劉玉斌

南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071

我國(guó)義務(wù)教育課程方案和物理等16個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作歷經(jīng)3年完成，2022年3月25日教育部印發(fā)了《義務(wù)教育課程方案》和《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》[以下簡(jiǎn)稱“物理課標(biāo)（2022年版）”]等16個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)，新修訂的課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)在2022年秋季學(xué)期已經(jīng)開始執(zhí)行。物理課標(biāo)（2022年版）以學(xué)生發(fā)展為本，以物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任作為核心素養(yǎng)的主要內(nèi)涵[1]，在依托物理學(xué)知識(shí)的傳授、聚焦能力培養(yǎng)的同時(shí)，高度重視對(duì)全體學(xué)生世界觀、人生觀和價(jià)值觀的塑造。

義務(wù)教育物理課程在我國(guó)的教育體系中具有非常重要的地位和作用。一方面，從學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)視角看，它是小學(xué)科學(xué)課程的繼續(xù)和深化，是應(yīng)用數(shù)學(xué)對(duì)自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其相互作用規(guī)律半定量以及定量的學(xué)習(xí)，因其在對(duì)自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其相互作用規(guī)律的描述和理解方面具有鮮明的特點(diǎn)，它在我國(guó)國(guó)民科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)方面的地位極為重要；從課程體系構(gòu)建方面看，它是其他課程無法代替的。另一方面，它是高中物理教育的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)高中學(xué)科核心素養(yǎng)提供了不可缺少的支撐和保障，同時(shí)也為進(jìn)入職業(yè)高中學(xué)習(xí)的學(xué)生提供了來自自然科學(xué)方面的核心素養(yǎng)。

物理學(xué)是在人類對(duì)自然的研究過程中發(fā)展起來的，從古希臘的亞里士多德將自然科學(xué)研究從哲學(xué)研究的范疇中分離出來開始，人們對(duì)自然科學(xué)的探索逐漸形成了獨(dú)特的方法。16世紀(jì)的伽利略將實(shí)驗(yàn)引入物理學(xué)研究，完善和凝練了經(jīng)典物理學(xué)的一般研究方法，該研究方法也成為其他自然科學(xué)的重要研究方法。而與伽利略幾乎同一時(shí)期的弗朗西斯·培根，在關(guān)于科學(xué)研究的論述中也認(rèn)為“科學(xué)是通過歸納、分析、比較、觀察和實(shí)驗(yàn)等方法，將經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來”，同時(shí)提出了科學(xué)規(guī)律的建立需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。目前，關(guān)于科學(xué)的基本描述是：科學(xué)是人們認(rèn)識(shí)世界的知識(shí)體系，這個(gè)知識(shí)體系是建立在公理（或稱為第一性原理）基礎(chǔ)之上的，它需要經(jīng)過嚴(yán)格的邏輯演繹和數(shù)學(xué)推理，而且科學(xué)理論一定要被當(dāng)時(shí)最高精度的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是正確的。物理課標(biāo)（2022年版）關(guān)于核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容正是集中體現(xiàn)了科學(xué)在觀念、思維、探究等方面的邏輯和研究歷程，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)不可替代的課程。

目前，基于物理課標(biāo)（2022年版）新要求開展的義務(wù)教育物理課程的研究已全面啟動(dòng)。這些研究主要涉及如下幾個(gè)方面：一是關(guān)于教學(xué)理念的調(diào)整，二是關(guān)于課程內(nèi)容的重構(gòu)，三是關(guān)于教學(xué)方法的創(chuàng)新，四是關(guān)于教學(xué)評(píng)價(jià)的深化和體系的建立，五是關(guān)于考試與評(píng)估方法的改革等。這些研究將促進(jìn)我國(guó)義務(wù)教育物理課程發(fā)生根本變化。物理課標(biāo)（2022年版）對(duì)物理教師提出了新的要求，它要求物理教師要高度重視課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃，站在義務(wù)教育全過程的角度設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)年或者一個(gè)學(xué)期甚至一個(gè)章節(jié)的課程。在課程設(shè)計(jì)、規(guī)劃和實(shí)施過程中，首先，要高度注意核心素養(yǎng)各個(gè)方面并不是完全獨(dú)立或相互無關(guān)的，它們是有機(jī)的整體，不能人為割裂，要統(tǒng)籌考慮；其次，除需要重點(diǎn)考慮物理課標(biāo)（2022年版）的新要求之外，還要全面考慮地域和學(xué)校特點(diǎn)，考慮學(xué)生心理和生理發(fā)展實(shí)際等，全面、科學(xué)、合理設(shè)計(jì)和規(guī)劃課程。

