申 潔

(蘇州市振華中學(xué)，江蘇 蘇州 215021)

劉炳昇教授長(zhǎng)期從事物理實(shí)驗(yàn)和物理教學(xué)研究,是我國(guó)物理課程改革發(fā)展進(jìn)程中物理實(shí)驗(yàn)教育的領(lǐng)航者．他身體力行,深入探索中學(xué)物理教育實(shí)踐,幾十年如一日孜孜不倦,矢志不移,在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究方面享有極高的造詣及聲望,形成了具有鮮明實(shí)驗(yàn)教學(xué)特質(zhì)的物理教育思想,為推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)教育物理課程改革做出了卓越貢獻(xiàn)．本文基于文獻(xiàn)研究,結(jié)合筆者多年教學(xué)實(shí)踐案例,闡述劉炳昇物理教育思想對(duì)核心素養(yǎng)培育的啟示,意在促進(jìn)物理教師的專業(yè)成長(zhǎng)和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的深入開展．

1 劉炳昇物理教育思想

劉炳昇教授早年師從我國(guó)著名物理教育家朱正元先生,朱先生一貫重視物理實(shí)驗(yàn),并親身示范,影響后輩,其實(shí)驗(yàn)教育思想言簡(jiǎn)意賅,耳熟能詳．倡導(dǎo)“物理、物理,要以物論理,以物說(shuō)理”“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清,一看實(shí)驗(yàn)就分明”“壇壇罐罐當(dāng)儀器,拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”．[1]劉教授繼承并發(fā)揚(yáng)了朱正元先生的物理實(shí)驗(yàn)教育思想,在長(zhǎng)期的物理實(shí)驗(yàn)教育研究過(guò)程中形成了實(shí)驗(yàn)教育的核心主張,其物理實(shí)驗(yàn)教育思想主要體現(xiàn)在:加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)是我國(guó)理科教學(xué)的歷來(lái)主張;實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了自然科學(xué)的重要特點(diǎn),是科學(xué)探究的重要思想和方法;實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)(思想、觀念、方法與技能)是科學(xué)素養(yǎng)形成、發(fā)展的基礎(chǔ)和組成部分．[2]

劉炳昇教授實(shí)驗(yàn)研究的指導(dǎo)思想是力求體現(xiàn)“真實(shí)美和簡(jiǎn)單美”,他希望讓學(xué)生感受真實(shí)的自然現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的美感．他從培養(yǎng)人的角度研究實(shí)驗(yàn)的價(jià)值,認(rèn)為培養(yǎng)創(chuàng)新人才需要讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)探索的思想和方法,教學(xué)中所創(chuàng)設(shè)的情景要符合學(xué)生的特點(diǎn)．主張物理教學(xué)要用最平常的內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生獲得不平常的發(fā)現(xiàn)．他指出,好奇是與生俱來(lái)的,但不可能自然而然地保持和發(fā)展;好奇心在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為求知欲,進(jìn)而發(fā)展為對(duì)科學(xué)的興趣,由此形成的動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)力．[2]

為體現(xiàn)自己倡導(dǎo)的“應(yīng)用實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲”“運(yùn)用小型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究訓(xùn)練”的教育思想,1993年劉教授編著了《高中物理課外實(shí)驗(yàn)》一書,2000年與他人合著《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與自制教具》一書,書中列舉數(shù)以百計(jì)的教具設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)案例,從課外觀察、家庭小實(shí)驗(yàn)、課外綜合實(shí)驗(yàn)、研究與探索、設(shè)計(jì)與創(chuàng)造等方面進(jìn)行展示和介紹,彰顯“小實(shí)驗(yàn)·大智慧”的物理實(shí)驗(yàn)思想精粹,提出了物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)與設(shè)計(jì)的6個(gè)基本觀點(diǎn):(1)挖掘興趣因素,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);(2)提高感知效果,培養(yǎng)觀察能力;(3)突出本質(zhì)因素,建立科學(xué)圖景;(4)聯(lián)系生活實(shí)際,向相關(guān)學(xué)科滲透;(5)加強(qiáng)小實(shí)驗(yàn),增加學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦機(jī)會(huì);(6)加強(qiáng)探索性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)創(chuàng)造能力．[3]

