重點(diǎn)內(nèi)容。

2 以問(wèn)題為導(dǎo)引的自主學(xué)習(xí)

費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論中Concept（概念）的第二步是理解學(xué)習(xí)對(duì)象，它要求學(xué)習(xí)者多角度理解知識(shí)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行有邏輯的系統(tǒng)化，并將知識(shí)納入學(xué)習(xí)者已有的知識(shí)體系中。將知識(shí)進(jìn)行有邏輯的系統(tǒng)化最有效的方法就是制作知識(shí)流程圖。通過(guò)知識(shí)流程圖可以將與物理概念、物理規(guī)律相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)以表格、圖像或者樹(shù)狀圖等形式呈現(xiàn)出來(lái)，加深并鞏固了學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)習(xí)者將知識(shí)融入自身的知識(shí)體系，從而使知識(shí)系統(tǒng)化。

教學(xué)片段2:

教師提出問(wèn)題：

（1）通過(guò)何種方法改變靜電鈴鐺鈴聲的強(qiáng)弱？猜測(cè)電荷間靜電力的大小可能與哪些因素有關(guān)？

（2）實(shí)驗(yàn)中，如何測(cè)量?jī)蓚€(gè)帶電體的間距？如何改變電荷量的大小？

（3）實(shí)驗(yàn)中，如何體現(xiàn)電荷間靜電力的大小及靜電力的變化？

（4）實(shí)驗(yàn)采用什么研究方法？

（5）組內(nèi)討論制訂本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案。

高中物理的學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)新生事物，教學(xué)中教師通過(guò)問(wèn)題的引導(dǎo)，能夠幫助學(xué)習(xí)者快速篩選重要的知識(shí)，將學(xué)習(xí)目標(biāo)瞄準(zhǔn)在對(duì)庫(kù)侖力大小影響因素的探究，提高了課堂教學(xué)的效率。教師的問(wèn)題引導(dǎo)并非是對(duì)物理概念、規(guī)律的知識(shí)要點(diǎn)提問(wèn)，而是旨在幫助學(xué)習(xí)者理解庫(kù)侖力的大小關(guān)系、制訂實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生在此基礎(chǔ)之上通過(guò)對(duì)教師所提問(wèn)題的深度理解和加工，從而形成關(guān)于探究庫(kù)侖力大小關(guān)系的知識(shí)流程圖（圖1）。知識(shí)流程圖是一種可視化的思維路徑，能夠有助于學(xué)習(xí)者物理觀念的形成，使學(xué)習(xí)者整個(gè)的學(xué)習(xí)過(guò)程中都貫穿著對(duì)庫(kù)侖力的理解與思考，學(xué)習(xí)者的科學(xué)思維能力得到不斷的發(fā)展。

圖1 庫(kù)侖定律知識(shí)流程圖

3 融合回顧反思的小組活動(dòng)

費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論中Review（回顧）指的是對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的回顧反思。學(xué)習(xí)者通過(guò)回顧向小組內(nèi)成員展示個(gè)人學(xué)習(xí)成果。在回顧的過(guò)程中，將剛才學(xué)習(xí)過(guò)程中所形成的短時(shí)記憶進(jìn)行調(diào)取，進(jìn)而使短時(shí)記憶得到強(qiáng)化發(fā)展成為長(zhǎng)時(shí)記憶。傾聽(tīng)者通過(guò)質(zhì)疑使學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)自身理解知識(shí)時(shí)存在的誤區(qū)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，完善了學(xué)習(xí)者的知識(shí)流程圖。

教學(xué)片段3：

小組活動(dòng)：

（1）實(shí)驗(yàn)原理探討

學(xué)生1：加速搖動(dòng)起電機(jī)，靜電鈴鐺就會(huì)越響亮。

靜電力的大小可能與電荷量的大小、帶電體間的距離有關(guān)。

……

傾聽(tīng)者1：帶電體的形狀、大小、電荷分布對(duì)測(cè)量帶電體間距離的影響？

傾聽(tīng)者2：如果兩個(gè)帶電體相距較近，能否將其看作點(diǎn)電荷？

傾聽(tīng)者3：靜電力的大小與豎直方向夾角的具體關(guān)系是什么？

傾聽(tīng)者4：實(shí)驗(yàn)中是否有快速測(cè)量出懸線與豎直方向的夾角大小的方法？

……

（2）制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

（3）實(shí)驗(yàn)器材選擇

（4）驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)猜想

（5）得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合物理教學(xué)的特點(diǎn)，將費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論中的Review（回顧）與物理教學(xué)中的小組活動(dòng)進(jìn)行了融合。