1 物理觀念是構(gòu)建課程的基礎(chǔ)

物理課標(biāo)（2022年版）指出，物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華，表現(xiàn)為客觀與主觀的統(tǒng)一[1]。物理學(xué)中的任何概念和規(guī)律的形成都不是一蹴而就的，是通過人們長(zhǎng)期對(duì)事物的觀察，在不斷修正和調(diào)整的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。自伽利略開始，物理學(xué)逐漸形成了“通過對(duì)典型實(shí)驗(yàn)的研究總結(jié)出一般規(guī)律，再應(yīng)用這些規(guī)律解決未知問題”的研究模式。這種具有鮮明物理學(xué)特點(diǎn)的關(guān)于自然的研究模式，是自然科學(xué)的最主要方法，其中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)哲學(xué)思想。在物理的發(fā)展過程中，科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)不斷修正對(duì)自然及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的判斷，使概念和規(guī)律在不斷的修正中逐漸接近真理，接近自然的本質(zhì)。這種觀察問題的獨(dú)特視角和研究問題的獨(dú)特方法，使得物理概念和規(guī)律具有物理學(xué)科自身的特點(diǎn)，是其他學(xué)科不可代替的。在初中物理課程教學(xué)中，概念和規(guī)律的教學(xué)是非常重要的內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生思考，幫助學(xué)生在頭腦中形成關(guān)于對(duì)自然的觀念更為重要，這是物理觀念的主要內(nèi)涵，也是其他學(xué)科教學(xué)無法代替的。

關(guān)于物理觀念教學(xué)，在課程設(shè)計(jì)和規(guī)劃過程中，要重視將著名科學(xué)家在構(gòu)建物理概念、凝練規(guī)律過程中形成物理觀念的歷程有機(jī)融入教學(xué)中，引領(lǐng)學(xué)生形成物理觀念。具體來說，第一，使學(xué)生了解科學(xué)家在構(gòu)建物理概念、凝練物理規(guī)律過程中的基本方法，這實(shí)際上是幫助學(xué)生掌握正確的科學(xué)方法；第二，帶領(lǐng)學(xué)生理解科學(xué)家在建立物理概念和規(guī)律時(shí)，不斷修正錯(cuò)誤、不斷自我否定、不斷接近真理的探索過程，體驗(yàn)物理概念和規(guī)律的發(fā)展特性，這對(duì)幫助學(xué)生形成正確科學(xué)觀非常重要；第三，引領(lǐng)學(xué)生感悟科學(xué)家對(duì)研究自然科學(xué)問題的濃厚興趣和為解決問題不懈努力的精神。例如，質(zhì)量、速度概念等都是在總結(jié)前人研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，通過不斷凝練、不斷發(fā)展形成的，如質(zhì)量的概念、物質(zhì)的質(zhì)量是如何產(chǎn)生的等問題，一直到今天人們還在不斷探索中。而伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)及自由落體研究開啟了人們對(duì)科學(xué)研究從定性描述向半定量和定量研究的轉(zhuǎn)化，這也引導(dǎo)著人們不斷優(yōu)化科學(xué)研究方法。

