穆良柱

(北京大學(xué)物理學(xué)院，北京 100871)

從中學(xué)到大學(xué)的物理教育中，學(xué)生、家長(zhǎng)、教師都會(huì)遇到很多令人困惑的問(wèn)題。例如，中學(xué)生做題經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，為什么平時(shí)都會(huì)，考試時(shí)卻錯(cuò)了？又粗心了？家長(zhǎng)常常困惑的問(wèn)題是，同樣在努力，為什么別人家的孩子進(jìn)了清華北大，自己卻只能羨慕與欽佩？不夠聰明？教師經(jīng)常會(huì)問(wèn)自己，為什么同樣付出心血，教出來(lái)的學(xué)生卻差異那么大？先天差異？大學(xué)生和研究生常常遇到的問(wèn)題，為什么聽(tīng)前沿報(bào)告像聽(tīng)天書(shū)一樣？隔行如隔山？不適合學(xué)物理？這里涉及一個(gè)基本問(wèn)題，物理應(yīng)該如何教與學(xué)？而為了回答這些問(wèn)題，又得問(wèn)，物理的認(rèn)知規(guī)律是什么？本文先簡(jiǎn)要介紹物理認(rèn)知規(guī)律——ETA物理認(rèn)知模型[1-4]，再基于此模型介紹ETA物理教學(xué)法，然后舉例說(shuō)明如何教與學(xué)。明白了這些，就能回答以上常見(jiàn)的問(wèn)題，自然也能找到解決的方法了。

1 ETA物理認(rèn)知模型簡(jiǎn)介

如何對(duì)一個(gè)研究對(duì)象形成物理認(rèn)知呢？可以根據(jù)物理學(xué)家在實(shí)踐中的嘗試總結(jié)歸納出一個(gè)認(rèn)知模型，如圖1所示。

現(xiàn)實(shí)世界的物理現(xiàn)象是復(fù)雜的，為了研究清楚，先要挑出最簡(jiǎn)單的研究對(duì)象，明確想研究的問(wèn)題，然后用實(shí)驗(yàn)的方法觀察其物理性質(zhì)，并量化描述，之后再尋找這些物理性質(zhì)之間的關(guān)系，即經(jīng)驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這被稱為實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知，像盲人摸象一樣去得到一些片面的、零散的認(rèn)知。

圖1 ETA物理認(rèn)知模型的構(gòu)成注：ETA物理認(rèn)知模型由11個(gè)具體步驟構(gòu)成，可以劃分為實(shí)驗(yàn)物理、理論物理、應(yīng)用物理三個(gè)認(rèn)知階段。實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知和理論物理認(rèn)知對(duì)應(yīng)的是科學(xué)探索，應(yīng)用物理認(rèn)知?jiǎng)t對(duì)應(yīng)技術(shù)應(yīng)用。注意這里實(shí)驗(yàn)物理、理論物理、應(yīng)用物理的含義和通常大家概念中的理解有一定區(qū)別，這里強(qiáng)調(diào)的是其認(rèn)知上的含義，而不是知識(shí)角度的理解。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)認(rèn)知階段的目標(biāo)，要采取相應(yīng)的物理方法。

但物理學(xué)家希望得到的是整頭大象圖像，即希望類比三角幾何中公理化體系一樣的認(rèn)知，來(lái)構(gòu)建對(duì)一個(gè)研究對(duì)象的系統(tǒng)化理解。因?yàn)檫@種認(rèn)知方式不僅能找到不同經(jīng)驗(yàn)規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)，還能構(gòu)造最簡(jiǎn)化的理解，即只要承認(rèn)幾個(gè)公理，剩下的都可以靠邏輯導(dǎo)出。這時(shí)需要構(gòu)建理想模型，再構(gòu)建公理化認(rèn)知體系。然而這種系統(tǒng)化認(rèn)知是否正確呢？從邏輯上說(shuō)，無(wú)法證實(shí)物理認(rèn)知是正確的，這時(shí)發(fā)揚(yáng)積極樂(lè)觀主義精神，退而求其次，用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)其是否錯(cuò)誤，只要還沒(méi)錯(cuò)，就可以認(rèn)為是有效認(rèn)知，可以暫時(shí)使用。例如廣義相對(duì)論經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)還沒(méi)錯(cuò)，我們就暫時(shí)認(rèn)為是對(duì)的。這就要求物理的認(rèn)知必須是可證偽的，只要是錯(cuò)誤的認(rèn)知遲早會(huì)被檢驗(yàn)出來(lái)扔掉，而較可靠的物理認(rèn)知是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證偽檢驗(yàn)的。這種構(gòu)建有效公理化體系認(rèn)知的過(guò)程稱為理論物理認(rèn)知。

