劉瓊 吳韜

(阜陽師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 安徽 阜陽 236000)

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可謂是一日千里，與此伴隨著的是日趨激烈的綜合國力的競爭，在這種背景下，學(xué)習(xí)已經(jīng)成為世界各國提高綜合國力和創(chuàng)新能力的重要舉措和手段.關(guān)于學(xué)習(xí)的理論研究更是數(shù)不勝數(shù)，或關(guān)乎學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、學(xué)習(xí)的模式、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，或偏重于某個(gè)側(cè)面對(duì)學(xué)習(xí)展開分析，都有其道理，但各派林立，沒有一個(gè)統(tǒng)一的體系.另一方面，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》明確指出要促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，課標(biāo)中很多內(nèi)容條目均關(guān)注到了物理學(xué)史在提高學(xué)生核心素養(yǎng)方面的重要作用，在實(shí)際教學(xué)中，教師如何將物理學(xué)史有效融合于物理教學(xué)仍是一條探索之道.

1 全視角學(xué)習(xí)理論

全視角學(xué)習(xí)理論是立于各派學(xué)習(xí)理論之外，以更加廣泛多樣、更加綜合包容的視角，用一種清晰的、結(jié)構(gòu)化的、系統(tǒng)實(shí)用的形式對(duì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域內(nèi)的龐雜內(nèi)容進(jìn)行研究、比較、分析，取其精華，同時(shí)注入新的材料和觀點(diǎn)，進(jìn)而形成的一種整體性學(xué)習(xí)理論.全視角學(xué)習(xí)理論基本模型中認(rèn)為所有的學(xué)習(xí)都包含兩個(gè)活躍過程——“互動(dòng)和獲得”兩個(gè)學(xué)習(xí)過程，同時(shí)包含“內(nèi)容、動(dòng)機(jī)、互動(dòng)”3個(gè)學(xué)習(xí)維度.

1.1 兩個(gè)基本學(xué)習(xí)過程

“互動(dòng)過程”是指個(gè)體與所處環(huán)境之間的相互作用.決定互動(dòng)過程的基本上具有人際交往和社會(huì)屬性，而且依賴于環(huán)境的社會(huì)與物質(zhì)特征，從而依賴于時(shí)間和空間.許多發(fā)生于現(xiàn)今社會(huì)的學(xué)習(xí)在千百年前是不可能的；同樣地，在現(xiàn)今社會(huì)，不同國家、不同地域以及不同的亞文化中的學(xué)習(xí)可能性也是大為迥異的.“獲得過程”指個(gè)體內(nèi)部心智獲得與加工的過程.決定獲得過程的基本上具有生理屬性，人類在經(jīng)歷了數(shù)百萬年的發(fā)展后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)和以前額葉為特征的腦的出現(xiàn)，賦予了人類某種非常特殊的其他物種所沒有的學(xué)習(xí)潛能[1].

“互動(dòng)過程”和“獲得過程”并不是獨(dú)立發(fā)展的，而是雙向互動(dòng)、彼此促進(jìn)與轉(zhuǎn)化的關(guān)系.如圖1所示.

學(xué)習(xí)的互動(dòng)過程是通過一條帶有雙箭頭的豎線表示的，箭頭的兩端分別是個(gè)體和環(huán)境，環(huán)境是整體依賴的基礎(chǔ)，置于模型的底端；而學(xué)習(xí)個(gè)體是特定“個(gè)案”，放在頂端.橫向的雙箭頭線表示學(xué)習(xí)的獲得過程，這個(gè)過程發(fā)生于個(gè)體水平，置于橫向雙箭頭線的頂部.

1.2 3個(gè)學(xué)習(xí)維度

內(nèi)容維度關(guān)注的是知識(shí)、理解、技能等，在更廣義的視角上考查，它還有著普遍的文化獲得特征，同時(shí)一些重要的個(gè)性素質(zhì)，諸如“獨(dú)立、自信、責(zé)任心、合作能力及靈活性”在很大程度上通過學(xué)習(xí)也能加以發(fā)展和強(qiáng)化.通過這一過程，一般來說尋求的是構(gòu)建意義和掌握知識(shí)技能等，從而強(qiáng)化個(gè)體的功能性，即在自己所處環(huán)境中恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能的能力.

動(dòng)機(jī)維度在相當(dāng)基礎(chǔ)的意義上指的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)學(xué)習(xí)過程所需要的心智能量，這種心智能量是學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)力，即通常所說的動(dòng)力、情緒、態(tài)度和意志，個(gè)體一般將其投入到學(xué)習(xí)過程中.通過這一過程，一般尋求的是維持心智與身體的平衡，同時(shí)發(fā)展個(gè)體關(guān)于自身與環(huán)境的敏感性.

互動(dòng)維度關(guān)系的是個(gè)體與其所處社會(huì)性及物質(zhì)性環(huán)境之間的互動(dòng)，包括“周邊的、人際交往”水平和“一般社會(huì)性”水平，通俗理解為“活動(dòng)、對(duì)話和合作”.通過這一過程，尋求的是實(shí)現(xiàn)個(gè)體認(rèn)為可以接受的人際交往與社會(huì)的整合，同時(shí)發(fā)展個(gè)體的社會(huì)性.

