沈峰，黃網(wǎng)官

摘要：理解物理觀念，需要先理解觀念及其表征。物理觀念是內(nèi)隱的，判斷學(xué)生是否具有物理觀念，可以基于學(xué)生面對現(xiàn)實世界時所表現(xiàn)出來的意見、思想、觀點、看法等來反推。培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念重在培育他們的科學(xué)意識和理性精神。物理觀念培養(yǎng)過程中，必須關(guān)注學(xué)生原先具有哪些非物理觀念，以確定物理觀念培養(yǎng)的起點，然后以物理知識的掌握為基礎(chǔ)，以物理知識的直接應(yīng)用來強化，用物理知識的遷移應(yīng)用來鞏固。物理觀念培養(yǎng)的重點環(huán)節(jié)在于應(yīng)用實踐和遷移創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：物理觀念;核心素養(yǎng);非物理觀念;應(yīng)用實踐;遷移創(chuàng)新

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”），在“課程目標(biāo)”里闡述了“核心素養(yǎng)內(nèi)涵”，其中明確指出物理課程要培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。每項核心素養(yǎng)的內(nèi)涵如何理解，教學(xué)中又應(yīng)當(dāng)如何培養(yǎng)，需要研究。本文試從物理觀念開始探索。

一、對觀念的理解

顯然，物理觀念是觀念的下位概念。理解物理觀念，不妨先理解觀念?！冬F(xiàn)代漢語詞典（第7版）》對“觀念”的解釋有二：①思想意識;②客觀事物在人腦里留下的概括的形象（有時指表象）。在教學(xué)的視域中，觀念是需要培養(yǎng)才能生成的，因此應(yīng)取“思想意識”之意。既然觀念是思想意識，那就意味著觀念是內(nèi)隱的。當(dāng)人面對具體事物或?qū)嶋H問題時，觀念會影響人的判斷與選擇。這有點類似于默會知識，雖然是內(nèi)隱的，但又確確實實會影響人的言行。那么，一個隨之而來的問題是：如何判斷人是否形成了觀念呢？回答這個問題，涉及觀念的表征。先來看一個例子：

1980年，陳省身先生在北京大學(xué)講學(xué)。陳先生語出驚人：“人們常說，三角形的內(nèi)角和等于180°，但是，這是不對的?！泵鎸Υ蠹业捏@愕，陳先生說：“說‘三角形的內(nèi)角和等于180°不對，不是說這個事實不對，而是說這種看問題的方法不對，應(yīng)該說‘三角形的外角和為360°?！标愊壬M(jìn)一步解釋：“不同多邊形的內(nèi)角和是不等的，用公式表示為（n-2）×180°，而所有多邊形的外角和是定值，都是360°。顯然，后者是更為一般的規(guī)律。”

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》闡述“核心素養(yǎng)內(nèi)涵”的時候，提到了“會用數(shù)學(xué)的眼光觀察現(xiàn)實世界”?！皵?shù)學(xué)家的眼光”體現(xiàn)在學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，自然就對應(yīng)著“數(shù)學(xué)的眼光”。什么是“數(shù)學(xué)的眼光”？在我們看來，數(shù)學(xué)眼光就是數(shù)學(xué)觀念的一種體現(xiàn)，有什么樣的數(shù)學(xué)觀念，就有什么樣的數(shù)學(xué)眼光，就有什么樣的判斷結(jié)果。所以借助這一例子，我們可以認(rèn)為，觀念的表征就是一個人看待事物時的眼光、視角，以及所做的判斷、選擇等。

關(guān)于概念與觀念的區(qū)別，高瑞泉教授指出：觀念的用法要寬泛得多，可以表示概念，也可以泛泛而論地表示意見、思想、觀點、看法等等復(fù)雜的意思。這是一個非常通俗的闡釋：人們在生活中的多種場合，常常會表達(dá)自己的意見、思想、觀點、看法，那從這些元素中，就可以反推觀念的成色。

二、對物理觀念的理解

既然“觀念”取“思想意識”之意，即應(yīng)認(rèn)為物理觀念就是關(guān)于物理的思想意識，或可理解為以物理（科學(xué)）為內(nèi)核的思想意識。在新課標(biāo)中，物理觀念被描述為“是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動和相互作用、能量等內(nèi)容的總體認(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)”。從基本語法的角度解讀，這樣的描述可以進(jìn)一步抽象為“物理觀念是……總體認(rèn)識”“是……提煉與升華”“是……基礎(chǔ)”。這樣的抽象結(jié)果至少說明了一個事實，即對物理觀念的理解可以是多角度的：從內(nèi)容上看，物理觀念是關(guān)于物質(zhì)、運動和相互作用、能量等內(nèi)容的認(rèn)識;從形成途徑上看，物理觀念是通過對物理概念和規(guī)律的提煉與升華得來的;從功能上看，物理觀念是用來解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的。