實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知和理論物理認(rèn)知構(gòu)成了科學(xué)探索的認(rèn)知過(guò)程，其目標(biāo)是對(duì)未知對(duì)象構(gòu)建出有效認(rèn)知。

一旦這個(gè)認(rèn)知是有效的，就可以用它來(lái)解釋這個(gè)對(duì)象以前發(fā)生過(guò)的所有現(xiàn)象，預(yù)言將來(lái)可能發(fā)生的各種現(xiàn)象，并在當(dāng)下和研究對(duì)象進(jìn)行有效的互動(dòng)，甚至有效地利用這個(gè)對(duì)象的性質(zhì)來(lái)做各種發(fā)明創(chuàng)造。這個(gè)過(guò)程被稱為應(yīng)用物理認(rèn)知，對(duì)應(yīng)的是技術(shù)應(yīng)用。

為了方便記憶，用實(shí)驗(yàn)物理(Experimental Physics)、理論物理(Theoretical Physics)、應(yīng)用物理(Applying Physics)的英文首字母將模型命名為ETA物理認(rèn)知模型。

有了ETA模型就可以理解許多和物理相關(guān)的問(wèn)題了，并能指導(dǎo)物理的教與學(xué)。

在構(gòu)建認(rèn)知的每一步驟中，都需要使用相應(yīng)的物理方法，這些構(gòu)成了物理學(xué)家做事的方法[5]。在認(rèn)知過(guò)程中，物理學(xué)家始終堅(jiān)持著追求真理、積極樂(lè)觀的物理精神，這些構(gòu)成了物理學(xué)家做人的方式[6]。物理方法和物理精神構(gòu)成了物理文化[1]，這是物理學(xué)家認(rèn)知的核心能力。物理的教與學(xué)實(shí)際上就是以物理知識(shí)為載體的物理文化傳承。

2 ETA物理教學(xué)法介紹

ETA物理認(rèn)知模型實(shí)際上已經(jīng)說(shuō)明了物理應(yīng)該怎么教，因?yàn)檫@個(gè)模型本質(zhì)上就是人的認(rèn)知規(guī)律，并且是被人類實(shí)踐檢驗(yàn)過(guò)的有效規(guī)律。按照認(rèn)知規(guī)律教學(xué)，可以從物理現(xiàn)象開(kāi)始，逐步從實(shí)驗(yàn)到理論，再到應(yīng)用，最終建立系統(tǒng)化的物理認(rèn)知，過(guò)程中同時(shí)也學(xué)會(huì)了物理方法與物理精神，我們可以把這種教學(xué)方法稱為ETA物理教學(xué)法或者更簡(jiǎn)潔地稱為ETA教學(xué)法。

ETA教學(xué)法首先要將教學(xué)內(nèi)容組織成物理認(rèn)知案例。ETA教學(xué)法的核心是按照認(rèn)知規(guī)律教學(xué)，物理學(xué)大量的研究對(duì)象都可以成為認(rèn)知案例?！俺晒κ浅晒χ浮?，這些成功的認(rèn)知案例不僅能幫助學(xué)生理解認(rèn)知規(guī)律，訓(xùn)練認(rèn)知能力，更能幫助他們積累成功的經(jīng)驗(yàn)。組織成認(rèn)知案例后，就可以根據(jù)不同認(rèn)知階段的目標(biāo)任務(wù)來(lái)完成具體的教學(xué)組織。

