耿建

摘? ? 要：物理觀念是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一?；谖锢碛^念的特征，教師可以針對性地幫助學(xué)生形成科學(xué)的物理觀念，并根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》對物理觀念水平描述特征，給出物理觀念水平可理解、可操作的另一種描述方式，有助于深化對物理觀念的評價.

關(guān)鍵詞：物理觀念;特征;養(yǎng)成;評價

著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者費恩曼（R.P. Feynman，1918—1988）曾講過這樣一則笑話.一位女士由于駕車超速而被警察攔住.警察走過來對她說：“您剛才的車速是60英里每小時！”這位女士反駁說：“不可能的！我才開了7分鐘，還不到一個小時，怎么可能走了60英里呢？”“太太，我的意思是：如果您繼續(xù)像剛才那樣開車，在下一個小時里您將駛過60英里.”“這也是不可能的.我只要再行駛10英里就到家了，根本不需要再開過60英里的路程.”從表面上看，該女士對速度、瞬時速度等概念的理解有誤，本質(zhì)上是缺乏運動的物理觀念.那么，物理觀念具有哪些特征？如何幫助學(xué)生形成科學(xué)的物理觀念？如何對學(xué)生掌握物理觀念的情況進行評價？這些是當(dāng)下物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生物理觀念所面臨的核心問題.

一、物理觀念的特點

觀念屬于思想意識范疇，是客觀事物在人們頭腦中留下概括的形象與表象，是對事物或客觀世界一系列系統(tǒng)觀點的總稱，是多個、彼此相關(guān)觀點的集合[1].物理觀念是人們在對物理現(xiàn)象的思維處理后所形成的根本認(rèn)識;是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)[2]4.物理觀念具有以下特征.

（一）客觀基礎(chǔ)性

物理觀念不是憑空產(chǎn)生的，都是基于一定的物理事實、物理現(xiàn)象而總結(jié)提煉出來的.有些臆想出來的概念或規(guī)律，往往不符合事實.如物理學(xué)史上的“超距作用”“以太”等提法，都經(jīng)不起事實檢驗.

（二）主觀性

物理觀念是人對物質(zhì)世界認(rèn)識的集中體現(xiàn)，是經(jīng)人的思維加工積淀后的產(chǎn)物，必然受到認(rèn)識主體的時代背景、知識水平、認(rèn)識能力及其傾向、興趣等主觀因素的影響，具有主觀性.比如對光的本性的認(rèn)識，經(jīng)歷了笛卡爾的微粒說、牛頓的粒子說、惠更斯的波動說、托馬斯楊的波動說、麥克斯韋認(rèn)為光是電磁波、愛因斯坦的光子說、光的波粒二象性等.這些對光的本性的不同認(rèn)識，都帶有主觀色彩.認(rèn)識的主觀性導(dǎo)致片面性，隨著認(rèn)識的主觀性、片面性不斷得到事實的證偽，推進觀念逐漸逼近物理本質(zhì).

（三）抽象性

物理觀念形成的基礎(chǔ)是正確的物理概念和規(guī)律，但又不僅僅局限于某一個概念或規(guī)律，是在一系列正確的、類似的物理概念和規(guī)律的基礎(chǔ)上概括、抽象出來的.例如：“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”是能量觀的表現(xiàn)形式之一，這種表述具有概括性、抽象性，該觀點包含四層含義.首先，存在多種形式的能量;其次，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化;第三，能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化可以通過做功來度量;第四，能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中守恒.這種能量觀有不同的表現(xiàn)形式，又是各種具體形式的抽象.如保守力做功是勢能轉(zhuǎn)化的量度，合力做功是動能轉(zhuǎn)化的量度，除重力和彈簧彈力之外的力做功是機械能轉(zhuǎn)化的量度，摩擦力做功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度，安培力做功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度等.理解了各種具體形式的功和能量的關(guān)系，是形成能量觀念的前提.反之，如果沒有多樣化的功和能量關(guān)系認(rèn)識的基礎(chǔ)，就不可能形成正確的能量觀念.

（四）發(fā)展性

物理觀念的形成都經(jīng)歷了漫長的歷史演變，隨著人類認(rèn)識視野的拓展和認(rèn)知程度的深化而不斷接近物理本質(zhì).如物質(zhì)觀中對原子的認(rèn)識，起初的原子概念，只具有哲學(xué)層面的含義，本意為不可分割的最小微粒.此時，原子是呈電中性的抽象概念;當(dāng)電子被發(fā)現(xiàn)后，人們認(rèn)識到原子具有結(jié)構(gòu)性;之后的湯姆遜的“棗糕”模型;盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型;波爾的半經(jīng)典半量子化的原子模型等.體現(xiàn)了物質(zhì)觀的發(fā)展變化、螺旋上升.