2 科學(xué)思維是構(gòu)建課程的核心

我們知道，科學(xué)是建立在基于經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)的公理基礎(chǔ)之上的知識(shí)體系。特別是自然科學(xué)，它在發(fā)展過程中，強(qiáng)調(diào)聚焦模型建構(gòu)，應(yīng)用數(shù)學(xué)工具，開展科學(xué)推理和論證，得到研究結(jié)論，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這是科學(xué)研究的一般進(jìn)程，也是普遍的研究方法。分析作為科學(xué)基礎(chǔ)的物理學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)它主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，有第一性原理作為基礎(chǔ)支撐理論體系的建立，因此我們知道任何物理規(guī)律都是有條件的；第二，物理規(guī)律的發(fā)展需要有嚴(yán)格的邏輯演繹和數(shù)學(xué)推理以及自洽的論證，這表現(xiàn)為物理規(guī)律的建立是需要有如哲學(xué)和數(shù)學(xué)語言一樣來進(jìn)行描述；第三，每一個(gè)規(guī)律被認(rèn)可的必要條件是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在目前的實(shí)驗(yàn)條件下被驗(yàn)證是正確的，這也可以被稱為物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

物理學(xué)在長(zhǎng)期發(fā)展過程中，在關(guān)于物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律等領(lǐng)域建立了系統(tǒng)的科學(xué)理論，即使如此，這個(gè)理論目前還是一個(gè)有效理論，還沒有完備。一方面，目前物理學(xué)的理論作為一個(gè)有效理論，它是分層次的，我們不能用更小尺度層次上的理論代替更大尺度層次上的理論。例如，我們應(yīng)用量子色動(dòng)力學(xué)理論研究夸克及其由夸克組成的強(qiáng)子層次物質(zhì)性質(zhì)及其相互作用規(guī)律，但是我們不能將這個(gè)理論用于研究宏觀物質(zhì)的性質(zhì)及其相互作用。另一方面，根據(jù)目前的天文觀測(cè)推測(cè)，在宇宙的組成中，有70%左右是暗能量，有20%左右是暗物質(zhì)，我們所能探測(cè)的世界只有4%左右。由此可見，自然界中還有很多物理學(xué)尚無法解釋和解決的問題。因此，在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，要將上述物理學(xué)的本質(zhì)，通過知識(shí)作為載體，讓學(xué)生逐漸了解和領(lǐng)會(huì)，初步掌握科學(xué)思維的基本方法。這既是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的核心，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的核心，更是構(gòu)建課程的核心。

例如，我們?cè)诔踔形锢碚n程中，雖然沒有系統(tǒng)介紹牛頓第一定律和慣性系等概念，但關(guān)于平衡（包括杠桿的平衡實(shí)驗(yàn)、天平的質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)、彈簧秤關(guān)于重力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)等）問題的討論都是基于慣性系的，這個(gè)條件是一些規(guī)律建立的基礎(chǔ)。在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，通過典型實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)思維的主要環(huán)節(jié)，通過對(duì)不同問題的分析引領(lǐng)學(xué)生梳理科學(xué)思維過程的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。例如，杠桿的平衡實(shí)驗(yàn)、天平的質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)、彈簧秤關(guān)于重力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)等有兩個(gè)共同點(diǎn)，一是這些實(shí)驗(yàn)都被置于慣性系中，另一個(gè)是平衡；不同點(diǎn)是關(guān)于平衡的性質(zhì)：杠桿的平衡實(shí)驗(yàn)和天平的質(zhì)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的平衡是非共點(diǎn)力的平衡（力矩的平衡），彈簧秤關(guān)于重力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)是共點(diǎn)力的平衡（二力平衡）。

在課程設(shè)計(jì)和規(guī)劃中，要讓學(xué)生了解到，物理學(xué)是在不斷自我否定中前進(jìn)和發(fā)展的。例如，17世紀(jì)60年代建立的燃素說，雖然在當(dāng)時(shí)可以解釋一些物質(zhì)的燃燒現(xiàn)象，但在解釋金屬燃燒機(jī)制時(shí)卻遇到了困難；18世紀(jì)80年代發(fā)展的熱質(zhì)說，可以很好地解釋更多物質(zhì)的燃燒，不僅如此，熱質(zhì)說極大推動(dòng)了能量概念在物理學(xué)研究中的應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)能量守恒觀念的發(fā)展。雖然從現(xiàn)在的分子動(dòng)理論角度看，基于連續(xù)物質(zhì)分布觀念上的燃素說和熱質(zhì)說是不正確的，但是這完全沒有影響這些學(xué)說對(duì)推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的作用。