在實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知階段，主要目的是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)進(jìn)行探索，構(gòu)建直觀認(rèn)識(shí)。這個(gè)階段需要讓學(xué)生直接接觸到大量實(shí)驗(yàn)，特別是系統(tǒng)的探索性實(shí)驗(yàn)，并用自身的感官或者測(cè)量?jī)x器去感受研究對(duì)象的各種性質(zhì)。要按照認(rèn)知模型引導(dǎo)學(xué)生逐步探索，通過(guò)具體的案例來(lái)體會(huì)前人如何挑選研究對(duì)象、如何量化描述物理性質(zhì)、如何尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知階段，不需要強(qiáng)調(diào)理論，盡可能想方設(shè)法地探索研究對(duì)象的性質(zhì)即可。在探索的過(guò)程中，對(duì)研究對(duì)象的理解會(huì)逐漸抽象化，從而從實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知開(kāi)始走向理論物理階段的認(rèn)知。

在理論物理認(rèn)知階段，主要目的是引導(dǎo)學(xué)生如何構(gòu)建最簡(jiǎn)化有效的系統(tǒng)化認(rèn)知。在學(xué)生還缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，這個(gè)階段需要教師按照認(rèn)知模型，在實(shí)驗(yàn)認(rèn)知的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建研究對(duì)象的理想模型，尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律之間的邏輯聯(lián)系，類比數(shù)學(xué)公理化體系，探索最簡(jiǎn)化的邏輯體系。這里關(guān)鍵的一步是要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)認(rèn)知體系證偽，剔除錯(cuò)誤的認(rèn)知，探索認(rèn)知有效的邊界。在以往的物理教學(xué)中，往往強(qiáng)調(diào)物理正確的一面，讓學(xué)生以為物理是真理，其實(shí)物理教育更應(yīng)該讓學(xué)生明白，物理認(rèn)知只是探索過(guò)程中暫時(shí)有效的認(rèn)知而已，否則學(xué)生思想會(huì)被封閉，無(wú)法形成開(kāi)放的探索性認(rèn)知思維。實(shí)際上這也是學(xué)生能超越教師的必要教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生只要能在認(rèn)知邊界上向前邁出一步，就可以超越教師。也正是基于物理具有這樣鮮明的認(rèn)知規(guī)律，物理課程不僅是理工科的基礎(chǔ)課程，而且在農(nóng)、醫(yī)、文、史、哲、社會(huì)學(xué)科中都能起到很好的素質(zhì)培養(yǎng)作用，是通識(shí)性課程。

在應(yīng)用物理認(rèn)知階段，主要目的是引導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)實(shí)際需要靈活類比使用有效物理認(rèn)知。這個(gè)階段需要學(xué)生通過(guò)實(shí)踐來(lái)解決問(wèn)題，可以設(shè)定特定的問(wèn)題，讓學(xué)生自己嘗試解決，還可以鼓勵(lì)通過(guò)多種方式來(lái)解決。實(shí)際上這種認(rèn)知模式在現(xiàn)有教育體系中被大量采用，學(xué)生經(jīng)過(guò)高中大量習(xí)題的訓(xùn)練，基本能力都是具備的，只是由于急功近利，其知識(shí)系統(tǒng)容易碎片化，物理圖像容易混亂，很難形成完整體系，而這需要實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知和理論物理認(rèn)知來(lái)彌補(bǔ)。

一旦對(duì)一個(gè)研究對(duì)象經(jīng)歷了完整的認(rèn)知過(guò)程，建立起了成功案例，就可以鼓勵(lì)學(xué)生自己嘗試對(duì)其他研究對(duì)象按照ETA物理認(rèn)知模型進(jìn)行認(rèn)知。這種認(rèn)知可以是自己思考得來(lái)的，也可以是從他人的工作中整理而來(lái)。很顯然，利用ETA物理認(rèn)知模型，針對(duì)任何一個(gè)研究對(duì)象，都能將其認(rèn)知迅速推進(jìn)到實(shí)驗(yàn)認(rèn)知、理論認(rèn)知、應(yīng)用認(rèn)知的最前沿。實(shí)際上，ETA物理認(rèn)知模型是可以用來(lái)指導(dǎo)研究的，特別是對(duì)于還沒(méi)有形成完整認(rèn)知的研究對(duì)象，ETA物理認(rèn)知模型提供了系統(tǒng)的研究導(dǎo)航圖和方法庫(kù)。