（五）層次性

觀念的主觀性、發(fā)展性等特點，勢必造成觀念認(rèn)識的個體差異性，形成過程的漸進性.因此，對物理觀念的評價就需要進行水平層級的量化考量.《課程標(biāo)準(zhǔn)》中將物理觀念分為五個水平層次[2]78.

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中用一些行為動詞對各核心素養(yǎng)進行水平劃分和說明.水平一描述為“能將……聯(lián)系起來.”水平二描述為“形成初步的……能解釋……解決……”水平三描述為“具有……能解釋……解決……”水平四描述為“具有清晰……能正確描述和解釋……綜合應(yīng)用……”水平五描述為“具有清晰、系統(tǒng)……能正確描述和解釋……能靈活應(yīng)用……”顯然，依據(jù)這樣的描述方式來考量學(xué)生對物理觀念掌握的水平，在操作上是有難度的.

要提升教師對物理觀念層次認(rèn)知的清晰程度和增強在教學(xué)中的可操作性，需要對各層次的物理觀念有更直觀、準(zhǔn)確的描述.表1是換個角度對物理觀念各個水平的理解與描述.后文中會提及各水平層級相應(yīng)的案例.

表1的描述方式中，前四個水平比較好理解，水平五中所謂生成新的物理觀念，可理解為學(xué)生在學(xué)習(xí)了概念規(guī)律的基礎(chǔ)上而提出“新”的觀念，這對學(xué)生來說是“新”的，是即將學(xué)習(xí)或以后會學(xué)到的內(nèi)容，不一定超越現(xiàn)有的物理觀念范疇.

二、物理觀念的養(yǎng)成

就物理觀念而言，教是幫助學(xué)生形成物理觀念，學(xué)是學(xué)生自身養(yǎng)成物理觀念.物理觀念是抽象的，但在實際分析解決問題的過程中又是具體的.學(xué)生物理觀念的養(yǎng)成離不開具體的物理現(xiàn)象、模型或過程.同時，物理觀念是思維的基石，在分析解決問題的思維過程中體現(xiàn)了學(xué)生對物理觀念的認(rèn)識和理解程度.結(jié)合物理觀念的五個特征，教學(xué)中可以從以下五個方面幫助學(xué)生養(yǎng)成物理觀念.

（一）尊重物理知識的客觀性

物理教學(xué)的起點不是概念、規(guī)律，更不是觀念，而是始于直觀的物理現(xiàn)象，客觀的物理事實.在對物理現(xiàn)象和事實描述、分析、理解、抽象的基礎(chǔ)上，提煉出相應(yīng)的概念、規(guī)律，逐漸形成相應(yīng)的物理觀念.因此，物理教學(xué)總是離不開實驗，總是需要構(gòu)建模型，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗到“事實是這樣”，理解“事實為什么是這樣”.

（二）尊重學(xué)生認(rèn)知的主體性

教學(xué)的終極目標(biāo)是學(xué)生學(xué)會、會學(xué)，而不是教師教的如何、講的如何.教師教的目的必然指向?qū)W生的學(xué).所以，在教學(xué)過程中教師不能替代學(xué)生的體驗、感悟、思考、總結(jié)，只有學(xué)生切身感受到的才是真實的，自身感悟出來的才是理解的，經(jīng)歷思考過程的才是有印象的，主動總結(jié)出來的才能應(yīng)用到新問題的分析中去.

（三）尊重形而上的認(rèn)知升華

物理教學(xué)中所遭遇的事實、問題等都是具象的，由此形成的概念、規(guī)律雖然具有抽象的特點，但仍然是離不開具體的物理情景.如果教學(xué)中僅僅局限于事實描述、具體問題的分析，物理概念、規(guī)律的具體應(yīng)用等，那么，學(xué)生只能停留在“形而下”的學(xué)習(xí)境界.學(xué)習(xí)的過程有時需要思維“信馬由韁”，想法“天馬行空”，捕捉學(xué)習(xí)中的“靈感”，用“形而上”的認(rèn)知去感悟自然界的真與美，進而上升到觀念層面.

（四）尊重認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律性

物理觀念的形成可以說是“永遠(yuǎn)在路上”.學(xué)生心智成熟是需要培育且是漸變的.學(xué)習(xí)總是內(nèi)容不斷豐富、認(rèn)知領(lǐng)域不斷擴展、思維能力不斷提升、概念和規(guī)律不斷積累的過程.所以，教學(xué)過程中要尊重認(rèn)知規(guī)律，從簡單到復(fù)雜，從具象到抽象，從表象到本質(zhì).