綜上所述,物理實(shí)驗(yàn)教育的觀點(diǎn)和主張是劉炳昇物理教育思想的核心．

2 劉炳昇物理教育思想對(duì)核心素養(yǎng)培育的啟示

當(dāng)下物理教育關(guān)注的主題是物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育,實(shí)施核心素養(yǎng)培育的目的是要解決培養(yǎng)什么樣的人、怎樣培養(yǎng)人的問(wèn)題．從劉炳昇物理教育思想中汲取豐厚營(yíng)養(yǎng),確立科學(xué)的物理教育觀,深化物理實(shí)驗(yàn)教育研究,對(duì)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育極具現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)于建設(shè)具有時(shí)代特征,本土特色的物理課程和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系有著深遠(yuǎn)的影響．

物理核心素養(yǎng),是指學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中,逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特征的品質(zhì)．學(xué)生在經(jīng)歷物理學(xué)習(xí)后,應(yīng)該具備良好的思維品質(zhì)、掌握科學(xué)探究的基本方法、形成正確的物理觀念、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任．從初中學(xué)生能力發(fā)展需要及學(xué)習(xí)進(jìn)階角度考慮,初中物理核心素養(yǎng)由“概括理解”“實(shí)驗(yàn)探究”“實(shí)踐運(yùn)用”和“求實(shí)創(chuàng)新”4個(gè)方面構(gòu)成．

筆者認(rèn)為,“激發(fā)好奇心與求知欲”“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究,培養(yǎng)創(chuàng)造能力”“聯(lián)系生活實(shí)際,向相關(guān)學(xué)科滲透”是劉炳昇實(shí)驗(yàn)教育思想的濃縮,與初中物理核心素養(yǎng)“概括理解”“實(shí)驗(yàn)探究”“實(shí)踐運(yùn)用”和“求實(shí)創(chuàng)新”高度吻合,不僅具有物理教育改革指南針的意義,更富有現(xiàn)實(shí)性、針對(duì)性,未來(lái)性的教育價(jià)值,對(duì)于當(dāng)下的物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育有著深刻的啟示．

2.1 關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)的啟蒙性影響

啟蒙是指給人啟發(fā)和啟示,使初學(xué)者得到基本的、入門的知識(shí)．[4]啟蒙的意義在于開啟智慧,運(yùn)用理性,實(shí)質(zhì)并不是為了給予知識(shí)和傳授真理,而是啟發(fā)人們思考,提高人們的自由思辨能力,以獲得思維的創(chuàng)新和思想的升華．

處于生理及心理成長(zhǎng)期的中學(xué)生,對(duì)外界新事物比較敏感,好奇心強(qiáng),在接觸物理科學(xué)之前,他們?cè)谌粘Ｉ钪幸呀?jīng)積累形成了許多關(guān)于客觀物質(zhì)世界的經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)知,但對(duì)物理科學(xué)缺乏本質(zhì)的理解,對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)是有限的．物理實(shí)驗(yàn)教育的意義在于能夠使學(xué)生在物理科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)和科學(xué)思維發(fā)展的萌芽階段,激發(fā)其科學(xué)探究的興趣與學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力,對(duì)其科學(xué)態(tài)度及科學(xué)價(jià)值觀形成產(chǎn)生啟蒙性影響．[5]

劉炳昇教授認(rèn)為“采用新穎的、生動(dòng)的、驚險(xiǎn)的和富有懸念的實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生萌發(fā)熱愛物理學(xué)的情感,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),產(chǎn)生旺盛的求知欲．”[6]他倡導(dǎo)教師應(yīng)用生活化的非常規(guī)實(shí)驗(yàn)資源做一些生動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn),或?yàn)閷W(xué)生提供趣味性的探究活動(dòng)．基于劉教授的實(shí)驗(yàn)思想,筆者在教學(xué)實(shí)踐中積極探索,設(shè)計(jì)和演示的相關(guān)實(shí)驗(yàn)取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果．

案例1：花瓶是透鏡.