在具體教學(xué)過(guò)程中，如何具體貫徹執(zhí)行ETA教學(xué)法呢？這個(gè)問(wèn)題原則上非常復(fù)雜，因?yàn)樯婕暗囊蛩靥?，包括教師、學(xué)生、教學(xué)資源等各方面，所以有因材施教、教無(wú)定法等說(shuō)法。這是多變量問(wèn)題，應(yīng)首先調(diào)查清楚教師水平、學(xué)生基礎(chǔ)、現(xiàn)有資源，再根據(jù)實(shí)際情況探索最佳的教學(xué)方式(注意是約束條件下的極值，需要教師自己研究出適合自己的方法，千萬(wàn)不要看別人做的好就盲目照搬)，核心是看物理文化是不是能夠有效地傳承。例如，如果學(xué)生人數(shù)多，教師擅長(zhǎng)演講，則可以采用大班授課，主要通過(guò)講授來(lái)完成物理認(rèn)知過(guò)程的構(gòu)建；如果學(xué)生人數(shù)少，教師擅長(zhǎng)啟發(fā)學(xué)生討論，教學(xué)資源足夠豐富，有專用實(shí)驗(yàn)室，則可以帶領(lǐng)學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、查文獻(xiàn)、討論來(lái)完成一個(gè)案例的認(rèn)知構(gòu)建，需要注意的是沒(méi)有科學(xué)訓(xùn)練過(guò)的討論，效率是極低的，不建議盲目討論；如果學(xué)生沒(méi)有物理認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，教師可以選擇簡(jiǎn)單案例傳授物理認(rèn)知規(guī)律，幫助學(xué)生構(gòu)建物理認(rèn)知模式；如果學(xué)生有基本的物理認(rèn)知能力，教師可以選擇有一定難度的認(rèn)知案例，幫助學(xué)生積累認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)。

3 勻速直線運(yùn)動(dòng)與牛頓第一定律

應(yīng)用ETA教學(xué)法，我們可以清楚地認(rèn)識(shí)到，牛頓第一定律實(shí)際上是用一條實(shí)驗(yàn)定律限定了牛頓力學(xué)的時(shí)空是均勻平直時(shí)空，這和通常以為第一定律是第二定律的特殊情況顯然不同。下面舉勻速直線運(yùn)動(dòng)的例子來(lái)詳細(xì)說(shuō)明ETA物理教學(xué)法的過(guò)程。

首先按照ETA物理認(rèn)知模型對(duì)有關(guān)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物理認(rèn)知作一系統(tǒng)整理，特別是要盡量找到證偽實(shí)驗(yàn)，確定認(rèn)知邊界。之后再按照認(rèn)知模型，分步驟講解每一步的認(rèn)知目標(biāo)、認(rèn)知方法和認(rèn)知結(jié)論。需要實(shí)驗(yàn)的地方最好直接做實(shí)驗(yàn)，不方便就用錄像、動(dòng)畫(huà)、模擬、圖片代替。涉及公式推導(dǎo)的要盡量詳細(xì)板書(shū)。下面分步驟簡(jiǎn)述。

觀察宏觀物體的物理性質(zhì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象是普遍的，如車、船的運(yùn)動(dòng)，斜面上物體的滑動(dòng)與滾動(dòng)等，所以可以應(yīng)用分類法，將客觀物體的運(yùn)動(dòng)歸為同一類現(xiàn)象。

為了研究運(yùn)動(dòng)，可以用極端簡(jiǎn)化法，挑選一個(gè)盡量簡(jiǎn)單的物體。通常選取的簡(jiǎn)單物體是個(gè)小球，因?yàn)榭雌饋?lái)最對(duì)稱。

用主次法，明確研究小球的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，暫時(shí)不關(guān)心其他性質(zhì)。用極端簡(jiǎn)化法，只研究盡量簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)比較復(fù)雜，先不考慮，只考慮平動(dòng)，最簡(jiǎn)單的平動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。

