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在哲學(xué)視域下領(lǐng)會物理學(xué)科核心素養(yǎng)

2020-07-02 06:21
物理與工程 2020年3期
關(guān)鍵詞:法拉第觀念物理

李 銀

(石家莊市第二中學(xué),河北 石家莊 05000)

馬克思主義哲學(xué)是中國各級各類學(xué)校教育的通識課,其對各行各業(yè)的廣泛指導(dǎo)意義早已成為共識,往大了看它是幾代國家領(lǐng)導(dǎo)集體治國理政的看家本領(lǐng),往小了說它是個人“三觀”建設(shè)的引路明燈。習(xí)近平在北京大學(xué)師生座談會上說:“要樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀,掌握了這把總鑰匙,再來看看社會萬象、人生歷程,一切是非、正誤、主次,一切真假、善惡、美丑,自然就洞若觀火、清澈明了,自然就能做出正確判斷、做出正確選擇?!盵1]

圖1 核心素養(yǎng)

發(fā)展核心素養(yǎng),主要指學(xué)生應(yīng)具備的,能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。具體內(nèi)容落實(shí)為三大層面下分成六大素養(yǎng)再涵蓋十八個基本要點(diǎn),常用同心圓形式表述如圖1所示。[2]從《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布以來,各種公開發(fā)表的文章用汗牛充棟形容也不過分,但是一直沒見到馬克思主義哲學(xué)視域下的解讀。

1 核心素養(yǎng)的體系建構(gòu)是馬克思主義哲學(xué)指導(dǎo)教育實(shí)踐結(jié)出的碩果

從馬哲原理出發(fā),辯證唯物主義指導(dǎo)建設(shè)世界觀,歷史唯物主義指導(dǎo)建設(shè)人生觀和價值觀。自主發(fā)展即構(gòu)建人生觀,健康的人生才有機(jī)會發(fā)展,文化基礎(chǔ)即構(gòu)建世界觀,豐富的文化積累才有機(jī)會廣泛的社會參與,社會參與即構(gòu)建價值觀,人不是孤立的個體,歷史唯物主義告訴我們生命的價值一定要在融入社會中才能體現(xiàn)。核心素養(yǎng)不是概念堆砌,而是相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)體,是指導(dǎo)人們構(gòu)建生存之道,發(fā)展之道,并走向幸福之道的國家意志。[3]核心素養(yǎng)三方面的辯證關(guān)系也就自然地和世界觀、人生觀、價值觀的辯證關(guān)系相契合,聯(lián)合起來就是構(gòu)建人與自己,人與自然,人與社會的科學(xué)發(fā)展觀,和中國先哲的表述也一致,簡化為表1所示。

表1

林崇德教授在“構(gòu)建中國化的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”文中提到:“堅(jiān)持以馬克思主義為指導(dǎo),是中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)區(qū)別于其他國際組織和國家核心素養(yǎng)研究成果的根本標(biāo)志,必須旗幟鮮明地加以堅(jiān)持?!盵2]依托哲學(xué)原理,三維目標(biāo)可以解讀成,人類已經(jīng)認(rèn)知到的成果,獲取成果積累的思維方法、技術(shù)方法,認(rèn)知?dú)v史的精神感悟即情感態(tài)度和價值觀。正因此所有學(xué)科都可以在三維目標(biāo)體系下構(gòu)建本學(xué)科教學(xué)目標(biāo)。三維目標(biāo)向?qū)W科素養(yǎng)發(fā)展,是目標(biāo)變得更具體了而不是更復(fù)雜了,也不是更深奧了,各學(xué)科素養(yǎng)為總目標(biāo)服務(wù),是子集和全集的關(guān)系。

2 物理學(xué)科素養(yǎng)是辯證唯物主義在教育實(shí)踐中的具體化

核心素養(yǎng)總綱用科學(xué)精神表達(dá)科學(xué)素養(yǎng),容易引起局部代表整體的誤解,比較而言各學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵完整,彌補(bǔ)了這點(diǎn)不足。物理學(xué)科核心素養(yǎng)[4]常見四象限表述形式見表2。