這是一個(gè)側(cè)面凹凸形狀的玻璃花瓶,裝上水后能使花朵放大或縮?。畬W(xué)生在課堂上觀察到這個(gè)花瓶呈現(xiàn)的有趣現(xiàn)象時(shí),很好奇,但不明白為什么花瓶會(huì)有這樣的特別效果(如圖1)．這是因?yàn)榛ㄆ坷锓湃胨?從側(cè)面透過(guò)這個(gè)花瓶的凹凸部分去觀察花朵,形成了凹透鏡和凸透鏡效應(yīng),即凸出部分相當(dāng)于凸透鏡,透過(guò)這部分可以觀察到放大的像,凹進(jìn)去部分相當(dāng)于凹透鏡,透過(guò)這部分觀察到的就是縮小的像了．

圖1

在觀察了花瓶的新奇效應(yīng)和引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生問(wèn)題解決的興趣后,提供給學(xué)生各種透鏡,讓他們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的任務(wù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中探究相關(guān)問(wèn)題．不僅活躍了課堂探究氣氛,引發(fā)了深度思維,而且對(duì)于深入認(rèn)識(shí)透鏡作用和性質(zhì),進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的解釋,獲得了知識(shí)遷移和能力提升的學(xué)習(xí)進(jìn)階效應(yīng)．

花瓶是在地?cái)偵咸詠?lái)的,作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,利用它很好地創(chuàng)設(shè)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境．“花瓶是透鏡”,不僅激發(fā)了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣和潛在的學(xué)習(xí)動(dòng)力,更有意義的是發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)知沖突產(chǎn)生的啟蒙性影響,給學(xué)生以科學(xué)學(xué)習(xí)觀的引領(lǐng)——物理就在我們身邊．

如果說(shuō)中學(xué)物理教育的整個(gè)階段是中學(xué)生從具體到抽象的思維完善過(guò)渡期,是從經(jīng)驗(yàn)向理論提升的發(fā)展期,那么物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的啟蒙性影響是不言而喻的．

2.2 尊重物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)證性意義

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ),是檢驗(yàn)物理學(xué)理論的重要手段,只有通過(guò)實(shí)驗(yàn),才能驗(yàn)證推理的正確性．現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展,不斷地揭示和發(fā)現(xiàn)各種新的物理現(xiàn)象,日益加深人們對(duì)客觀世界規(guī)律的正確認(rèn)識(shí),從而推動(dòng)物理學(xué)向前發(fā)展．

物理實(shí)驗(yàn)的“實(shí)證性”體現(xiàn)在:(1)提出對(duì)某個(gè)問(wèn)題或現(xiàn)象的假說(shuō);(2)設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)并觀察現(xiàn)象來(lái)檢驗(yàn)假說(shuō);(3)當(dāng)實(shí)驗(yàn)和觀察結(jié)果與假說(shuō)相吻合時(shí),這個(gè)假說(shuō)就成為一個(gè)結(jié)論或規(guī)律,也可以認(rèn)為完成了一個(gè)科學(xué)探究過(guò)程．最早使用實(shí)證方法進(jìn)行科學(xué)研究的科學(xué)家是伽利略,他運(yùn)用設(shè)計(jì)好的物理實(shí)驗(yàn)解決了自由落體問(wèn)題．物理教科書里的物理學(xué)理論幾乎全部來(lái)自實(shí)證方法．