伽利略用理想條件法，通過(guò)理想斜面實(shí)驗(yàn)得到小球所受合外力為零時(shí)作勻速直線運(yùn)動(dòng)。為了描述運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，需要引入物理量，時(shí)間、位移、速度，速度定義是瞬時(shí)速度定義，即位移對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。

為了得到這些量之間的關(guān)系，尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律，可以觀察位移、速度隨著時(shí)間的變化情況，顯然可以得到，位移隨時(shí)間的移動(dòng)軌跡是一條直線，速度不隨時(shí)間變化。

為了構(gòu)建對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)的理解，可以利用理想模型法，將小球模型化為質(zhì)點(diǎn)。

選擇速度不隨時(shí)間變化作為公理，其實(shí)就是牛頓第一定律，即質(zhì)點(diǎn)在合外力為零時(shí)靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣由于速度不變，按照速度定義，就可以導(dǎo)出位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。這樣就能解釋勻速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了，實(shí)際上就是給了一個(gè)極其簡(jiǎn)單的公理化體系，公理只有一個(gè)，需要的推論也只有一個(gè)。

然而這樣給出的認(rèn)知是否正確呢？用特例法來(lái)證偽。將質(zhì)點(diǎn)限制在一個(gè)球面上運(yùn)動(dòng)，并且合外力為零，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)處在一個(gè)二維彎曲空間中，讓質(zhì)點(diǎn)從球面的北極自由慣性運(yùn)動(dòng)到赤道上一點(diǎn)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)做什么運(yùn)動(dòng)呢？質(zhì)點(diǎn)會(huì)沿著經(jīng)線走一個(gè)大圓的一段弧長(zhǎng)，明顯地，質(zhì)點(diǎn)不再走直線。這樣我們就明白，之前看到的質(zhì)點(diǎn)走直線是有條件的，即在平直空間中運(yùn)動(dòng)，這是牛頓第一定律的適用邊界。如果平直空間是均勻的，又要求速度不變，則顯然時(shí)間的流逝也要是均勻的。這樣牛頓第一定律適用的條件是質(zhì)點(diǎn)在均勻的平直時(shí)空中運(yùn)動(dòng)。

牛頓第一定律實(shí)際上是用一條實(shí)驗(yàn)定律限定了牛頓力學(xué)的時(shí)空是均勻平直時(shí)空，這和通常以為第一定律是第二定律的特殊情況顯然不同。

一旦找到了認(rèn)知邊界，在認(rèn)知邊界內(nèi)就可以到處使用第一定律了。例如，一般的客觀物體合外力為零時(shí)也會(huì)作勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以用還原論方法，將一般的物體拆開(kāi)成多個(gè)質(zhì)點(diǎn)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)合外力都為零，都作勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以整體也作勻速直線運(yùn)動(dòng)。

實(shí)際上質(zhì)點(diǎn)的任意運(yùn)動(dòng)都可以拆開(kāi)成微元時(shí)間內(nèi)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，只不過(guò)每一段的速度不再相同。

以上就是關(guān)于小球勻速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)完整認(rèn)知過(guò)程。顯然這樣的物理教育能讓學(xué)生構(gòu)建出清晰完整的物理圖像，知識(shí)不再碎片化，物理概念也不會(huì)錯(cuò)位。這里的每一步，都用了一些物理方法，這些方法在學(xué)生認(rèn)知其他研究對(duì)象時(shí)都可以類比應(yīng)用。

通過(guò)ETA物理教學(xué)法，對(duì)牛頓第一定律的理解更深刻了，這是因?yàn)镋TA物理認(rèn)知模型是一種開(kāi)放的認(rèn)知模型。通過(guò)證偽就能知道物理認(rèn)知的邊界，只要向邊界外邁出一小步，就可以超越教師的認(rèn)知，邁向未知的領(lǐng)域。