（五）尊重學(xué)生的主體差異性

學(xué)生的差異性存在于兩個方面.一是學(xué)生在不同階段的認(rèn)知存在差異，二是學(xué)生個體之間存在差異.有了差異也就存在層次，如果直接進行高層次觀念的教學(xué)，將違背規(guī)律，偏離本真.

學(xué)生物理觀念的形成，經(jīng)歷的是一個螺旋上升的過程.開始由物理現(xiàn)象引發(fā)物理問題，為解釋現(xiàn)象、解決問題而凝練出物理概念、規(guī)律（物理知識），經(jīng)不斷累積、思維加工進而形成了相關(guān)物理觀念.如表2所示，是運動與相互作用觀念的形成過程.

學(xué)生是否具有物理觀念，表現(xiàn)為學(xué)生能否用物理概念、規(guī)律去表征物理現(xiàn)象和物理問題.表征是學(xué)生內(nèi)心活動、思維與物理現(xiàn)象、物理問題等文本對話的過程.面對物理現(xiàn)象、物理問題相關(guān)文本時，能否進入物理的“話語體系”，進而用物理的思維來認(rèn)識、分析問題，是物理觀念發(fā)展的關(guān)鍵[3].要強化學(xué)生的物理觀念，教學(xué)過程中需要引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)象、問題等與已有的物理觀念產(chǎn)生聯(lián)系，養(yǎng)成用物理的話語去描述、思考、研究現(xiàn)象與問題的習(xí)慣.

面對這樣的問題文本，學(xué)生聯(lián)想的過程就是思維與該文本對話的過程，從而將該問題與已有的觀念、概念、方法聯(lián)系起來.如果聯(lián)想到運動的合成與分解的觀念，同時意識到輕繩的總長度不變的特點（這是物質(zhì)觀的體現(xiàn)），會將輕繩B端的速度分別沿著繩和垂直于繩兩個方向進行分解，沿著繩的分速度大小就是岸上人運動的速度v1.由此得到v2cos[θ]=v1.如果聯(lián)想到能量觀，即意識到輕繩既不能存儲能量，也不能釋放能量，即人對繩做功的瞬時功率和繩對船做功的瞬時功率相等.設(shè)繩中的彈力大小為F，由此得到Fv1=Fv2cos[θ].教學(xué)過程中如果直接告知學(xué)生利用速度分解的方法或功率相等的方法去解決問題，學(xué)生只是掌握了這道題的解法.如果教學(xué)中滲透運動觀、物質(zhì)觀、能量觀，學(xué)生將領(lǐng)會到處理輕繩模型的一般方法.經(jīng)常性地經(jīng)歷這樣觀念意識的滲透，學(xué)生將逐漸養(yǎng)成用觀念指導(dǎo)思維的習(xí)慣，這正是觀念價值之所在.

三、物理觀念的評價

要保障各核心素養(yǎng)落到實處，必需要有與以往不同的評價方式.如果評價方式不發(fā)生改變，對于廣大教師而言，仍然會“穿新鞋，走老路”，使核心素養(yǎng)僅僅停留在文本中和口號上，不能達(dá)成這一輪課程改革的初衷.現(xiàn)在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出了核心素養(yǎng)的水平層級.那么，如何在評價中體現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的水平是當(dāng)下面臨的關(guān)鍵問題.

要考查學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的水平，需要從兩個維度進行思考.一是試題的分層命制，即試題定位于考查核心素養(yǎng)的哪個水平，可稱之為分層水平測試;二是試題的分層評價.學(xué)生的解答有正確和錯誤之分，存在觀念、方法、思路等的差異.這些差異的背后體現(xiàn)了學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的水平，由此可以對學(xué)生的解答過程進行分層水平評價.

例2? ? 利用如圖2所示的電路做光電效應(yīng)實驗，某種頻率的光照射到光電管的金屬材料上發(fā)生了光電效應(yīng).

基于這一物理事實，可以命制不同水平層級的試題，從而考查學(xué)生物質(zhì)觀的發(fā)展水平.

水平一：光電效應(yīng)發(fā)生的場所在哪里？

水平二：如果靈敏電流計有讀數(shù)，回路中的電流方向如何？

水平三：如果要使靈敏電流計的讀數(shù)變大，該如何操作？

水平四：如果需要測量該裝置中的遏止電壓，該如何操作？

水平五：該實驗表明光具有什么特性？試舉例說明光還具有其他特性嗎？談?wù)勀銓獾谋拘缘恼J(rèn)識.

