褚 華 盧先立

(蕪湖市第一中學(xué) 安徽 蕪湖 241000) (安徽師范大學(xué)附屬中學(xué) 安徽 蕪湖 241000)

“劃時代的發(fā)現(xiàn)”作為普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理·選修3-2》中的第四章的第1節(jié)內(nèi)容，其目的與意義是顯而易見的，就是要在學(xué)習(xí)物理知識的同時，又滲透著科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神以及科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展推動作用的觀念.

1 “劃時代的發(fā)現(xiàn)”中的核心素養(yǎng)分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》明確界定了普通高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，指出普通高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)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”4個維度.這4個維度又共包括14個指標(biāo).指標(biāo)將維度進一步細化，反映實際教學(xué)中所需培養(yǎng)的具體素養(yǎng)，見“表1 物理核心素養(yǎng)4個維度與14個指標(biāo)”.

表1 物理核心素養(yǎng)4個維度與14個指標(biāo)

續(xù)表1

我國物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是典型的“層級并列型結(jié)構(gòu)[1]”，即核心素養(yǎng)的內(nèi)部要素關(guān)系是并列的，表現(xiàn)出鮮明的層級遞推關(guān)系[2].且4個維度中除“物理觀念”外，其他3個維度表述相對比較寬泛，即使在后面的“指標(biāo)”說明中，也不能很好地反映物理學(xué)科的獨特性，而更多表現(xiàn)出的是學(xué)科群核心素養(yǎng)的共性.為此，我們在“維度”與“指標(biāo)”中增加一個“實證材料”，讓“核心素養(yǎng)”在本節(jié)內(nèi)容中，更能體現(xiàn)物理學(xué)科的獨特性.“表2 ‘劃時代的發(fā)現(xiàn)’一節(jié)的核心素養(yǎng)分析”就是用《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》所界定物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，來分析“劃時代的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的內(nèi)容.

表2 “劃時代的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的核心素養(yǎng)分析

從“物理觀念”上來看，這節(jié)課的內(nèi)容只有兩個概念，即“電生磁”和“磁生電”.而且都是定性實驗結(jié)論，沒有物理公式，不涉及到定量的計算等，更多的“篇幅介紹當(dāng)時的時代背景，目的是使學(xué)生感受到科學(xué)是人的活動的產(chǎn)物、科學(xué)的發(fā)展離不開社會的發(fā)展”[3].如果僅從學(xué)科的學(xué)術(shù)形態(tài)上來說，是相對比較簡單的一節(jié)內(nèi)容，但如果從培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)上看，“電生磁”和“磁生電”的背后，恰恰折射出“物理觀念”之外的，推動人類文明不斷進步的思維方式和價值取向.教學(xué)中，我們只有堅持學(xué)科的學(xué)術(shù)形態(tài)與教育形態(tài)并重，才能真正將培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)落實到課堂.讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時，接受科學(xué)精神、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度的教育，體現(xiàn)物理教育中的科學(xué)核心價值觀.

2 對本節(jié)內(nèi)容的深度思考

2.1 對“劃時代”的理解

教材把科學(xué)史中的兩個重要發(fā)現(xiàn)，即“電生磁”和“磁生電”作為編寫的依據(jù)，再現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過程，并把電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)看成是導(dǎo)致人類社會邁進電氣時代的標(biāo)志，從人類社會將科學(xué)知識運用到技術(shù)上具有劃時代的意義，這是“劃時代”的第一層意義.

如果從物理學(xué)科的核心素養(yǎng)高度來看，這段“電生磁”和“磁生電”的科學(xué)史，物理學(xué)家創(chuàng)新思維的活動成果，都已經(jīng)以“物理文化”的形式沉淀下來.如“電生磁”和“磁生電”反映了事物發(fā)展過程中的“統(tǒng)一性”和“對稱性”，這一發(fā)現(xiàn)為后來科學(xué)家們實現(xiàn)自然現(xiàn)象的第二次大綜合做好了實驗和理論上的準(zhǔn)備，也引發(fā)人們在理論上思考四種基本相互作用統(tǒng)一的可能性；“電生磁”的發(fā)現(xiàn)，說明自然界中除了“縱向作用”之外，還有“橫向作用”； “磁生電”的發(fā)現(xiàn)，使人類首次觸及電磁領(lǐng)域的暫態(tài)過程，這些成就在人類的科學(xué)史同樣具有“劃時代”的意義.

2.2 故事的背后所折射出的是科學(xué)家的信念

本節(jié)內(nèi)容，編者通過“奧斯特夢圓‘電生磁’”和“法拉第心系‘磁生電’”兩個小標(biāo)題，再現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過程.表面上看，這是一堂物理學(xué)史課，如果我們只是把它當(dāng)作歷史故事泛泛而談，顯然達不到培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo).這兩段歷史所沉淀下來的不僅僅是科學(xué)知識形成的過程，更蘊含著科學(xué)家創(chuàng)造性思維的方式和靈活多樣的科學(xué)方法，體現(xiàn)著科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，折射出科學(xué)家為追求真理而表現(xiàn)出的一種堅定不移的信念.