在科學(xué)思維中，模型建構(gòu)是非常重要的部分，它是表示事物的本質(zhì)屬性和基本關(guān)系的過程。從科學(xué)角度說，科學(xué)研究是模型建構(gòu)和通過構(gòu)建的模型解決問題的過程。從初中物理課程看，模型建構(gòu)是引導(dǎo)學(xué)生抓住事物（或物理過程）的主要因素，根據(jù)不同的具體問題，應(yīng)用不同的方法，構(gòu)建反映其本質(zhì)特征的科學(xué)抽象過程。廣義地說，初中物理課程是一個(gè)建立在模型建構(gòu)基礎(chǔ)上的課程，因此在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃過程中，要注重通過物理模型的建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。關(guān)于模型建構(gòu)，有不同的分類，比較常見的有理想模型和理論模型等，按照研究目標(biāo)（或稱為對(duì)象）、研究過程和實(shí)驗(yàn)條件等我們可以對(duì)物理模型進(jìn)行簡(jiǎn)單分類。如從研究目標(biāo)（或稱為對(duì)象）看，模型有質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源等；從物理過程看，有勻變速直線運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)恒電流等；從實(shí)驗(yàn)條件看，有輕質(zhì)剛性桿、勻強(qiáng)電場(chǎng)等；從理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂?，有伽利略斜面?shí)驗(yàn)等。這些模型不但貫穿了初中物理課程學(xué)習(xí)的全部過程，也貫穿高中、大學(xué)甚至將來科學(xué)研究的全過程，學(xué)生在初中階段對(duì)模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)是高中、大學(xué)和進(jìn)入社會(huì)工作的重要基礎(chǔ)。

物理課標(biāo)（2022年版）中關(guān)于科學(xué)思維還包括科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新?？茖W(xué)推理是理論與實(shí)證相結(jié)合，通過運(yùn)用歸納法、演繹法以及類比法等方法，經(jīng)歷如分析與綜合、抽象與概括等基本過程，學(xué)習(xí)關(guān)于對(duì)自然的認(rèn)識(shí)。科學(xué)論證是基于科學(xué)證據(jù)的主張，通過邏輯演繹和推理，得到支持主張的過程。它的基本要素包括主張（觀點(diǎn)）、證據(jù)、推理（邏輯演繹）。質(zhì)疑和創(chuàng)新是對(duì)現(xiàn)有結(jié)論和規(guī)律提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解。大膽的質(zhì)疑和科學(xué)的批判是創(chuàng)新的基礎(chǔ)。例如，物理課標(biāo)（2022年版）在物質(zhì)主題中，關(guān)于科學(xué)思維指出：知道建構(gòu)模型是物理研究的重要方法，了解原子的核式結(jié)構(gòu)模型；能通過實(shí)驗(yàn)或?qū)嵗瑲w納總結(jié)物態(tài)變化過程中的吸熱、放熱規(guī)律；在歸納或演繹中會(huì)引用證據(jù)，養(yǎng)成使用證據(jù)的習(xí)慣；能運(yùn)用物質(zhì)的彈性、磁性、導(dǎo)電性等知識(shí)，對(duì)一些說法進(jìn)行質(zhì)疑，發(fā)表自己的見解[1]。因此，在物質(zhì)主題的課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，我們可以分析物態(tài)變化規(guī)律，經(jīng)過科學(xué)思維的典型過程，得到物體吸熱、放熱的基本規(guī)律。再如，在運(yùn)動(dòng)和相互作用主題的課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，我們可以通過分析地球上物體下落和月球繞地球運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過嚴(yán)格數(shù)學(xué)推理得到它們滿足相同的相互作用關(guān)系，即萬有引力，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑引力場(chǎng)與物質(zhì)之間的相互作用的機(jī)制。關(guān)于光學(xué)的教學(xué)，建議教師帶領(lǐng)學(xué)生通過探究方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到光的直線傳播規(guī)律，經(jīng)過邏輯判斷和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到光的折射規(guī)律以及透鏡成像規(guī)律，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑光如何攜帶能量，為高中階段學(xué)生了解“光的波粒二象性”奠定基礎(chǔ)。

