居津

摘 要：通過對(duì)高中物理課程中不太受重視或普遍認(rèn)為比較“難上”的“非主流”課程的實(shí)踐，以“電子的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例，嘗試對(duì)此類課程教育功能進(jìn)行闡述.擬更好地利用這些課程更新教師的教育觀念，推動(dòng)人才培養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：“非主流”物理課程;教育功能

文章編號(hào)：1008-4134（2019）19-0022中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基礎(chǔ)教育課程是深化普通高中課程改革的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系著育人質(zhì)量的提升.無論是現(xiàn)行的高中物理教材還是即將發(fā)行使用的新教材，教材編寫組在教學(xué)內(nèi)容的編排選取上都有周詳?shù)目紤].在平時(shí)的物理教學(xué)過程中，大部分教師更注重較難或考試相對(duì)涉及較多的教學(xué)知識(shí)的傳授，對(duì)這些教學(xué)內(nèi)容會(huì)進(jìn)行反復(fù)研究，而對(duì)于教材中的一些考試涉及較少，或只需要識(shí)記的“非主流”課程相對(duì)輕視.筆者將現(xiàn)行高中物理教材中這些“非主流”課程做了簡單整理，詳見表1.

如何更好地利用這些“非主流”課程來貫徹黨的教育方針和教育思想，更新教師教育觀念，推動(dòng)培養(yǎng)人才模式，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀也是廣大物理教師當(dāng)今需要研究的課題之一.筆者從這些“非主流”課程的課堂實(shí)踐，以“電子的發(fā)現(xiàn)”這節(jié)課為例，嘗試進(jìn)一步開發(fā)這些“非主流”課程的教育價(jià)值和功能.

1 物理學(xué)史的培育功能

1.1 科學(xué)興趣的激發(fā)，科學(xué)精神的滲透

物理學(xué)家愛因斯坦曾說過“人類的一切經(jīng)驗(yàn)和感受，以神秘感最為奇妙”.以好奇心驅(qū)使的科學(xué)興趣，是科學(xué)家們探究科學(xué)奧秘的動(dòng)力之源.從科學(xué)教育層面而言，物理學(xué)作為重要的科學(xué)課程，激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣無疑是重要目標(biāo)之一.而科學(xué)興趣的激發(fā)方法有很多，通過物理學(xué)史，講述科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)過程、研究過程也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣的有效手段之一.一方面，對(duì)于學(xué)生而言，“電子”的概念并不是這個(gè)時(shí)代發(fā)生的事，而是像牛頓運(yùn)動(dòng)定律一樣，完全是件過去的事，鑒于這個(gè)原因，給學(xué)生介紹這個(gè)歷史概況也是非常有必要的;另一方面，“電子”的概念對(duì)于學(xué)生并不陌生，教材在第十八章第一節(jié)安排了“電子的發(fā)現(xiàn)”這部分內(nèi)容，目的在于讓學(xué)生了解科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)電子的科學(xué)探究過程，講述“電子”概念的由來，由此激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣和探索興趣.

縱觀電子發(fā)現(xiàn)過程，科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、執(zhí)著堅(jiān)持的科學(xué)精神揭示了科學(xué)本質(zhì)的擔(dān)當(dāng).科學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)展的歷史，實(shí)則就是一部創(chuàng)新的歷史.電子發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)過程，可以讓學(xué)生進(jìn)一步形成既堅(jiān)持實(shí)事求是，又能修正錯(cuò)誤的科學(xué)態(tài)度，理解科學(xué)的本質(zhì)，強(qiáng)化自身的社會(huì)責(zé)任感.

1.2 科學(xué)研究一般方法的了解

在科學(xué)研究中，科學(xué)家們通過對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析，提出模型或假說，這些模型或假說又在實(shí)踐中接受檢驗(yàn)，正確的被肯定，經(jīng)不起檢驗(yàn)的被否定，在新的基礎(chǔ)上再提出新的學(xué)說.科學(xué)結(jié)論、人類對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)并不是一蹴而就的，而是在挫折中不斷總結(jié)、實(shí)踐逐步建立起來的，“電子的發(fā)現(xiàn)”過程，乃至對(duì)整個(gè)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，將生動(dòng)地體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的這種過程，我們有必要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解科學(xué)研究的一般方法.教材給出“電子的發(fā)現(xiàn)”邏輯線索如圖1所示.