4 回答常見(jiàn)的物理教育問(wèn)題

從ETA物理認(rèn)知模型出發(fā)，可以對(duì)常見(jiàn)的物理教育問(wèn)題給出回答了。

顯然，將問(wèn)題的原因歸結(jié)為粗心、不聰明、先天差異、隔行如隔山、不適合學(xué)物理，這些都是不可證偽的表述，只是發(fā)明了一個(gè)不知道具體含義的詞來(lái)掩蓋問(wèn)題，是無(wú)助于解決問(wèn)題的。類似地，在家長(zhǎng)和教師觀念里，通過(guò)應(yīng)試教育多做題考上好學(xué)校的觀點(diǎn)，同樣是不可證偽的表述。因?yàn)榭忌狭司驼f(shuō)做題有用，沒(méi)考上就說(shuō)學(xué)生題目做得不夠多，顯然是無(wú)法證偽的，這都是無(wú)效的認(rèn)知方式，是為了逃避責(zé)任，自欺欺人的安慰方式而已。

“平時(shí)會(huì)、考試錯(cuò)”，這需要具體分析原因并有針對(duì)性地改進(jìn)。由于題目實(shí)際上是將研究對(duì)象放在特定條件下，然后問(wèn)相關(guān)的問(wèn)題，所以解題可以用ETA模型來(lái)分析指導(dǎo)。如果做錯(cuò)了，就可以分析是在認(rèn)知的哪一步出了問(wèn)題，可以具體到是哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)沒(méi)掌握，題目條件沒(méi)有分析出來(lái)，還是自己的邏輯推導(dǎo)有問(wèn)題。這些分析都是可證偽的，可以做有針對(duì)性的訓(xùn)練，從而有效避免自欺欺人的偽命題——“平時(shí)會(huì)、考試錯(cuò)”。沒(méi)有ETA模型的時(shí)候，做題很大程度上依賴以前的做題經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)需要靠發(fā)散、聯(lián)想的能力，而在考場(chǎng)心理壓力大的情況下，這種能力極容易受干擾，需要平時(shí)的壓力測(cè)試以保持好的臨場(chǎng)狀態(tài)。而有ETA模型指導(dǎo)的學(xué)生，顯然抗壓能力要強(qiáng)很多。

同樣努力，成績(jī)差異大，往往不是聰明與否的問(wèn)題，而是方法和效率的問(wèn)題。根據(jù)ETA模型可以知道，如果前面實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知、理論物理認(rèn)知都沒(méi)有建立起來(lái)，一味刷題做應(yīng)用物理認(rèn)知訓(xùn)練，顯然效果不會(huì)好。實(shí)踐中，有些頂尖的學(xué)生在刷題過(guò)程中不斷總結(jié)、積累，逐漸彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知、理論物理認(rèn)知，這樣是有可能脫穎而出的，但效率低，而且一般學(xué)生很難做到這一點(diǎn)，這是為什么同樣努力，效果卻大相徑庭的主要原因。顯然直接按照ETA物理認(rèn)知模型學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率更高。物理知識(shí)完整清楚了，物理方法豐富了，做應(yīng)用物理也就更得心應(yīng)手了。ETA物理教學(xué)法教出來(lái)的學(xué)生，在做題上只會(huì)更靈活、更準(zhǔn)確，比一般的應(yīng)試教育效果更好，更占優(yōu)勢(shì)。

同樣付出心血，教出來(lái)的學(xué)生差異大，這需要教師認(rèn)真考慮自己的教學(xué)是不是真的對(duì)學(xué)生有效，特別是評(píng)判的方法要是可證偽的。學(xué)生顯然是有背景差異的，為了照顧整體的效果，教師講課常常針對(duì)中等以上的學(xué)生，這樣學(xué)生的差異真的會(huì)越來(lái)越大。應(yīng)試教育下，教師教給學(xué)生的是應(yīng)用物理思維，即記住公理，到處應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是可以訓(xùn)練應(yīng)用物理認(rèn)知能力，培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用人才。其缺點(diǎn)是，學(xué)生很難達(dá)到認(rèn)知的邊界，會(huì)被局限在教師的認(rèn)知邊界內(nèi)，特別是沒(méi)有機(jī)會(huì)學(xué)會(huì)質(zhì)疑、學(xué)會(huì)去突破認(rèn)知的邊界，自然缺乏真正的創(chuàng)新能力。這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生往往也無(wú)法主動(dòng)超越自我，只能靠教師推著前進(jìn)。物理教育的意義是要讓學(xué)生超越教師，超越自我，青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。有經(jīng)驗(yàn)的物理競(jìng)賽金牌教練常常放手讓學(xué)生自學(xué)，特別是讓取得金牌的學(xué)生來(lái)教學(xué)弟學(xué)妹，這在一定程度上能實(shí)現(xiàn)超越教師的目標(biāo)，但是沒(méi)有從根本上解決學(xué)生的認(rèn)知問(wèn)題，因?yàn)榇蟛糠智闆r下，這些成功者的經(jīng)驗(yàn)都集中在如何做題上。