上文提到了可以從意見、思想、觀點、看法中反推觀念，但要注意的是，這種反推本身并不是嚴(yán)格的邏輯推理，其結(jié)果并不必然正確。例如，在“聲音是由于物體的振動產(chǎn)生的，聲音的傳播需要介質(zhì)”這一規(guī)律性闡述中，有物質(zhì)觀念——離開了物質(zhì)（體），就無法產(chǎn)生和傳播聲音;也有運動和相互作用觀念——振動才能產(chǎn)生聲音，發(fā)聲的物體必然處于振動狀態(tài);還有能量觀念——一個原本不發(fā)聲的物體要發(fā)聲，使其振動的過程也是賦予其能量的過程，聲音傳播時所傳遞的既是振動這種形式，同時也有借助聲波傳播的能量。但是，學(xué)生能夠說出“聲音是由于物體的振動產(chǎn)生的，聲音的傳播需要介質(zhì)”，并不意味著學(xué)生已經(jīng)形成了相關(guān)的物理觀念，因為學(xué)生有可能只是機械的記憶與復(fù)述。

這說明，僅知其名等于一無所知。判斷學(xué)生是否形成物理觀念，應(yīng)突破線性思維，少看表面現(xiàn)象，更多地從科學(xué)意識、理性精神兩個維度來進(jìn)行。意識是人判斷事物時的起始感覺，決定著判斷事物的方向?？茖W(xué)意識意味著從科學(xué)（而非經(jīng)驗、宗教或其他）的視角去判斷事物，理性精神意味著遵循科學(xué)的邏輯去判斷事物的起因、發(fā)展與結(jié)果。比如，關(guān)于上面提及的“聲現(xiàn)象”，《劉賓客嘉話錄》曾經(jīng)記載過這樣的一個小故事：

唐朝時期，洛陽某寺內(nèi)一僧房中掛著一種樂器——磬。該磬經(jīng)常自鳴作響，該僧以為是妖作祟，驚恐成疾，求醫(yī)無治。其友曹紹夔，是朝中管音樂的官員，聽聞此事，特去看望該僧，正好聽見寺內(nèi)敲鐘聲時，磬也作響。曹紹夔掏出懷中鐵銼，在磬上銼磨數(shù)處，磬再也不作響了……

“磬自鳴作響”是一種共鳴現(xiàn)象，對應(yīng)的物理知識是共振，但在僧人眼里卻屬靈異事件;曹紹夔之所以能夠解決問題，則在于其具有相關(guān)的經(jīng)驗，知曉其中的原理（實際上，此類現(xiàn)象在我國古籍中多有記載）。此時就算物理觀念的概念尚無影蹤，但在曹紹夔的舉措中已經(jīng)能夠看到物理觀念的端倪。這也再次說明，真正的物理觀念的表征，不在于概念本身，而在于面對現(xiàn)實世界及物理現(xiàn)象時，能夠表現(xiàn)出科學(xué)的意識與理性的精神，并在此基礎(chǔ)上表現(xiàn)出科學(xué)的意見、思想、觀點、看法。

三、物理觀念培養(yǎng)的路徑探尋

既然物理觀念是物理核心素養(yǎng)的組成要素，也就意味著在教學(xué)中需要發(fā)展學(xué)生的物理觀念。而學(xué)生在生活、學(xué)習(xí)的過程中，會形成各種各樣的觀念，這些觀念當(dāng)中必然存在著非物理觀念。這樣的判斷既符合事實，也符合史實：從物理學(xué)史的角度來看，物理觀念是動態(tài)變化的，“地心說”向“日心說”的演變等無數(shù)事例足以說明其演變特征。物理學(xué)的發(fā)展，從某種程度上講正是物理觀念的發(fā)展。

再將物理觀念培養(yǎng)的目光投射到學(xué)生身上，可以先來重溫奧蘇伯爾的經(jīng)典判斷：“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸納為一條原理的話，那么，我將一言以蔽之曰：影響學(xué)習(xí)的唯一最重要的因素，就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，要探明這一點，并應(yīng)據(jù)此實施教學(xué)?！蔽覀円詾?，在培育學(xué)生物理觀念的時候，也必須關(guān)注學(xué)生原先具有哪些非物理觀念，只有如此，才能確定物理觀念培養(yǎng)的起點?？梢哉J(rèn)為，物理觀念培養(yǎng)的過程，就是學(xué)生放棄某一非物理觀念，進(jìn)而建立相應(yīng)的物理觀念的過程。

