物理觀念物理教育價值研究

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“物理觀念”作為物理學科核心素養的重要內容之一，已成為中學物理教育的關注熱點。《普通高中物理課程標準（2017版）》對學科核心素養界定為：“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。”對“物理觀念”也作出了明確的定義：“物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識；是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華；是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎［1］。物理觀念對于物理教育的意義，可以借用著名物理學家勞厄（M．vonLaue）所說的：教育所給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西。在物理教育中這種剩下來的東西就是物理觀念。在本文中先對“物理觀念”的物理教育價值進行辨析和論述。

―、物理觀念是物理學科核心素養的重要內容

物理觀念在物理學科核心素養中居于首要地位，也是重要的科學觀念，是本次基礎教育課程改革中的關鍵，是基礎物理教育改革的亮點。1．物理學科核心素養的提出是本次新課改提出的新概念，是本次課程改革的亮點，“物理觀念”教育是當代社會對物理教育的必然訴求本次基礎教育課程改革相對于上一次課改而言，集中體現在從“三維目標”到“核心素養”的轉變，這一轉變，既是順應當前國際基礎教育課程改革的主流和趨勢，又是為了滿足當今時代對人才素質的呼喚，同時也符合我國當代社會發展的需要，也是與發揚與傳承我國悠久的優秀文化傳統相一致的，是當前立德樹人理念的落實。具備廣闊的國際視野，又充分體現本土特色。物理學科核心素養是我國21世紀學生發展核心素養的重要組成部分，是物理學科育人價值的集中體現。當代信息社會（或AI時代）對人的要求不僅僅是能應用所學的知識與技能去分析與解決現成的物理問題，更不是只會解題，而需要對客觀世界的本質和規律有深刻的認識和整體的把握，具有對知識和技能應用的方向、方法、方式的引領和掌控能力，而且還需要具備跨學科、綜合學科的觀念，顯然，物理觀念的教育是當代社會對物理教育提出的必然要求，是物理教育發展到今天的應然目標。2？物理觀念是物理學科核心素養中的首要素養我國的物理學科核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成。物理觀念的形成，一般地說是在物理知識的學習理解和應用實踐過程中逐漸形成的，在這個過程中，學生的科學思維和探究能力得到鍛煉和發展，并形成良好的科學態度和科學責任。在此基礎上，對所學的知識進行遷移，對其中不適宜的模型和觀點進行批判，從而構建新的物理模型，形成新的物理觀點，這也就是創新的過程［2］。在物理觀念形成的教學過程中，科學思維、科學探究、科學態度與責任等學科核心素養的養成也必能融合在一起，所以，物理觀念成為其他物理核心素養形成和發展的基礎，也就是可以認為，物理觀念占據著物理學科核心素養中的“核心”地位，具有特別重要的學習意義。3．物理觀念是最重要的科學觀念科學觀念是指人們對科學的整體的、基本的看法與認識，或者是對科學的反思。是理論化、系統化了的對科學的總觀點、總看法。科學觀念所關注的問題在于科學的本質是什么，科學教育的本質是什么，并作為一種觀念形態被納入到人的意識形態之中。物理觀念所體現的是物理學的本質并由此體現出物理學科核心概念的教育價值。物理＿科核心概念是組織整合物理學科知識內容的少數關鍵概念，是將眾多基礎物理概念、規律、理論聯結成為一致整體的物理學習的核心內容，是學生理解和探究更復雜概念的關鍵工具，與學生的生活實際、重大的社會議題和物理學發展的趨勢緊密相關，貫通整個基礎教育階段物理課程的學習過程。物理觀念是基于物理學科核心概念的學習，從學生發展核心素養的角度進行的提煉和概括，是物理學中最重要的科學觀念［2］。