3 科學(xué)探究是構(gòu)建課程的關(guān)鍵

科學(xué)家在最初建立物理觀念、凝練物理規(guī)律時(shí)，很常用的手段是在系統(tǒng)仔細(xì)觀察典型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)現(xiàn)象的深刻分析，運(yùn)用智慧對(duì)其本質(zhì)的規(guī)律作出判斷?；蛘吆?jiǎn)單地說，其中有很大成分是靠猜測(cè)的，分析16世紀(jì)伽利略以后的物理學(xué)的進(jìn)展，這種現(xiàn)象更加明顯。一個(gè)理論的誕生，依靠一批智慧的科學(xué)家，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的仔細(xì)分析，依托大膽的猜測(cè)得到初步結(jié)論，然后再經(jīng)過不斷改變條件的實(shí)驗(yàn)的逐步修正和完善，最終被人們認(rèn)可和接受。因此，我們常常提到物理學(xué)發(fā)展中很多規(guī)律的建立是歷史的必然，不是邏輯的必然。讓學(xué)生理解物理學(xué)的上述特點(diǎn)，是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵之一。

在課程設(shè)計(jì)和規(guī)劃中，要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力和素養(yǎng)。與高中和大學(xué)不同，初中物理課程在科學(xué)探究方面，一般可以分為以下五個(gè)主要過程：第一，通過對(duì)自然現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)的觀察和測(cè)量，總結(jié)和提出問題；第二，通過猜想和假設(shè)初步完成對(duì)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋；第三，進(jìn)一步更新實(shí)驗(yàn)方案，采取更加全面的科學(xué)方法，獲取更加全面、更加準(zhǔn)確的觀察信息和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并按照科學(xué)規(guī)范要求進(jìn)行處理；第四，對(duì)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行重新解釋；第五，組織和參與相關(guān)活動(dòng)，對(duì)得到的結(jié)果開展交流、討論、評(píng)價(jià)與反饋。

科學(xué)探究不單單是做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)時(shí)代的不同、研究?jī)?nèi)容的不同，科學(xué)家開展科學(xué)探究的理念和方法也不相同，這里按照時(shí)間順序介紹幾位科學(xué)家的例子。

第一位是亞里士多德，他的科學(xué)探究理念和方法為近代科學(xué)研究提供了重要的參考和依托。他將自然科學(xué)從哲學(xué)中分離出來，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)開展科學(xué)探究，這一直是科學(xué)探究的基本方法。雖然他的很多理論被后人推翻，如“物體下落速度和重量成正比”被伽利略推翻，“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”被牛頓推翻，但是亞里士多德關(guān)于科學(xué)研究的理念和方法是后人的寶貴資源。

第二位是伽利略，他的科學(xué)探究方法更加具有物理特質(zhì)，主要表現(xiàn)為：通過對(duì)典型實(shí)驗(yàn)研究，提出有價(jià)值的科學(xué)問題（或?yàn)榧僭O(shè)，或?yàn)椴孪耄?，然后運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)得出初步結(jié)論，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)探究和驗(yàn)證，對(duì)假設(shè)或者初步結(jié)論進(jìn)行修正和推廣。他對(duì)自然現(xiàn)象的研究方法是近代力學(xué)誕生的標(biāo)志，也可以看作是近代物理學(xué)發(fā)展的起點(diǎn)[2]。這種方法一直到現(xiàn)在還是我們開展科學(xué)研究的基本方法之一。他被譽(yù)為“物理學(xué)之父”“科學(xué)探究方法之父”是當(dāng)之無愧的。愛因斯坦對(duì)伽利略的科學(xué)探究給予了高度的評(píng)價(jià)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端”[3]。愛因斯坦在這里提到的“科學(xué)推理方法”就是“觀察與實(shí)驗(yàn)”，這正是科學(xué)探究的重要組成部分。伽利略將對(duì)典型現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)，與科學(xué)猜想和假設(shè)、科學(xué)思維相結(jié)合，這是科學(xué)研究的最基本的方法。