信念是一種需要，它是激勵人按照自己認為正確的觀點、原則去行動、去實現(xiàn)目標(biāo)的一種強大的內(nèi)在力量.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)，正是由于他在康德的哲學(xué)思想的影響下，堅信電與磁間的聯(lián)系和統(tǒng)一.法拉第受到奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”啟發(fā)，也深信各種“自然力的統(tǒng)一”，并追求這種統(tǒng)一.正像他在一次實驗記錄中所寫：“長期以來，我就持有一種觀點，幾乎是一種信仰，我相信其他許多愛好自然知識的人也會共同有的，就是物質(zhì)的力表現(xiàn)出來時所具有的各種形態(tài)，都有一個共同的根源，或者換句話說，它們是相互直接聯(lián)系的，也是相互依賴的，所以它們似乎是可以相互轉(zhuǎn)化的.”[4]在這種思想的支配下，法拉第堅信既然電能產(chǎn)生磁，則磁一定能產(chǎn)生電.法拉第“十年磨一劍”的經(jīng)歷也被后人傳為佳話.充分認識到這兩則故事背后所折射出的“信念”，這種“信念”也正是物理學(xué)科核心素養(yǎng)4個維度的體現(xiàn)，也是教學(xué)目標(biāo)所制定的“了解信念和機遇在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的作用[5]”的初衷.

2.3 展示創(chuàng)新思維突破傳統(tǒng)觀念的羈絆

眾所周知，伽利略的創(chuàng)新思維，正如愛因斯坦所說：標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端；牛頓的創(chuàng)新思維，將天上和地上的物體運動統(tǒng)一起來，完成了物理學(xué)史上的第一次大綜合.

“劃時代的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)的內(nèi)容，其實就是一節(jié)創(chuàng)新思維突破傳統(tǒng)觀念羈絆的經(jīng)典案例.在奧斯特的那個年代，雖然人們對各種自然現(xiàn)象有了一定的認識，自然界各種運動形式之間存在著必然聯(lián)系的思想也逐步樹立起來，但當(dāng)時人們認識到的“自然力”都是“縱向力”，一般來說，用已有的經(jīng)驗和理論去指導(dǎo)研究是必要的，通常也是有益的，但同時也會帶來局限，特別是對那些新的開創(chuàng)性研究領(lǐng)域影響更大.所以奧斯特的創(chuàng)新思維，使人類首次揭示了自然界中還存在著“橫向作用”.

法拉第發(fā)現(xiàn)“磁生電”的現(xiàn)象，一開始也受到先前人們認識到的電磁現(xiàn)象都是靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)的影響，從未想過要在變化的過程中去觀察現(xiàn)象，導(dǎo)致每次實驗都是以失敗而告終.法拉第的最終成功，其實是突破了人類認識問題長期養(yǎng)成的一種靜態(tài)觀念，認識到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的動態(tài)特征，同時也開創(chuàng)了研究變化過程中的暫態(tài)過程.法拉第的創(chuàng)新思維，揭開了電與磁的神秘面紗，也拉開了人類社會邁進電氣時代的序幕.

應(yīng)該說，這段科學(xué)史是科學(xué)思維中傳統(tǒng)與創(chuàng)新的交鋒和突破，同時，它也展示了創(chuàng)新思維的重要性和時代局限性對創(chuàng)新的羈絆.

2.4 “劃時代的發(fā)現(xiàn)”的哲學(xué)思考

在歷史上，很長一段時間，人們對電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的研究是分開進行的，其原因就是認為電和磁是兩個沒有聯(lián)系的自然現(xiàn)象.直到19世紀(jì)初，隨著人們對摩擦生熱以及熱機做功等現(xiàn)象的認識，自然界各種運動形式之間存在著相互聯(lián)系的哲學(xué)思想逐漸開始影響了一批科學(xué)家，奧斯特的發(fā)現(xiàn)正是在這樣的歷史背景下產(chǎn)生的.為了進一步探索自然界中的“對稱與統(tǒng)一”，法拉第同樣堅信磁可以產(chǎn)生電.但為什么用了10年之久，這就是事物是有聯(lián)系的，但聯(lián)系又是要有條件的哲學(xué)根源.所以，發(fā)現(xiàn)電與磁之間的聯(lián)系，起初是受到哲學(xué)思想的影響，反過來，電與磁的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)，又支持和豐富了事物都是普遍聯(lián)系的哲學(xué)思想.