如圖2所示，這個(gè)學(xué)習(xí)三角展示了“內(nèi)容、動(dòng)機(jī)、互動(dòng)”3個(gè)維度在作為能力發(fā)展的學(xué)習(xí)中的關(guān)系.學(xué)習(xí)三角的每個(gè)角內(nèi)標(biāo)注了代表3個(gè)維度的符號(hào)性詞匯，角外標(biāo)注了每個(gè)維度的關(guān)鍵詞，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)(正體)和每個(gè)維度所要發(fā)展的內(nèi)容(斜體).

2 物理學(xué)史的作用

物理學(xué)史是一部具有大量或成功或失敗探究案例的科學(xué)史，是包含著包括物理概念規(guī)律、定理定律、方法、思維等發(fā)生、發(fā)展過程的知識(shí)史.物理史料記錄了物理學(xué)的整個(gè)發(fā)展歷程，極大地顯化了科學(xué)家的思維方式，包括科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題，建構(gòu)模型，解決困難并批判性地看待問題[2].

在教學(xué)中引入物理學(xué)史，一是可以讓學(xué)生在知識(shí)產(chǎn)生的歷史背景中“身臨其境”地學(xué)習(xí)，能有效地幫助學(xué)生更順利地構(gòu)建起科學(xué)合理的知識(shí)體系；此外，物理學(xué)史包含了大量的科學(xué)思維形成和發(fā)展的案例，物理教師若能將其穿插在教學(xué)過程中，不僅會(huì)使課堂內(nèi)容更加生動(dòng)，而且有利于學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維，提升科學(xué)素養(yǎng)；再者，物理學(xué)史中有大量的史實(shí)素材可以用來教育、啟發(fā)學(xué)生，樹立他們科學(xué)的信念、科學(xué)的人生觀，培養(yǎng)他們堅(jiān)定的意志，鑄造他們優(yōu)良的心理品質(zhì)，不斷培育、提升他們的科學(xué)與人文素養(yǎng)[3,4].

3 基于全視角學(xué)習(xí)理論的物理學(xué)史教學(xué)路徑——以“庫侖定律”為例

基于上述對(duì)全視角學(xué)習(xí)理論的闡述以及對(duì)物理學(xué)史在教學(xué)中的作用的說明，不難發(fā)現(xiàn)物理學(xué)史是契合全視角深度學(xué)習(xí)理念的，因此，考慮在物理學(xué)史的教學(xué)中搭建一種全視角學(xué)習(xí)視域下的教學(xué)框架，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)史的有效教學(xué).

如圖3所示.

圖3 全視角學(xué)習(xí)視域下的物理學(xué)史教學(xué)路徑

內(nèi)容維度是物理學(xué)史的內(nèi)容，通過融入物理學(xué)史內(nèi)容理解掌握其中的知識(shí)技能；動(dòng)機(jī)維度是通過物理學(xué)史的故事性特征、時(shí)間順序性特征使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，投入意志情感于學(xué)習(xí)中；互動(dòng)維度則立足于過去和現(xiàn)在兩條時(shí)間線，“過去”主要是通過物理學(xué)史使學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步進(jìn)入特定情境，與“過去”互動(dòng)，經(jīng)歷知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，而“現(xiàn)在”則關(guān)注學(xué)生與所處的真實(shí)環(huán)境中的教學(xué)資源的互動(dòng)，例如學(xué)生間的對(duì)話交流、學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)今便捷易操作的多媒體等媒介.

3.1 庫侖定律的教學(xué)分析

3.1.1 內(nèi)容分析

“庫侖定律”是人教版高中物理必修三第九章第2節(jié)的內(nèi)容.從章節(jié)內(nèi)容的位置安排看，庫侖定律既是電荷相互作用的基本規(guī)律，也是學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度和電勢差概念的基礎(chǔ)，是第九章的重點(diǎn)內(nèi)容；從課程內(nèi)容的大方向上看，“庫侖定律”前承牛頓力學(xué)，是對(duì)萬有引力定律認(rèn)識(shí)的升華，后啟電磁學(xué)，既為磁場中抽象概念的學(xué)習(xí)提供了方法模型，也為后面電場強(qiáng)度和電勢的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，是力學(xué)向電磁學(xué)過渡的橋梁[5].因此，“庫侖定律”的有效學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的.

3.1.2 痛點(diǎn)標(biāo)定

首先在學(xué)習(xí)狀態(tài)上，學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)往往表現(xiàn)得力不從心，只留下對(duì)公式的機(jī)械記憶，不能進(jìn)入知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，不知知識(shí)的來龍去脈.短期看，學(xué)生利用公式好像也能解決一些計(jì)算題目，但當(dāng)學(xué)習(xí)繼續(xù)深入，學(xué)生就會(huì)因?yàn)榍捌趯?duì)知識(shí)的理解太片面而對(duì)后期學(xué)習(xí)造成影響.