表2

物理學(xué)和哲學(xué)是天生的近親,牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》就是橫跨科學(xué)史和人類文明史的巨著。物理學(xué)的進(jìn)展不斷地給哲學(xué)提供例證,哲學(xué)經(jīng)常給物理學(xué)指出前進(jìn)的方向。例如,“動電生磁,動磁生電”是一個哲學(xué)思考,如果法拉第及時意識到這一點(diǎn)也許用不了十年就能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,歷史唯物主義告訴我們先驅(qū)不受責(zé)備,不管怎樣,法拉第依舊是偉大的哲學(xué)家,他的哲學(xué)思想深深地影響著后世物理學(xué)家。楊振寧先生在“麥克斯韋方程和規(guī)范理論的概念起源”[5]一文中,用麥克斯韋給法拉第的悼詞做了結(jié)尾——“法拉第使用假想力線的方法來解釋電磁感應(yīng),說明他實(shí)際上是一位具有高度智慧的數(shù)學(xué)家”;“從歐幾里得的直線到法拉第的力線,這一切說明了動態(tài)和幾何的思維不斷推動科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步”;“以今天收集到的科學(xué)證據(jù)為基礎(chǔ),也許下一位如法拉第般偉大的哲學(xué)家能發(fā)展出全新的科學(xué),而我們今天很可能對此一無所知”。而麥克斯韋自己正是他預(yù)見的繼牛頓之后偉大的哲學(xué)家,楊振寧先生則是踩在麥克斯韋肩上的又一代科學(xué)巨擘。

在哲學(xué)原理視域下,物理觀念就是別人研究清楚了的世界是什么樣子,世界是物質(zhì)的,物質(zhì)是運(yùn)動的,運(yùn)動不是孤立的,物質(zhì)是相互作用的,作用是矛盾統(tǒng)一的,認(rèn)知學(xué)把這個叫認(rèn)知結(jié)果,這是辯證唯物主義的唯物論。如何獲取認(rèn)知結(jié)果就要調(diào)動兩個工具,一個是思維,一個是實(shí)踐,實(shí)踐是獲取直接經(jīng)驗(yàn),思維是利用間接經(jīng)驗(yàn),科學(xué)思維就是獲取物理觀念的非物質(zhì)方法,科學(xué)探究就是獲取物理觀念的物質(zhì)手段,兩者互為支撐,這是辯證唯物主義的認(rèn)識論和方法論??茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任是人和自己、人和社會、人和自然的相處規(guī)則,是人生觀和價值觀的體現(xiàn)。簡化成表3。

表3

物理核心素養(yǎng)的四個方面相輔相成,不能看成獨(dú)立的四個象限。初級思維和粗陋技術(shù)只能探究初步的物理觀念,如中學(xué)物理探究胡克定律。高階科學(xué)思維和先進(jìn)探究技術(shù)求得前沿物理觀念,如貴州“天眼”。在物理學(xué)發(fā)展中,實(shí)驗(yàn)物理、理論物理、應(yīng)用物理就是一個相互促進(jìn)的關(guān)系??茖W(xué)態(tài)度是科學(xué)家在科學(xué)事業(yè)的進(jìn)程中表現(xiàn)出來的對人、對事、對國家、對人類的情感,正所謂能力越大責(zé)任越大。我們看到科學(xué)界那些時代楷模無不是把個人的命運(yùn)和國家民族的前途連在一起,他們鍥而不舍、淡泊名利、包容開放、伸張正義,其人格力量和科學(xué)成就相得益彰。原子彈之父奧本海默在聯(lián)合國大會上脫口而出:“總統(tǒng)先生,我的雙手沾滿了鮮血?!睏钫駥幭壬P(guān)于“反對中國今天開始建造超大對撞機(jī)”[7]給出七條理由,體現(xiàn)了大科學(xué)家的態(tài)度和責(zé)任。