2 物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)引導(dǎo)功能

眾所周知，物理學(xué)科離不開實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)是產(chǎn)生問題猜想的源泉之一，也是探究問題的主要措施之一，還是證明結(jié)論的根本依據(jù)之一.從上文的闡述不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)電子的發(fā)現(xiàn)過程.在本節(jié)的物理教學(xué)過程中應(yīng)充分重視物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)引導(dǎo)功能.

2.1 養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)觀察習(xí)慣

觀察是人類認(rèn)識(shí)自然的入門，而觀察與實(shí)驗(yàn)結(jié)合則是科學(xué)誕生的基礎(chǔ).科學(xué)史上記載了無數(shù)科學(xué)家為探索真理而長期不斷觀察的感人事跡.在“電子的發(fā)現(xiàn)”過程中，為了探究陰極射線的本質(zhì)，湯姆孫仔細(xì)觀察分析了赫茲實(shí)驗(yàn)（如圖2），發(fā)現(xiàn)赫茲實(shí)驗(yàn)中未觀察到陰極射線在電場中未發(fā)生偏轉(zhuǎn)可能是真空管真空度不高的原因，故湯姆孫改進(jìn)了佩蘭的實(shí)驗(yàn)，重做了赫茲實(shí)驗(yàn)，終于觀察到陰極射線在電場中的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而得到了陰極射線是帶負(fù)電微粒的結(jié)論.

2.2 基于實(shí)驗(yàn)的探究推理

電子的發(fā)現(xiàn)過程本身就是猜想建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證、不斷質(zhì)疑修正創(chuàng)新的過程.湯姆孫為了探究陰極射線的本質(zhì)，做了很多實(shí)驗(yàn)，目的即在于判斷陰極射線是否帶電.如果帶電，還要進(jìn)一步測(cè)出其比荷.他的實(shí)驗(yàn)探究推理過程大致如圖3所示.

3 物理學(xué)科能力發(fā)展的指引功能

物理教學(xué)若僅以知識(shí)線索展開，就會(huì)導(dǎo)致教學(xué)設(shè)計(jì)聚焦于知識(shí)，僅僅專注于學(xué)生獲得知識(shí)，而忽視物理課程對(duì)學(xué)生物理學(xué)科能力發(fā)展的培養(yǎng).培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科能力，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中是物理教學(xué)的重要目標(biāo).北京師范大學(xué)物理系教授博士生導(dǎo)師郭玉英在“基于學(xué)生核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力研究”中指出：物理學(xué)科能力主要可以分為學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐、遷移創(chuàng)新三個(gè)方面，高中物理諸多課題中，“電子的發(fā)現(xiàn)”這節(jié)教學(xué)內(nèi)容是可以將物理學(xué)科能力三個(gè)方面都落實(shí)于物理課堂的課題之一.

3.1 學(xué)習(xí)理解能力的深化

教學(xué)改革的核心切入點(diǎn)是基于主題教學(xué)打通知識(shí)到素養(yǎng)的通道，大部分學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的單純識(shí)記表現(xiàn)良好，但是要讓學(xué)生形成和發(fā)展物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)和相互作用觀、能量觀這些物理觀念，需要通過物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)理解能力進(jìn)一步深化才能逐步形成.引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)識(shí)角度建立知識(shí)經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，形成網(wǎng)絡(luò)框架系統(tǒng)化，逐步提高學(xué)生理解能力，概括關(guān)聯(lián)能力，將知識(shí)意義化，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)理解能力的重要方面.“電子的發(fā)現(xiàn)”這節(jié)課就從“存在陰極射線”開始，讓學(xué)生追隨著科學(xué)家們的腳步，用物理學(xué)的視角體會(huì)當(dāng)時(shí)科學(xué)家首先是觀察自然界中有這種現(xiàn)象，再通過實(shí)驗(yàn)推理，科學(xué)論證逐步形成“陰極射線是電子”的物質(zhì)觀，進(jìn)而達(dá)到“電子是原子的組成部分，原子并非物質(zhì)組成的最小結(jié)構(gòu)”這一系統(tǒng)的物理知識(shí)關(guān)聯(lián).整個(gè)電子的發(fā)現(xiàn)過程到探究原子的結(jié)構(gòu)、原子核的結(jié)構(gòu)是物理知識(shí)從局部到系統(tǒng)的發(fā)展過程，是學(xué)生學(xué)習(xí)理解、概括聯(lián)系的深化過程，更是物理觀念在頭腦中的提煉和升華過程.