二、物理觀念是學生必備的學科素養

物理觀念的養成，是學生科學素養提髙的一個組成部分，是學生必備的學科素養。1．物理觀念是重要的科學素養之一。2006年，我國公布了《全民科學素質行動計劃綱要（2006—2010—2020年）》。文件對青少年培育的科學素養確定為：“了解必要的科學技術知識，掌握基本的科學方法，樹立科學思想，崇尚科學精神，具備一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。”按照這樣的要求，在基礎教育階段，我們要讓學生獲得的不是一大堆事實和名詞，也不是一個個分裂的概念和規律，而是能夠把相關信息合理地組織成信息網絡，理清楚概念之間的內在聯系，從整體上去認識關鍵的核心概念，并應用于發現與解決與社會有關的“真問題”。這樣的學習才具備真正的意義，這樣的學習，也才有可能形成科學素養。而在這種學習過程中，也同時闡明了物理觀念的養成是構建科學素養不可或缺的關鍵內容。2物理觀念是認識物理世界的核心觀點。物理觀念的形成，有助于學生從物理學的視角去認識自然，理解自然，建構關于自然界的物理圖象。物理觀念強調對物理本質的認知，這種認知，既需要對物理學知識結構的整體把握和深刻理解，還需要對人類認識自然的發展過程、思維方式及其方法的認知與理解，在這過程中，可以獲得理解經典物理學，乃至現代物理學與我們的常識、經驗在處理問題中的根本區別，可以獲得理解物理學獨特的思維方式及研究方法，從而達到認識物理世界的目標。高中物理教育中的“物理觀念”，是我們認識物理世界所必須的核心觀念、關鍵觀念，離開了這些基本觀念，我們就無法理解物理世界，也無法理解物理學科的本質。3．物理觀念的提出促進物理教學從“知識本位”。走向“觀念建構”，實現物理教學規范根本性的轉型物理觀念的提出超越了碎片化的知識與技能，而且不是只關注知識的結果和結論，機械地背誦和記憶，而是經歷知識獲得的過程，在探究中得到體驗和感悟，注重知識形成和發展的歷程，認識物理學發展的內在規律及其動力，具有質疑和批判的能力，發現問題和提出問題的能力，明了相關學科知識之間的有機聯系，具有跨學科思考問題的能力。這樣形成的知識結構是合理的、開放的、有廣泛遷移能力的和綜合的。物理觀念的提出要求學生從總體的觀點出發，從不同的視角認識物理問題，運用多樣的知識和技能綜合地解決物理問題，從中學會思考和探索物理問題的方法和途徑。物理觀念形成的物理教育，相對于傳統的“知識本位”的教育，可以認為是“觀念建構”的教育，這是物理教學規范根本性的轉型，也是本次基礎教育課程改革從“三維目標”走向“核心素養”的轉捩點。4．物理觀念的提出旨在培養學生認識物理世界的觀點、能力和方式。物理觀念是一種學生內化了的對物理學的認知品質，需要在整體把握物理學知識結構的基礎上，在對人類認識物理學的發展過程、思維方式、研究方法的認知與理解的基礎上才能獲得。物理觀念反映的是科學思想中最精華的內容，完全超越了一般的科學事實與概念。它需要從科學哲學的髙度，從物理學哲學去反映物理學的本質，顯示物理學豐富復雜的內涵，彰顯物理學普遍的、特殊的、辯證統一的內在規律，揭示出對物理世界深刻、完整的認識。更清晰地認識物理學與真實世界的緊密聯系、與物質世界的統一性。科學、技術與應用是學生發展非常重要的核心素養，包括科學技術的原理、方法與應用等［3］。物理觀念的提出完全順應了這些需求，并促進學生形成正確的本體論、認識論、方法論和價值觀。物理觀念是物理知識的概括、歸納和升華，因此，物理觀念相對物理知識，相對具體的概念和規律，是居髙臨下，總攬全局的對物理學的認識，它不是一葉障目不見泰山，更不是畫地為牢作繭自縛，這就需要有深刻、系統、全面的思維，在更高的層次上把握物理學的精髓，這對學生的未來發展、終身發展是十分重要的素養，更是一個創新型人才的必備素質。