水平一考查學(xué)生對這一物理現(xiàn)象的基本認(rèn)識，是關(guān)于“是什么”的考查.需要學(xué)生知道光電效應(yīng)是光子與金屬表面的電子相互作用而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象.水平二考查該光電效應(yīng)現(xiàn)象中“怎么樣”的特征，知道發(fā)生光電效應(yīng)后，電子從陰極被激發(fā)出來后運動到陽極形成回路，產(chǎn)生順時針方向的電流.水平三考查該光電效應(yīng)現(xiàn)象中“怎么辦”的問題，知道入射光的頻率、入射光的強度、光電管中金屬材料、光電壓等是影響光電流強度的因素.水平四綜合考查光電效應(yīng)與分壓電路“還能怎么辦”的相關(guān)知識，通過分壓電路可以測量遏止電壓.水平五考查學(xué)生對光的本性的認(rèn)識，考查學(xué)生是否靈活掌握光電現(xiàn)象與相應(yīng)本質(zhì)之間的聯(lián)系.其實，波粒二象性是對光的本性認(rèn)識的一種不得已的說法，至于光的本性是什么，目前只是根據(jù)光傳播過程中所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象來描述.有時光表現(xiàn)為粒子性，有時光表現(xiàn)為波動性.波粒二象性只是一種折中的說法.客觀地說，人們至今還不清楚光的本性到底是什么，或者說這種追問本身無意義.只能就其表現(xiàn)而給出相應(yīng)的表象描述，這并非是光的本性.就好比對某個人來說，當(dāng)其行善時，他是“好人”，當(dāng)其有惡行時，他是“壞人”.至于這個人的本性是“好人”還是“壞人”，不能離開他具體的行為而給出一個抽象評判，只能根據(jù)他的具體行為表現(xiàn)來定性這次行為的善與惡.這種認(rèn)識，超越了傳統(tǒng)認(rèn)知，突破了常規(guī)思維，更是觀念的創(chuàng)新.

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中給出了學(xué)業(yè)水平考試試題案例，并給出了相應(yīng)的評價方案建議，這是從試題對核心素養(yǎng)要素考查的維度和解答正確程度角度進行評價的.學(xué)生在解題過程中，在方法、思路、概念、計算等方面存在錯誤.但錯誤并非不能反映學(xué)生的素養(yǎng)水平，可以根據(jù)學(xué)生錯誤的類型進行分層評價.

例3? ?如圖3所示，電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌，水平放置于磁感應(yīng)強度B、方向豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)軌左端接一定值電阻R.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，始終垂直于導(dǎo)軌且接觸良好.當(dāng)MN受到垂直于棒的水平恒力F的作用，由靜止開始運動，經(jīng)過位移x，獲得速度v.求金屬棒在運動中回路產(chǎn)生的熱能.

這三位學(xué)生并不是沒有物理觀念和科學(xué)思維.如果僅僅看方法是否合理，方程是否規(guī)范，答案是否正確，以上三位學(xué)生的解答都不能得分，但三位學(xué)生的錯誤原因各不相同.

學(xué)生甲認(rèn)識到焦耳定律是求解熱能的一種途徑，電流強度是感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的，運動的時間與位移和速度有關(guān)系.該學(xué)生具備了焦耳定律、動生電動勢、閉合電路歐姆定律等知識，但缺乏對金屬棒運動過程的動態(tài)分析，忽視了該題中金屬棒是變速運動的，回路中的電流強度是變化的特點.可以給出相當(dāng)于水平一的評價.學(xué)生乙和丙也許認(rèn)識到該題只能借助于功能關(guān)系分析.學(xué)生乙是混淆了安培力做功和焦耳熱之間的關(guān)系，在同一個方程中重復(fù)出現(xiàn)安培力做功和焦耳熱.可以給出相當(dāng)于水平二的評價.學(xué)生丙是混淆了功能關(guān)系的轉(zhuǎn)化，得出的焦耳熱是一個負(fù)值.可以給出相當(dāng)于水平三的評價.如果按傳統(tǒng)的評價方式，這三種解答都不能得分，不能對學(xué)生解答過程的差異性給出客觀的評價.如果分析學(xué)生錯誤的類型及原因，根據(jù)核心素養(yǎng)的水平也將錯誤類型進行分層，給出相應(yīng)的肯定性評價，有利于核心素養(yǎng)的分層在評價中得到落實，也是促進評價的科學(xué)性和有效性的關(guān)鍵.

參考文獻：

[1]羅瑩.物理核心素養(yǎng)研究：物理知識與物理觀念[J].物理教師，2018（6）：2-6.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]高杰，等.高考考生物理核心素養(yǎng)部分要素發(fā)展?fàn)顩r的診斷與分析[J].考試研究，2017（1）：27-37.