3.2 應(yīng)用實(shí)踐能力的強(qiáng)化

隨著學(xué)生年齡的增加、年級(jí)的升高，學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力會(huì)有所發(fā)展，但是學(xué)生的這方面能力并不是隨著所學(xué)知識(shí)的增加而自行增長與發(fā)展起來的，應(yīng)用實(shí)踐能力不僅需要學(xué)生具備相應(yīng)的物理知識(shí)，還需要具備應(yīng)用物理模型進(jìn)行科學(xué)推理和論證的能力.“電子的發(fā)現(xiàn)”過程中，核心是進(jìn)行科學(xué)推理、科學(xué)論證.科學(xué)家佩蘭和赫茲分別提出了自己對(duì)陰極射線的猜想，并嘗試進(jìn)行各種應(yīng)用和實(shí)踐來證明自己的猜想.湯姆孫通過不斷的實(shí)踐，分析赫茲實(shí)驗(yàn)存在的問題，改進(jìn)佩蘭的實(shí)驗(yàn)裝置，利用陰極射線管加電場和磁場進(jìn)行推理和實(shí)驗(yàn)論證，最后得到電子是原子組成部分的本質(zhì).整個(gè)發(fā)現(xiàn)過程就是應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐的過程，也是將知識(shí)進(jìn)行功能化的過程，“電子發(fā)現(xiàn)”認(rèn)識(shí)思路的形成，將知識(shí)程序化，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，可以強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐的意識(shí)，明確物理知識(shí)的學(xué)習(xí)更需要實(shí)踐的檢驗(yàn).

3.3 質(zhì)疑創(chuàng)新能力的素養(yǎng)化

質(zhì)疑創(chuàng)新能力是學(xué)生能力發(fā)展的最薄弱環(huán)節(jié)，也是教學(xué)過程中最應(yīng)引起重視的環(huán)節(jié)，國內(nèi)大部分學(xué)生都非常欠缺在真實(shí)、新穎的情境中解決問題的能力，這與我國注重培養(yǎng)創(chuàng)新性人才還有較大的差距.

新課程標(biāo)準(zhǔn)給出了質(zhì)疑創(chuàng)新的五個(gè)層次水平要求，見表2.

從上述水平劃分要求不難看出，要讓學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力有所提高包括兩方面的內(nèi)容：第一，學(xué)生對(duì)所習(xí)得的物理知識(shí)已經(jīng)到了充分理解并融會(huì)貫通的層次;第二，能對(duì)已有的方案進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)問題并提出質(zhì)疑.從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的過程，學(xué)生不難體會(huì)到質(zhì)疑的重要性，湯姆孫對(duì)赫茲的觀點(diǎn)提出了有依據(jù)的質(zhì)疑，并對(duì)佩蘭的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，解決了現(xiàn)實(shí)的物理問題，提出了自己的見解和觀點(diǎn).本節(jié)課設(shè)計(jì)讓學(xué)生利用磁鐵使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引發(fā)他們的質(zhì)疑精神，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)認(rèn)知方式的自主化，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)化，將所學(xué)的物理知識(shí)真正素質(zhì)化，不斷增強(qiáng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的意識(shí)，從而進(jìn)一步激發(fā)培訓(xùn)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力.

當(dāng)前，我國的中學(xué)物理課程改革已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，如何更好地落實(shí)“培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)”為總目標(biāo)的教育改革，是所有物理人研究的課題.

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（收稿日期：2019-07-17）