劉炳昇教授認(rèn)為,“任何科學(xué)成果都應(yīng)當(dāng)是可重復(fù)的,并最終能接受實(shí)踐的檢驗(yàn)．檢驗(yàn)的證據(jù)來(lái)自于在自然或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境中對(duì)現(xiàn)象的觀察和測(cè)量．”[6]實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)有著不可替代的作用,這是因?yàn)?實(shí)驗(yàn)可簡(jiǎn)化、純化、強(qiáng)化、加速或延緩、重復(fù)與再現(xiàn)物理過(guò)程,具有發(fā)現(xiàn)規(guī)律和檢驗(yàn)假說(shuō)的功能．上述觀點(diǎn)對(duì)筆者的最大啟示是,有些現(xiàn)象必須讓學(xué)生獲得“眼見為實(shí)”的感性體驗(yàn),再由此上升到科學(xué)的理性認(rèn)識(shí)．應(yīng)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)和解決一些問(wèn)題,在教學(xué)實(shí)踐中是必須的．

案例2：瓶子倒吸雞蛋.

筆者在一個(gè)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中看到這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),“將一個(gè)試管中裝點(diǎn)熱水涮一涮,倒盡試管中的水,迅速將剝了皮的鵪鶉蛋堵住試管口,鵪鶉蛋被吸入試管內(nèi)”(如圖2甲)．

圖2

在這之前的課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,筆者曾給學(xué)生做過(guò)的瓶吞雞蛋實(shí)驗(yàn)僅限于雞蛋從瓶口上方進(jìn)入(如圖2乙)．由上述的鵪鶉蛋被吸入試管聯(lián)想到能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),讓雞蛋從瓶口下方進(jìn)入瓶?jī)?nèi),因此,在一個(gè)三角燒瓶中裝入熱水后隨即將水全部倒出,迅速將剝了皮的雞蛋放在三角燒瓶的瓶口,可觀察到雞蛋從下方瓶口慢慢被吸入瓶?jī)?nèi)(如圖2丙)．學(xué)生第一次見到這個(gè)實(shí)驗(yàn),以為雞蛋會(huì)掉下來(lái),但是,原有的認(rèn)知被顛覆了,“眼見為實(shí)”,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生見證了“大氣壓”的“魔力”所在．

設(shè)計(jì)這樣的實(shí)驗(yàn),教學(xué)意義就在于“證實(shí)”,即通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明雞蛋可以從下方被吸入瓶?jī)?nèi),雖然原理不難,但學(xué)生原來(lái)沒有經(jīng)驗(yàn)性依據(jù)積累和現(xiàn)成知識(shí)儲(chǔ)備,教學(xué)的關(guān)鍵是通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“舉證”——“實(shí)證”,去講清楚現(xiàn)象及原理,激發(fā)學(xué)生的理性思考,喚起問(wèn)題探究的內(nèi)在動(dòng)力．

物理實(shí)驗(yàn)不僅是為了證實(shí)假說(shuō),發(fā)現(xiàn)所未知的事實(shí),重要的是以此為依據(jù),體現(xiàn)實(shí)事求是．自然界的奧秘是由科學(xué)實(shí)驗(yàn)不斷揭示的,科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)證性永遠(yuǎn)不會(huì)終結(jié)．基于上述,筆者認(rèn)為,在劉炳昇教授物理實(shí)驗(yàn)教育思想的指引下,關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)證性是物理教育的必然選擇與應(yīng)然行為．

2.3 彰顯物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性價(jià)值

物理實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著深厚的創(chuàng)造性元素,能夠啟發(fā)人們從認(rèn)識(shí)層面打破常規(guī)、尋求變異、探索多種解決問(wèn)題的新方法與新思維．物理實(shí)驗(yàn)的探究性、直觀性、實(shí)踐性、多樣性與變異性賦予了物理教育豐富的創(chuàng)新空間,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力,使其成為創(chuàng)造型的優(yōu)秀人才.