小組活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者經(jīng)歷了對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的討論、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制訂與完善、以小組為單位的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)等。通過(guò)以上活動(dòng)，學(xué)習(xí)者的科學(xué)思維能力得以發(fā)展，學(xué)習(xí)者真實(shí)感受到了科學(xué)探究過(guò)程，進(jìn)而對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加真切，科學(xué)探究能力進(jìn)一步得到培養(yǎng)。小組活動(dòng)中由傾聽(tīng)者的質(zhì)疑所引起的反思能夠幫助學(xué)習(xí)者更清晰地知道實(shí)驗(yàn)中所要研究的帶電體應(yīng)具有什么樣的特點(diǎn)，帶電體在什么情況下可以看作點(diǎn)電荷，帶電體所受的靜電力的大小如何呈現(xiàn)等內(nèi)容。當(dāng)學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)在知識(shí)的學(xué)習(xí)中存在盲區(qū)、誤區(qū)，能夠進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)能夠?qū)⑿〗M活動(dòng)中所學(xué)習(xí)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)操作的注意要點(diǎn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的完善，進(jìn)而與自身經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，從而產(chǎn)生更加詳細(xì)的知識(shí)流程圖。通過(guò)以上學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)習(xí)者進(jìn)一步加深和完善對(duì)物理概念的理解，學(xué)習(xí)者的物理觀念也因此得以提升。同時(shí)，通過(guò)在物理教學(xué)中組織學(xué)生小組活動(dòng)，創(chuàng)造了學(xué)生交流的機(jī)會(huì)，發(fā)展了學(xué)生的表達(dá)能力，活動(dòng)的組織提升了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。

4 基于小組展示的以教代學(xué)

Teach（教授）是費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的核心。當(dāng)學(xué)習(xí)者將教授作為一種任務(wù)加入學(xué)習(xí)計(jì)劃時(shí)，學(xué)習(xí)者需要在輸出的過(guò)程中充當(dāng)著解惑者、傳道者的角色，因此在學(xué)習(xí)過(guò)程中他就要更加主動(dòng)地對(duì)知識(shí)的重要部分加強(qiáng)理解，更加關(guān)注與知識(shí)相關(guān)的論點(diǎn)、論證及邏輯關(guān)系。學(xué)習(xí)者的講授并不是一種簡(jiǎn)單的背誦重復(fù)，他要將所學(xué)習(xí)的知識(shí)與自己的知識(shí)建立聯(lián)系，從傾聽(tīng)者的反饋中進(jìn)一步加深了對(duì)知識(shí)的理解深化，并且最大效率地提升了所學(xué)知識(shí)的內(nèi)容留存率。因此，Teach（教授）是一種強(qiáng)大的學(xué)習(xí)力。

教學(xué)片段4：

學(xué)習(xí)者通過(guò)以教代學(xué)的過(guò)程，無(wú)形之間與傾聽(tīng)者建立一個(gè)交流過(guò)程。比如，當(dāng)學(xué)習(xí)者講授到探究庫(kù)侖力的原理時(shí)、實(shí)驗(yàn)器材的選擇時(shí)，他的講授需要獲得傾聽(tīng)者的認(rèn)可。學(xué)習(xí)者在教授過(guò)程中，需要對(duì)教授的內(nèi)容進(jìn)行組織，比如對(duì)電荷間相互作用力的探究過(guò)程，學(xué)習(xí)者將其分為：探究課題、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)結(jié)論幾個(gè)部分（圖2）。在思考采用何種形式進(jìn)行表達(dá)時(shí)，可以采用文字，也可以采用知識(shí)流程導(dǎo)圖，或者在有些知識(shí)中可以采用表格或圖像。通過(guò)以上的準(zhǔn)備、講授，提升了學(xué)習(xí)者制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的能力，對(duì)科學(xué)結(jié)果進(jìn)行交流反思的能力。同時(shí)，通過(guò)與傾聽(tīng)者的交流，提升了學(xué)習(xí)者的交流和表達(dá)能力。

圖2 學(xué)生展示的結(jié)構(gòu)

教師在操作過(guò)程中，為了提高學(xué)生的教授效果，可以提出以下要求：（1）注意語(yǔ)言技巧，表達(dá)簡(jiǎn)潔、易懂、無(wú)歧義；（2）圍繞知識(shí)闡述學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解，要有一定的深度；（3）講授前充分利用好小組討論獲得的反饋信息。