上文已經(jīng)提及，非物理觀念更多地體現(xiàn)為建立在淺層經(jīng)驗基礎(chǔ)上的低水平直覺，體現(xiàn)為不講科學(xué)邏輯與原理的主觀判斷，甚至是臆斷。對于學(xué)生而言，非物理觀念更多的與錯誤的前概念相關(guān)，但又有所區(qū)別——前概念更多的是靜態(tài)的認(rèn)識，而非物理觀念則影響著學(xué)生對事物的動態(tài)判斷。如果學(xué)生基于錯誤的前概念而隨意判斷，那就可以理解為非物理觀念在起作用。

高瑞泉教授認(rèn)為，“（觀念）表達(dá)了觀念者的信念，是認(rèn)識與信念的統(tǒng)一”。這是一個非常重要的論斷，其說明觀念的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)學(xué)生的“認(rèn)識”為基礎(chǔ)，以確定“信念”為目標(biāo)。顯然，將物理觀念作為物理核心素養(yǎng)，所追求的就是讓學(xué)生形成信念，讓學(xué)生運用物理觀念對自身的言行施加積極的影響。

蔡鐵權(quán)等人對物理觀念進(jìn)行了深入的研究，并提出物理教學(xué)中物理觀念養(yǎng)成的架構(gòu)（如圖1所示）。根據(jù)這一架構(gòu)，物理觀念有著承上啟下的地位。該架構(gòu)對應(yīng)的教學(xué)過程可以通俗地理解為：教師引導(dǎo)學(xué)生通過對事實經(jīng)驗的加工獲得概念和規(guī)律，然后在此基礎(chǔ)上提煉出核心概念，再升華為物理觀念;形成物理觀念之后，再將之反作用于實踐并追求創(chuàng)新。如果只從物理觀念的培養(yǎng)角度來看，從事實經(jīng)驗到概念規(guī)律再到核心概念，就是物理觀念培養(yǎng)的前置過程。三者是物理觀念的基礎(chǔ)，之間具有明顯的階梯性;三者之間逐步演繹，伴隨著的是學(xué)生思維的步步深入。這樣的解讀，可以給一線教師指明物理觀念培養(yǎng)的基本途徑。而且，這一架構(gòu)與傳統(tǒng)的物理教學(xué)范式基本一脈相承，因此教師很容易將其納入已有的教學(xué)思路，從而讓教學(xué)變得高效。

需要注意的是，在理解這一架構(gòu)的時候，要防止與教師的教學(xué)慣性產(chǎn)生沖突：教學(xué)慣性源自當(dāng)前的物理教學(xué)范式，其主要特征是“在物理范圍內(nèi)教物理”，追求的是物理知識的掌握與運用（解題），即使偶有從生活事例出發(fā)，也會在教師的“引導(dǎo)”之下很快進(jìn)入物理知識的范圍。這樣的教學(xué)范式對應(yīng)試是高效的，但又會使得學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的時候，感覺到物理與生活、與自己原有的認(rèn)知之間存在著明顯的界限。這對于學(xué)生來說，導(dǎo)致的學(xué)習(xí)結(jié)果往往是：在物理課堂上，能夠熟練地運用物理知識解答物理習(xí)題;走出物理課堂，仍然會用原來的經(jīng)驗看生活、看世界。顯然，這樣的狀況意味著學(xué)生的物理觀念并沒有真正養(yǎng)成。

這樣的教學(xué)，恰恰是費曼所反對的“用字解釋字”。用字解釋字，實際上就是在概念的基礎(chǔ)上演繹概念。當(dāng)物理教學(xué)在物理知識的范圍內(nèi)“兜圈”時，物理知識的價值只能體現(xiàn)在解題上，這也就意味著物理概念和規(guī)律難以被學(xué)生內(nèi)化，更難以被提煉、升華為物理觀念。因此，物理觀念的培養(yǎng)需要突破傳統(tǒng)的教學(xué)范式，需要將物理教學(xué)的重心向?qū)W生的生活，尤其是原有的非物理觀念偏移，要引導(dǎo)學(xué)生在改造原有非物理觀念的過程中，實現(xiàn)物理觀念的養(yǎng)成。

同時，我們還以為，基于對蔡鐵權(quán)等人提出的物理觀念養(yǎng)成架構(gòu)的深度思考，物理觀念培養(yǎng)的重點應(yīng)當(dāng)放在“應(yīng)用實踐”和“遷移創(chuàng)新”環(huán)節(jié)。這是因為只有經(jīng)過這兩個環(huán)節(jié)，知識層面的物理觀念才能被洗禮，才能被學(xué)生所內(nèi)化，才能轉(zhuǎn)識成智，才能真正成為核心素養(yǎng)層面的物理觀念。

四、物理觀念培養(yǎng)的案例分析

培養(yǎng)物理觀念應(yīng)當(dāng)落實在日常的教學(xué)中，教師要以鐵杵磨成針的功夫，用“數(shù)日之寒”去成就學(xué)生的“三尺之冰”。限于篇幅，本文僅以“一日之寒”的例子來闡述我們對物理觀念培養(yǎng)的基本理解。