三、物理觀念的提出推進物理教育改革的發展

。物理觀念的提出標志著物理教育改革新時代的到來，必將引起物理教育的全面變革。1．物理觀念的提出表明物理概念的學習和教學研究到達了當代物理教育發展的新階段科學教學研究歷來重視概念學習，從20世紀前期重視前概念、迷思概念即概念發展的研究，到20世紀中后期對概念轉變的研究，21世紀初又提出了大概念（bigidea）和核心概念（coreidea）的研究，隨之又有概念進階（conceptualprogression）的研究，這一切都把概念學習作為科學教育的重要目標之一。在外語和漢語中，概念、觀念這兩個概念并不嚴格區分，在漢語翻譯時，這兩個概念也常常互譯和互用。當前，物理觀念的提出，是科學教育（尤其是物理教育）中對概念的學習和教學研究發展的必然結果，是百年來科學概念教學研究和科學教育發展的新階段，也是對概念教學地位和作用的提升。2．物理觀念的提出有利于學生正確世界觀的形成。物理觀念的提出首先讓學生樹立正確的自然觀，因為物理觀念是從物理學的視角去認識自然、理解自然，建構關于自然界的物理圖像的。從古希臘到培根（F．Bacon）時代，到牛頓（I．Newton）時代，直到愛因斯坦（A．Einstein）時代；中國古代也從春秋戰國時代到唐宋時代，直到明末清初，以致今天科學發展觀的提出，自然界的認識尤其是對人與自然的關系的認識，不斷發展。而正確的自然觀的養成又能促進學生正確人生觀的形成，促進學生正確的科學價值觀的形成。學生通過對人與自然關系的認i只可以更好地認識人類在自然界的位置，正確對待科學。正確認識自己，理解自己，明確人類和自身的使命，從而樹立合理的人生目標、發展道路，善待生命。以此為載體，可以幫助學生獲得對世界的態度、觀念和看法，進而促進學生正確世界觀的形成［4］。3．物理觀念的養成是物理教育走向實踐的關鍵。眾所周知，美國從2061計劃時在《美國國家科學教育標準》中提出科學教育的本質是“探究”（inquiry），到2013年在《下一代科學教育標準沖提出科學教育的本質是“實踐＂（practise）。這個改變，標志著科學教育的發展趨勢，也表明了對科學教育本質理解的轉向。核心素養是在真實情境中解決真實的復雜問題時所表現出來的能力，因此，在物理觀念的養成中，自然而然地特別強調應用這些觀念去解決實際的物理問題，在教學中，要創設真實的物理情境，發展學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。根據學者對科學知識在具體實踐中如何應用的調查研究成果［5］，一些學生在畢業后，之所以用不上所學知識，往往不是由于學習該知識時成績不佳，也不是由于在所處的環境中沒有有關的科學因素，而在于他們僅僅掌握了一些具體的事實，卻沒有形成有關的科學觀念。因此，物理觀念教育是從根本上解決物理教育走向實踐的關鍵。4．物理觀念的提出是提高物理教育水平和推進物理教育改革的動力。物理觀念其實是對于物理知識的本質的領悟，立足于物理觀念的物理教學，關注的是指向觀念結果的知識的學習，或者說，觀念的教學是胚胎式的，是一種自然的發育和成熟的過程；而“知識為本”的教學，卻把一個完整的生動活潑的客觀事物分割成一個個相互沒有聯系的并且無法反映某一觀念單元的知識碎片，學生在學習這樣的知識碎片時，就和“盲人摸象”一樣，即使對一個個碎片都清楚了，但對“象”的整體構造仍然一無所知，甚至以偏概全，誤解了“象”的形象。因此，基于物理觀念的物理教學是提高物理教育水平的動力。當然，這種物理教學需要學習方式的全新轉變，因為它必須超越“灌輸一接受”式的傳統學習方式。在建構物理觀念的學習過程中，需要對最具物理學科特征的事實、概念、規律、原理和理論進行深人的探究和思考，使自己的理解和思維達到髙度抽象概括的水平，而不再停留在對具體知識的記憶和對文字表面的理解水平上。這樣，就必須運用新型的學習方式，特別如深度學習、項目式學習、問題解決學習、混合式學習、非認知學習和跨學科主題式學習等，這些學習方式的應用，促進了物理教育的整體改革。