突出核心素養(yǎng)目標(biāo),以“速度”教學(xué)為例:運(yùn)動的世界是有快慢的,快慢是可描述的,這就是物理觀念。描述快慢用到比值定義法、矢量運(yùn)算法、函數(shù)求導(dǎo)法這就是科學(xué)思維。如何感知速度、測量速度,這就是科學(xué)探究。有的場合需要高速度,如高速公路,高鐵,飛機(jī),真空隧道,有的場合需要低速度,如高速攝影,激光致冷,有的場合需要遵守規(guī)則,如開車要有限速不超速的,這些價值觀層面的東西就從屬于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

3 和認(rèn)知學(xué)相關(guān)的各種研究最終概括都是認(rèn)識論

有了理解核心素養(yǎng)的哲學(xué)框架,再來構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容就變得容易了。北京大學(xué)物理學(xué)院穆良柱老師制作了物理學(xué)ETA認(rèn)知模型[8],全部物理的觀念、思維、探究問題都可以在這個模型中找到位置參見表4。

物理觀念是人類積累的對自然認(rèn)知的成果,它同時具有發(fā)展性和相對穩(wěn)定性,個體認(rèn)知的發(fā)展和人類認(rèn)知積累在大的進(jìn)程上有相似性,辯證唯物主義把這個稱作“邏輯與歷史的統(tǒng)一性”,經(jīng)典的比喻是胚胎的發(fā)育和動物的進(jìn)化。小的進(jìn)程上往往差異巨大,文明是進(jìn)步的,道路是曲折的。在科學(xué)史上,因?yàn)闊o知而無畏進(jìn)而導(dǎo)致無謂犧牲的例子比比皆是,明朝的萬戶因?yàn)榛鸺w天而獻(xiàn)出生命,貝克勒爾被他鐘愛的放射性物質(zhì)奪去了生命。學(xué)生的物理觀念進(jìn)階是物理學(xué)進(jìn)化的濃縮版,既然是進(jìn)化就不會橫空出世,它遵循從實(shí)踐到認(rèn)識,從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的循環(huán),在循環(huán)中更新提高。在教育學(xué)領(lǐng)域,從建構(gòu)主義教學(xué)論到學(xué)習(xí)進(jìn)階理論[9]都不外乎是辯證唯物主義認(rèn)識論的應(yīng)用。表5是筆者參照文獻(xiàn)[8]、[9]、[10]整理的學(xué)習(xí)進(jìn)階理論與ETA認(rèn)知模型舉例。

表4

月亮繞著地球轉(zhuǎn),地球繞著太陽轉(zhuǎn),看上去太陽月亮大小差不多,實(shí)際上差距巨大,這些都是前人觀察計(jì)算的結(jié)果是當(dāng)下的物理觀念。如何得到這些觀念,那就要動用足夠的觀測記錄(第谷的數(shù)據(jù)),構(gòu)建研究數(shù)據(jù)間可能存在的規(guī)律,形成定量化數(shù)學(xué)結(jié)果(開普勒三定律),猜想規(guī)律的深層奧密形成理論假說,合理外推假說滿足更多事實(shí),(牛頓萬有引力定律),經(jīng)歷后人證偽,不能解釋水星進(jìn)動,理論繼續(xù)演化(愛因斯坦廣義相對論)。這些是理論物理和實(shí)驗(yàn)物理的協(xié)同發(fā)展,用核心素養(yǎng)說就是科學(xué)思維和科學(xué)探究的協(xié)同推動人類物理觀念的進(jìn)化。隨著科學(xué)的發(fā)展,人類得以把沒用的學(xué)問逐漸演化成有用的學(xué)問,太空冶煉、太空育種、衛(wèi)星導(dǎo)航,航天事業(yè)已經(jīng)改變了人類的生活方式。這一過程中科學(xué)家們表現(xiàn)出對科學(xué)的摯愛迷戀都是情感世界的高階表現(xiàn)。在科學(xué)家個人世界,從興趣走向責(zé)任,從責(zé)任走向使命,科學(xué)家個人的事業(yè)沖上巔峰名垂青史,是他們個人的高度也成就了人類的夢想,點(diǎn)石成金、長命百歲、跨越時空、嫦娥飛天……