劉炳昇教授經(jīng)歷長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教育研究,凝煉形成的實(shí)驗(yàn)教育思想內(nèi)涵極為豐富,“小實(shí)驗(yàn),大智慧”是其實(shí)驗(yàn)思想的精粹．劉教授倡導(dǎo)用玩具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),指出“非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)”有助于創(chuàng)設(shè)源于生活的真實(shí)探究情境,幫助學(xué)生變換思維方式、注重知識(shí)的遷移和激勵(lì)創(chuàng)新意識(shí),為學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程創(chuàng)造條件．他設(shè)計(jì)的許多小實(shí)驗(yàn)給一線物理教師產(chǎn)生了示范與引領(lǐng)性的影響,如“蠟燭翹翹板”、“透過(guò)水杯看模特泥娃”、“水中燃燒的蠟燭”等,這些實(shí)驗(yàn)非常有趣,并且富有思考性．作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為學(xué)生提供了探索活動(dòng)的生動(dòng)載體,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐和體驗(yàn),學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法,在觀察基礎(chǔ)上提出假設(shè),在交流討論中揭示矛盾,再深入實(shí)踐尋找新模型,直到有滿意解釋為止,這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力是大有可為的．[7]

筆者在長(zhǎng)期教學(xué)過(guò)程中努力踐行劉炳昇教授的實(shí)驗(yàn)教育思想,從實(shí)驗(yàn)的觀念、內(nèi)容、方法上積極創(chuàng)新,對(duì)教材上的一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與開發(fā),讓課堂教學(xué)靈動(dòng)有趣,生成精彩,為學(xué)生物理課程的學(xué)習(xí)設(shè)置進(jìn)階路徑,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維螺旋上升,真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的教育目標(biāo)．

案例3：升降式直升機(jī)原理演示模型.

升降式直升機(jī)原理演示模型基于教材中“力的作用是相互的”教學(xué)內(nèi)容,以直升機(jī)原理解釋為目的,意在解決課堂教學(xué)中使用玩具直升機(jī)模型進(jìn)行演示時(shí)不容易操作、模型容易損壞存在的弊端,實(shí)現(xiàn)“直觀真實(shí)、生動(dòng)有趣、有效應(yīng)用”的教學(xué)目標(biāo)．

升降式直升機(jī)原理演示模型(圖3甲),通過(guò)開關(guān)電源(圖3乙),利用直流調(diào)壓控制器給直流電動(dòng)機(jī)供電,電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺旋槳旋翼轉(zhuǎn)動(dòng),使得旋翼上下方的空氣流動(dòng)產(chǎn)生向上的流體壓強(qiáng)差,旋翼沿豎直滑軌上升,反之沿滑軌下降,當(dāng)達(dá)到二力平衡時(shí),直升機(jī)模型能在滑軌的某個(gè)位置保持旋停狀態(tài)．該模型不僅實(shí)現(xiàn)了教學(xué)演示的理想目標(biāo),也發(fā)揮了教具創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的推動(dòng)作用．該教具在“2017年全國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新展評(píng)活動(dòng)”中獲一等獎(jiǎng),得到了專家和同行的好評(píng)．

圖3

3 結(jié)語(yǔ)

法國(guó)教育家盧梭說(shuō)過(guò),“問(wèn)題不在于教他各種學(xué)問(wèn),而在于培養(yǎng)他有愛好學(xué)問(wèn)的興趣,而且在這種興趣充分增長(zhǎng)起來(lái)的時(shí)候,教他以研究學(xué)問(wèn)的方法．毫無(wú)疑問(wèn),這是所有一切良好教育的一個(gè)基本原則．”劉炳昇教授物理教育思想正是這種良好教育的寫照,也是一線物理教師在教學(xué)過(guò)程中,有效實(shí)施培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng),需要認(rèn)真研究和努力踐行的理念與方法．