其次是教材內(nèi)容的呈現(xiàn)上，一是對(duì)“電擺實(shí)驗(yàn)”只字未提，二是教材中對(duì)知識(shí)背景的呈現(xiàn)缺乏，會(huì)給學(xué)生一種“庫侖憑一人之力就揭開了電荷間的作用規(guī)律”的錯(cuò)覺；最后在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生沒有見過實(shí)驗(yàn)裝置缺乏感性認(rèn)識(shí)，更談不上動(dòng)手操作，缺乏與實(shí)驗(yàn)之間的互動(dòng).

3.2 具體的教學(xué)實(shí)施

階段一：如圖4所示.

圖4 庫侖定律探究階段一

在內(nèi)容上，引入D.伯努利和富蘭克林等人的發(fā)現(xiàn)，使學(xué)生清楚探究的內(nèi)容；在動(dòng)機(jī)維度，通過這段史實(shí)的引入激發(fā)學(xué)生對(duì)探究內(nèi)容的好奇心；在互動(dòng)維度則通過學(xué)生真實(shí)環(huán)境中的多媒體視頻具象展示，增加學(xué)生對(duì)于電荷間作用力與萬有引力之間相似性的確信值.

階段二：如圖5所示.

圖5 庫侖定律探究階段二

在內(nèi)容維度上，引入愛皮努斯的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入具體內(nèi)容的探究；動(dòng)機(jī)維度上，以實(shí)操引發(fā)學(xué)生探究興趣；伴隨互動(dòng)維度里實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置的展示(圖6)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力.與此同時(shí)，讓學(xué)生在具體的實(shí)驗(yàn)中再遇科學(xué)家所遇難題，進(jìn)行問題追蹤：異種電荷之間的吸引力如何更加明顯地呈現(xiàn)出來？帶電體的電荷量如何得知？使學(xué)生帶著明確的問題繼續(xù)后續(xù)的思考探究.

圖6 定性實(shí)驗(yàn)裝置

階段三：如圖7所示.

在內(nèi)容維度上引入約翰·魯濱遜和卡文迪許的發(fā)現(xiàn)；動(dòng)機(jī)維度上，通過對(duì)“兩位科學(xué)家研究均未發(fā)表”引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)家辛苦研究而未得成果的遺憾之情，同時(shí)牽引出學(xué)生對(duì)后續(xù)故事的好奇心；在互動(dòng)維度上，有兩種選擇：一是課堂中借助多媒體播放探究中涉及的實(shí)驗(yàn)，二是在教學(xué)時(shí)間有限的情況下，將具體的實(shí)驗(yàn)過程作為學(xué)生的課后拓展作業(yè).

圖7 庫侖定律探究階段三

階段四：如圖8所示.

圖8 庫侖定律探究階段四

在內(nèi)容維度，引入庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)(圖9和圖10).在動(dòng)機(jī)維度，由庫侖的實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生對(duì)庫侖具體實(shí)驗(yàn)使用的原理、方法等的學(xué)習(xí)迫切性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力；互動(dòng)維度則通過具體的實(shí)驗(yàn)裝置展示和多媒體實(shí)驗(yàn)視頻播放兩種方式，達(dá)成學(xué)生對(duì)”庫侖定律“核心內(nèi)容的深入.

圖9 扭秤實(shí)驗(yàn)裝置

圖10 電擺實(shí)驗(yàn)裝置

階段五：如圖11所示.

圖11 庫侖定律探究階段五

在內(nèi)容維度，引入麥克斯韋、普林斯頓和勞頓以及E.R.威廉斯等人的后續(xù)研究；動(dòng)機(jī)維度上，通過科學(xué)家對(duì)“庫侖定律”的接續(xù)奮斗引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的長期性、曲折性、科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性的深刻認(rèn)識(shí)，同時(shí)體會(huì)科學(xué)家的科學(xué)探究精神、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任；在互動(dòng)維度則采取階段三同樣的方式，若是教學(xué)時(shí)間充裕，則可在課堂內(nèi)播放其中涉及的實(shí)驗(yàn)，否則，將之作為學(xué)生的課后拓展作業(yè).

4 結(jié)論

除上述“庫侖定律”的教學(xué)外，其他涉及物理學(xué)史內(nèi)容的章節(jié)，例如“自由落體運(yùn)動(dòng)、萬有引力定律、電磁感應(yīng)現(xiàn)象”等亦可按照“獲得和互動(dòng)”兩個(gè)學(xué)習(xí)過程和“內(nèi)容、動(dòng)機(jī)、互動(dòng)”3個(gè)維度構(gòu)建的物理學(xué)史教學(xué)路徑展開教學(xué).在使用基于全視角學(xué)習(xí)理論的物理學(xué)史教學(xué)路徑時(shí)，教師要緊緊遵循“整體性”視角，既要在極大程度上滿足學(xué)生對(duì)概念規(guī)律的掌握，同時(shí)還要注重學(xué)生知識(shí)技能的形成過程，在過程中重視學(xué)生內(nèi)部精神情感的投入與獲得、重視學(xué)生與外部環(huán)境的作用關(guān)系，充分發(fā)揮物理學(xué)史的育人作用，使學(xué)生在物理學(xué)史教學(xué)中收獲真理、獲得成長.