第三位是牛頓，他對(duì)光現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系等開展研究，牛頓將數(shù)學(xué)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)、猜想、假設(shè)和科學(xué)思維中，建立了人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的最基本的觀念。在牛頓的科學(xué)探究過程中，“分析與綜合”是牛頓的科學(xué)探究的標(biāo)志[4]，這是弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek，美國(guó)物理學(xué)家，2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者）對(duì)牛頓在科學(xué)探究方面的評(píng)價(jià)。牛頓在科學(xué)探究中提出的科學(xué)探究的思想極大影響了自然科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，推動(dòng)了物理學(xué)的第一次革命。

第四位是麥克斯韋，他大膽質(zhì)疑電磁相互作用中的“超距作用”，基于法拉第提出的場(chǎng)的概念，將科學(xué)探究的方法應(yīng)用于電磁現(xiàn)象研究。麥克斯韋同樣非常重視實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，他應(yīng)用嚴(yán)格邏輯推理和數(shù)學(xué)工具于1864年建立了一直沿用至今的電磁場(chǎng)理論[4]。愛因斯坦對(duì)麥克斯韋的科學(xué)探究給予了高度的評(píng)價(jià)，他在《麥克斯韋對(duì)物理實(shí)在觀念發(fā)展的影響》文章中說：“自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)的最偉大變革是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的?！薄霸邴溈怂鬼f之前，人們以為物理實(shí)在——就它應(yīng)當(dāng)代表自然界的事件而論——是質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的變化是由那些服從全微分方程的運(yùn)動(dòng)所組成的。在麥克斯韋以后，他們則認(rèn)為物理實(shí)在是由連續(xù)的場(chǎng)來代表的，它服從偏微分方程，不能對(duì)它作機(jī)械論的解釋。實(shí)在概念的這一變革，是物理學(xué)自牛頓以來的一次最深刻最富有成效的變革?！盵5]麥克斯韋理論推動(dòng)了物理學(xué)的第二次革命。

第五位是愛因斯坦，他的科學(xué)探究方法具有“前科學(xué)性”[4]。與牛頓和麥克斯韋等物理學(xué)家有著明顯的不同，愛因斯坦從伽利略、牛頓和麥克斯韋理論出發(fā)，通過對(duì)更深刻的“對(duì)稱性”的理解，構(gòu)建了全新描述時(shí)間和空間的理論——狹義相對(duì)論。該理論主要表述為兩點(diǎn)：第一是物理定律在洛倫茲變換下?lián)碛袑?duì)稱性（即不變性），即“狹義相對(duì)性原理”；第二是光在真空中的速度大小與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，即“光速不變?cè)怼?。這樣構(gòu)造的時(shí)空巧妙解決了麥克斯韋方程組的對(duì)稱性問題。并且，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)可從狹義相對(duì)論自然過渡到牛頓力學(xué)。但是，牛頓引力中的萬有引力理論卻與狹義相對(duì)論不自洽，根本原因是牛頓的萬有引力理論是圍繞著質(zhì)量的概念建立的，在牛頓的萬有引力理論中質(zhì)量是守恒的，但是在愛因斯坦的狹義相對(duì)論中質(zhì)量不再守恒。愛因斯坦在它的廣義相對(duì)論中，通過提升對(duì)稱性解決了這個(gè)問題。這一系列科學(xué)探究成果成為了推動(dòng)物理學(xué)第三次革命的起點(diǎn)。