“ETA模型”本來不是專門給教學(xué)論寫的,按學(xué)科歸類當(dāng)屬自然辯證法領(lǐng)域,但它就是一篇實(shí)實(shí)在在的教學(xué)論文章,不僅對物理,對其他學(xué)科同樣適用,因?yàn)檫@完全是馬哲原理認(rèn)識論的物理版。

“ETA模型”前四項(xiàng)直接構(gòu)成物理概念課的教學(xué)結(jié)構(gòu),例如:加速度、電場強(qiáng)度。

“ETA模型”前七項(xiàng)直接構(gòu)成物理規(guī)律課的教學(xué)結(jié)構(gòu),例如:動量守恒定律、法拉第電磁感應(yīng)定律。

“ETA模型”后四項(xiàng)直接構(gòu)成專題習(xí)題課的教學(xué)結(jié)構(gòu),例如:中國高鐵、中國橋梁。

雖然物理科核心素養(yǎng)是學(xué)生總體核心素養(yǎng)的子集,但依舊宏大,教學(xué)實(shí)踐中絕大多數(shù)不存在一課時是一單元的分形結(jié)構(gòu),但是一單元往往可以構(gòu)成一個學(xué)科的分形結(jié)構(gòu)。一課時有時只能完成“ETA模型”11步進(jìn)程中的一步,所以教學(xué)實(shí)踐中構(gòu)建單元備課是必然的選擇,不能試圖每節(jié)課都能四維核心素養(yǎng)齊抓共管,有則列出,無則不強(qiáng)求。比如高中物理《電磁感應(yīng)》第一節(jié)“劃時代的發(fā)現(xiàn)”[10:2-5],這節(jié)課是一段科學(xué)故事,講述了磁生電的發(fā)現(xiàn)歷程和法拉第其人。從物理核心素養(yǎng)切入,涉及科學(xué)思維(動電生磁到動磁生電的類比),科學(xué)探究(歷時十年的五類磁生電實(shí)驗(yàn)),物理觀念(能量是守恒的,有去向必有來源),科學(xué)態(tài)度和責(zé)任(法拉第的學(xué)品、人品都堪稱楷模),看上去很齊全,實(shí)際上觀念沒在本節(jié)形成,思維只是聽說,探究啥也沒做,實(shí)打?qū)嵉闹挥锌茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任得到了熏陶。這也是一篇人文閱讀,因?yàn)槲锢韺W(xué)史是人類文明史的重要組成部分,從歷史科核心素養(yǎng)角度構(gòu)建這節(jié)教學(xué)也很合理,歷史學(xué)科核心素養(yǎng)五個方面:唯物史觀、時空觀念、史料實(shí)證、歷史解釋、家國情懷。[11]科拉頓的實(shí)驗(yàn)失敗了, 是“跑”失良機(jī)還是“獨(dú)”失良機(jī)還是“技”失良機(jī)?都有,那就是“史”失良機(jī)。法拉第的實(shí)驗(yàn)成功了,是“哲”來良機(jī)還是“信”來良機(jī)還是“勤”來良機(jī)?都有,那就是“史”有良機(jī)。

表5

有了哲學(xué)統(tǒng)領(lǐng),核心素養(yǎng)不再生澀,教學(xué)設(shè)計(jì)有的放矢,上至做頂層設(shè)計(jì)的專家下至具體實(shí)踐的教師都有了共同的話語體系,不同學(xué)科核心素養(yǎng)之間可以相互借鑒,同一學(xué)科的不同學(xué)段之間更是一脈相承。筆者個人認(rèn)為大中物理教學(xué)銜接的關(guān)系中大學(xué)是甲方,中學(xué)是乙方,中學(xué)應(yīng)該關(guān)心大學(xué)需要把學(xué)生培養(yǎng)成什么樣子再深造,中學(xué)老師應(yīng)多向大學(xué)老師們?nèi)〗?jīng)。

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