四、物理觀念的提出推動物理教師專業化發展

要適應物理觀念養成的物理教育，對物理教師的專業成長提出了新的挑戰。1．實現物理觀念的轉型才可能建設真正意義。上的創新文化，也才能推動科學技術創新科學技術的創新要有真正意義上的創新文化，而創新文化的建設要樹立新的更加全面的科學觀，實現科學觀的根本轉變。在不同的物理學發展階段，物理觀念是變動不居的，物理觀念不僅內涵豐富，而且本身也十分復雜，尤其與不同時期物理學發展的水平、不同的學術流派，領軍的物理學家的觀點相關。例如自培根高呼“知識就是力量”，形成了當時的功利主義科學觀，倡導的是工具主義和唯技術主義。功利主義科學觀在引導科學服務于社會和借助社會的力量來推動科學的發展等方面有著極為重要的意義和作用，但是，這種科學觀可能導致整個科學事業及整個社會過度功利化，使科學趨于膚淺化和平庸化，消解科學內在的動力、目的、意義和價值，抹殺科學與社會之間在文化和精神層面的互動關系。［7］因此，沒有創新型的科學觀，就不可能建立創新文化，沒有創新文化，就沒有激勵和引導人們創新的氛圍和基礎，教育中培養創新意識和創新能力也就失去了依托，這樣，創新教育和創新人才的培養豈不成了面壁虛構。這對物理教師理解和認識物理觀念提出了很髙的要求，是教師專業發展的新課題。2．物理觀念的提出為物理教師的專業成長指引了新的方向。實現物理觀念的成功教育，關鍵在物理教師。任何一次改革的啟動，都給參與者提出了嚴峻的挑戰。如果物理教師不改變物理教育的理念，缺乏物理觀念教育的意識，沒有對物理觀念的深刻理解，不具備實施物理觀念教育的能力，沒有掌握新型學習方式并運用于物理教學的課堂之中，那么，學生物理核心素養的培養將是一紙空文，學生物理觀念的形成必然落空。這對物理教師的專業知識、專業技能、專業情意諸方面都提出了很髙的要求。作為中學物理教師，要勇于改革，化挑戰為機遇，在新的改革中獲得新的發展。同時，也對課程工作者、科學史工作者、科學哲學史（包括科學認識論史、科學方法論史）和科學思想史等工作者也提出了呼吁，如何為物理觀念的教育及核心素養的培養提供教學有用的資源。

五、結語

根據近兩年新課改培訓中反映的情況分析，物理觀念的理解和教育價值的認定，物理觀念教學實施和評價的確定，物理教師對物理觀念的認識和專業要求等，成為關注的熱點和難點。我們擬從物理觀念的物理教育價值開始論述，試圖對上述問題逐步做出回答。物理觀念教育的實踐，必將帶來物理教育觀念的根本轉變。從物理學的發展看，物理學實現革命性的躍變，其實質是實現了物理觀念的超越，正如德布羅意（LauisdeBroglie）對愛因斯坦的評價：“他能夠一眼看穿那疑難重重、錯綜復雜的迷宮，領悟到新的、簡單的想法，使得他能夠揭示出那些問題的真實意義，并且給那黑暗籠罩的領域突然帶來清澈和光明。”我們期望，物理觀念的提出，也將為物理教育“帶來清澈和光明”。

作者:蔡鐵權 鄭瑞 單位:1.浙江師范大學數理與信息工程學院物理系 2.浙江省杭州學軍中學