ETA物理教學(xué)法實(shí)際上是零基礎(chǔ)教學(xué)，適合班級(jí)里的所有學(xué)生，因?yàn)槭菑恼J(rèn)知的起點(diǎn)——觀察物理現(xiàn)象、挑選研究對(duì)象開(kāi)始，這是人的本能。學(xué)生基礎(chǔ)差，可以用簡(jiǎn)單認(rèn)知案例講解，再逐步過(guò)渡到復(fù)雜案例。一個(gè)案例學(xué)不會(huì)，可以多講幾個(gè)案例，由于基本認(rèn)知規(guī)律不變，每次都是同樣的思路，學(xué)生重復(fù)幾次自然就學(xué)會(huì)了。而一旦學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知能力、理論物理認(rèn)知能力，就可以用來(lái)探索未知，指導(dǎo)自學(xué)，并且能走到認(rèn)知的邊界，不斷超越教師，超越自我，原則上不再需要教師了，而這正是教育的目的，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生才能支撐國(guó)家的未來(lái)發(fā)展。

有些大學(xué)生和研究生聽(tīng)不懂研究報(bào)告，感覺(jué)隔行如隔山，甚至懷疑自己是否適合學(xué)物理。用ETA模型分析，就可以發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)槠湔J(rèn)知模式受應(yīng)試教育影響，只會(huì)應(yīng)用物理認(rèn)知模式。這種模式下，需要學(xué)生事先懂理論，然后才能理解，但前沿研究本來(lái)就是探索，沒(méi)有成熟的理論，即使有理論，也往往在短時(shí)間內(nèi)不容易學(xué)會(huì)。為了聽(tīng)懂報(bào)告，得明白研究的規(guī)律，也就是得學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知方法、理論物理認(rèn)知方法。這種情況下，即使聽(tīng)不懂細(xì)節(jié)，也能了解一個(gè)概況，然后再自己補(bǔ)充細(xì)節(jié)，不能簡(jiǎn)單地給個(gè)不可證偽的理由，放棄了進(jìn)步的可能。由于中學(xué)沒(méi)有學(xué)會(huì)這些，對(duì)于很多學(xué)生來(lái)說(shuō)，大學(xué)是最后的機(jī)會(huì)，即按照ETA物理教學(xué)法來(lái)學(xué)習(xí)完整的物理認(rèn)知規(guī)律。

5 結(jié)語(yǔ)

ETA物理教學(xué)法的本質(zhì)是按照物理認(rèn)知規(guī)律來(lái)教學(xué)，這個(gè)規(guī)律可以由ETA物理認(rèn)知模型來(lái)描述。ETA物理教學(xué)法實(shí)際上是以物理知識(shí)為載體的物理文化教育，教授的是完整的物理認(rèn)知能力，包括物理方法和物理精神兩個(gè)方面，具體的則是實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知能力、理論物理認(rèn)知能力、應(yīng)用物理認(rèn)知能力。應(yīng)試教育培養(yǎng)較多的是應(yīng)用物理認(rèn)知能力，但未來(lái)國(guó)家發(fā)展需要的創(chuàng)新人才需要的是全面的認(rèn)知能力，所以我們需要用ETA物理教學(xué)法來(lái)培養(yǎng)具備全面認(rèn)知能力的人才。掌握了全面認(rèn)知能力的人，相對(duì)于只掌握應(yīng)試能力的學(xué)生，在考試、競(jìng)賽、升學(xué)、研究等競(jìng)爭(zhēng)中，相當(dāng)于降維打擊，在面向未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)全面領(lǐng)先。