相信很多二十世紀(jì)七八十年代出生的人小時候曾經(jīng)有這樣的疑惑：掛在墻上四四方方的廣播箱里，說話的那個人是怎樣藏身的？怎么每個人家廣播箱里都是同一個人？認(rèn)為“發(fā)聲的廣播箱里躲著一個人”，是兒童的一個極為簡單的推理：生活中能說話的只有活生生的人，廣播箱里傳出人聲，必定是那里藏有一個人——盡管這樣的推理漏洞百出，但當(dāng)時就是執(zhí)著于這一判斷。顯然，這樣的判斷就是非物理觀念的產(chǎn)物——在有了疑問又沒有掌握相關(guān)知識的情形下，只能基于簡單的直覺進(jìn)行推理。這說明物理知識是物理觀念形成的基礎(chǔ)。當(dāng)后來知道廣播只不過是聲、電信號之間的轉(zhuǎn)換時，知道廣播箱中聲音產(chǎn)生的原因只是喇叭振動時，固然讓童年時的那點天真的想象消失殆盡，卻確認(rèn)了在遇到聲現(xiàn)象時，要從振動的角度進(jìn)行分析。尤其是對于一個物理教師而言，聲現(xiàn)象是如此的熟悉，以至于這已經(jīng)是一種直覺了，這種直覺是能夠遷移到生活中其他任何相關(guān)場景中的。

從這樣一個例子也可以看出，物理觀念的培養(yǎng)，當(dāng)以物理知識的掌握為基礎(chǔ)，以物理知識的直接應(yīng)用來強化，用物理知識的遷移應(yīng)用來鞏固。對于“聲現(xiàn)象”的教學(xué)而言，知識的掌握與直接應(yīng)用，都是傳統(tǒng)教學(xué)落實得比較好的，此處不再贅述。至于遷移應(yīng)用，最關(guān)鍵的就是要給學(xué)生提供陌生的情境，看學(xué)生能否順利地運用聲現(xiàn)象相關(guān)知識去判斷、分析。比如，以“聲現(xiàn)象的未解之謎”為關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)上搜索，可以發(fā)現(xiàn)很多介紹自然中難以解釋的聲現(xiàn)象的例子。這些現(xiàn)象發(fā)生在世界各地，各自不同，很是奪人眼球。如果讓學(xué)生面對這些例子，那會出現(xiàn)怎樣的情形呢？可以預(yù)料的是，必然會有一部分學(xué)生不假思索地接受搜索到的解讀，而且如果有機會，還會繪聲繪色甚至添油加醋地轉(zhuǎn)述。顯然，這種不加判斷、人云亦云的情形并非物理教學(xué)所期待的，因為這種情形正說明學(xué)生在學(xué)習(xí)了聲現(xiàn)象的知識之后，并沒有形成真正的物理觀念。

作為教師，面對這樣的情形，應(yīng)意識到這是學(xué)生的非物理觀念在起作用。從這一教學(xué)起點出發(fā)，教師應(yīng)該做的是引導(dǎo)學(xué)生剝離那些解讀中的主觀臆測成分，然后從聲音的產(chǎn)生與傳播角度去研究：所有聲音，其發(fā)生必然存在聲源，其傳播必然需要介質(zhì)，因此對這些所謂奇異聲現(xiàn)象的解釋，重在找出聲源并判斷傳播路徑——即從物質(zhì)（聲源）、相互作用（聲源的振動）、能量（聲音的傳播）等角度去判斷。當(dāng)然，作為來源于現(xiàn)實的復(fù)雜聲現(xiàn)象，對其分析可能還需要考慮其他因素。但只要抓住這兩個要點，無論結(jié)論能否順利出現(xiàn)，學(xué)生都會經(jīng)歷一個知識提煉、升華的過程，在此過程中所形成的觀念就是物理觀念。

最后順便說一句，我們認(rèn)為，真正學(xué)過物理的人，對各種騙術(shù)應(yīng)當(dāng)是有“抗體”的，這個抗體的“抗原”就是物理觀念（或是科學(xué)觀念、數(shù)學(xué)觀念等）。物理學(xué)原理與一些社會科學(xué)也有關(guān)聯(lián)。物理觀念不僅會讓人在遇到自然現(xiàn)象時產(chǎn)生科學(xué)判斷的意識，同時也會讓人在遇到社會現(xiàn)象時產(chǎn)生理性判斷的意識——那些詐騙之舉，十之八九是運用語言編造符合受眾期待的故事，但認(rèn)真分析則可以發(fā)現(xiàn)其明顯不符合邏輯，與規(guī)律相悖，沒有相信的理由。