物理課標(biāo)（2022年版）明確指出，科學(xué)探究包括問題、證據(jù)、解釋與交流的要素[1]。因此，在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，要深刻領(lǐng)會(huì)科學(xué)家們開展科學(xué)探究的理念和方法，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生領(lǐng)悟和掌握科學(xué)家們探索未知科學(xué)問題的方法。

4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是構(gòu)建課程的靈魂

義務(wù)教育階段的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感，包括科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任[1]。在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，要高度重視對(duì)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)。

例如，時(shí)空觀是科學(xué)本質(zhì)觀的重要組成部分，它是物理學(xué)的基礎(chǔ)。物理課程中主要表現(xiàn)為牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀與愛因斯坦的相對(duì)論時(shí)空觀，這兩種不同的時(shí)空觀是學(xué)生分析問題和解決問題的基礎(chǔ)，也影響著學(xué)生世界觀、價(jià)值觀和人生觀的形成。初中物理教學(xué)中，主要以牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀教學(xué)為主，這既符合學(xué)生對(duì)日常生活的感知，也符合學(xué)生在知識(shí)體系建立過程中螺旋上升、由淺入深的認(rèn)識(shí)規(guī)律。

經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展過程中常用的方法是歸納法，歸納法是從事物中凝練公理和概念的有效方法，同時(shí)也是進(jìn)行正確思維和探索真理的重要工具。與歸納法相對(duì)應(yīng)的是演繹法，演繹法的代表人物很多，如亞里士多德、歐幾里得、笛卡爾等。牛頓應(yīng)用的科學(xué)研究方法是有機(jī)融合了歸納法和演繹法，他認(rèn)為自然界的科學(xué)要滿足兩個(gè)主要要素：第一是基于觀察和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，或來自于實(shí)驗(yàn)；第二是在邏輯上與公理相符合，這種方法對(duì)于牛頓以后的物理學(xué)和自然科學(xué)的研究非常重要。這個(gè)時(shí)期的物理學(xué)研究不但對(duì)物理規(guī)律構(gòu)建提出要求，同時(shí)也對(duì)研究者本身進(jìn)行了熏染，在學(xué)習(xí)和研究過程中，會(huì)使研究者形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒等的科學(xué)品質(zhì)。關(guān)于科學(xué)本質(zhì)觀的培養(yǎng)不是一個(gè)問題或一節(jié)課就能實(shí)現(xiàn)的，必須通過在不斷依托知識(shí)傳授、培養(yǎng)學(xué)生能力的過程中，讓學(xué)生通過自身對(duì)學(xué)科的感悟、對(duì)科學(xué)家研究問題的理解，從而在頭腦中逐漸形成屬于自己的科學(xué)本質(zhì)觀，切忌生硬灌輸。

對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的養(yǎng)成，如培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感方面開展教育等。這些內(nèi)容是學(xué)生成長(zhǎng)過程中非常重要的部分，實(shí)現(xiàn)這方面的培養(yǎng)目標(biāo)，需要教師在課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃過程中，結(jié)合課程內(nèi)容本身和學(xué)生發(fā)展實(shí)際，采取靈活的方法，有機(jī)地將這些內(nèi)容融入教學(xué)中，不要“做加法”“貼標(biāo)簽”“表面化”和“硬融入”，要在教學(xué)方法方面下功夫，做到“如春在花”“潤(rùn)物無聲”。

物理課標(biāo)（2022年版）已經(jīng)在全國(guó)開始實(shí)施，深入理解課標(biāo)的內(nèi)涵，高質(zhì)量完成立德樹人的人才培養(yǎng)目標(biāo)，是擺在初中物理教師面前的重要任務(wù)，也是教師的光榮使命。通過以學(xué)生發(fā)展為中心的高質(zhì)量的物理課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃，突出核心素養(yǎng)理念，采取具有學(xué)科特色并符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的靈活的教學(xué)方法，堅(jiān)持教師的主導(dǎo)性。在全體教師的不懈努力下，不遠(yuǎn)的將來我國(guó)初中物理課程水平一定會(huì)有更大的提高。