5 以應(yīng)用為主的簡(jiǎn)化吸收

費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論中的Simplify是簡(jiǎn)化和吸收的意思。費(fèi)曼認(rèn)為，任何知識(shí)無(wú)論包含多少概念和分支，它都存在一個(gè)理解和吸收該知識(shí)的關(guān)鍵之處。學(xué)習(xí)者在對(duì)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化和吸收的過(guò)程中，提升了自身思維能力的同時(shí)深化了對(duì)知識(shí)的理解與認(rèn)知。學(xué)習(xí)的最終目的是抽取我們需要的東西，形成自己的知識(shí)體系。費(fèi)曼認(rèn)為，要想對(duì)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化和吸收，首先要對(duì)知識(shí)進(jìn)行分解，找出理解和吸收該知識(shí)的關(guān)鍵之處也就是核心知識(shí)；其次是將核心知識(shí)進(jìn)行有邏輯的系統(tǒng)化。

教學(xué)片段5：

借助兩根相同長(zhǎng)度的絕緣細(xì)繩，將兩個(gè)帶同種電荷的相同大小的帶電小球懸掛在同一點(diǎn)。如圖3所示，兩帶電小球的質(zhì)量分別為m1，m2，球A所帶的電荷量大于球B所帶的電荷量。兩小球靜止時(shí)，懸線與豎直方向的偏角分別為α和β，請(qǐng)根據(jù)已知信息判斷二者的關(guān)系，并說(shuō)明原因。

圖3 教學(xué)片段示意圖

如何通過(guò)物理問(wèn)題的解決達(dá)到對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)化和吸收？在解決物理問(wèn)題的過(guò)程中所需要的物理概念或物理規(guī)律就是我們所學(xué)習(xí)的核心知識(shí)。通過(guò)使用物理知識(shí)解決物理問(wèn)題，能夠加深對(duì)知識(shí)的理解，進(jìn)而使其融入到學(xué)習(xí)者自身的知識(shí)體系中，從而使其達(dá)到核心知識(shí)有邏輯的系統(tǒng)化，也即完成了知識(shí)的簡(jiǎn)化和吸收。

比如，在“庫(kù)侖定律”這節(jié)內(nèi)容中，我們需要簡(jiǎn)化和吸收的知識(shí)要點(diǎn)是理解庫(kù)侖定律的內(nèi)容，并能夠使用庫(kù)侖定律解決相關(guān)問(wèn)題。在物理問(wèn)題中，兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1，m2，球A所帶的電荷量大于球B所帶的電荷量，兩個(gè)帶電小球之間的庫(kù)侖力有什么關(guān)系呢？懸線與豎直方向的偏角又取決于什么呢？通過(guò)物理問(wèn)題的解決讓學(xué)習(xí)者理解了電荷間的庫(kù)侖力是一對(duì)相互作用力，取決于兩個(gè)帶電體的電荷量的乘積，兩個(gè)電荷間作用力的方向在兩個(gè)電荷間的連線上。同時(shí)，也理解了懸線夾角與電荷量、質(zhì)量的關(guān)系。

然而，教學(xué)中為何還要花大力氣對(duì)電荷間的相互作用力的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，而不直接將庫(kù)侖定律的內(nèi)容告知學(xué)習(xí)者呢？因?yàn)橐粋€(gè)物理概念或物理規(guī)律背后的邏輯根源、因果關(guān)系或者其他背景信息都屬于原理性知識(shí)，掌握物理概念或物理規(guī)律的原理性知識(shí)能夠幫助學(xué)習(xí)者降低對(duì)“記憶量”的依賴(lài)，同時(shí)提升學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)的內(nèi)容留存率，物理實(shí)驗(yàn)探究也是簡(jiǎn)化吸收的一種?？梢?jiàn)，簡(jiǎn)化吸收其實(shí)并非學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)步驟。

基于費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)物理概念、規(guī)律的過(guò)程中，大致經(jīng)歷了對(duì)物理概念或物理規(guī)律的知識(shí)性學(xué)習(xí)，通過(guò)小組活動(dòng)和展示交流所進(jìn)行的對(duì)知識(shí)的反思總結(jié)，和以教代學(xué)為主的知識(shí)轉(zhuǎn)化，到最后基于知識(shí)遷移應(yīng)用為形式的知識(shí)簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理概念、規(guī)律的習(xí)得，從而使學(xué)習(xí)者的物理科學(xué)思維能力得以鍛煉，使學(xué)習(xí)者的科學(xué)探究能力得以提升，從整體上促進(jìn)了學(xué)習(xí)者物理觀念的形成。在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程中，使學(xué)習(xí)者的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)得以提升。因此，基于費(fèi)曼學(xué)習(xí)理論的物理教學(xué)實(shí)踐有利于提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，對(duì)立德樹(shù)人、提升學(xué)生的整體素養(yǎng)意義重大。