是概念的從屬嗎？

摘 要：“物理量”教學思想有諸多問題亟需澄清.物理量的教學應鮮明體現現代物理學的特征，因而應強調物理量是通過“測量”獲得的.對“測量”的忽視影響了學生物理能力的發展.物理量是物理規律的從屬，“測量”的目標則是定量表達的物理規律.物理量的數學特征由物理規律決定，物理量的分類也應有物理規律的深刻依據.

關鍵詞：物理量教學;物理概念;物理規律;物理量的正負號;物理常數;物理教育生態化

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）03-0006-03

基金項目：全國教育科學“十三五”規劃2019年度國家一般課題“核心素養的關鍵能力構成及其表現研究”（項目編號：BBA190024）.

作者簡介：胡揚洋（1988-），男，河南沁陽人，博士，講師，研究方向：教學思想、物理教學論.

“物理量”在物理學中居重要地位，然而長期以來在我國物理教學的理論與實踐中則是一個被整體錯失的領域，湮沒在其它教學范疇的論述之中，缺乏足夠聚焦，以至于在當下影響了教學質量的提升.對一些關鍵理念的澄清與問題的開解有助于對這一領域的關注以及教學水平的提升.

1 物理量通過測量獲得

1.1 物理量教學應鮮明體現現代物理學特征

我國物理教學思想中一直有對“物理學基本特征”的認識，在各種物理教學論（法）的教科書中都居于起始地位.因此可以說，這一理念在一定程度上支配著對物理教學的整體看法.各種認識中一般都包括了“物理學是一門運用數學的精密的定量科學”這一表述.然而在實際教學以及教學思想中，這一認識并未被充分體現.一個原因是“物理學基本特征”的表述方式所決定的——條塊式的表述使得教學缺乏整體性.

“物理學是測量科學”中的“測量”指的是“定量的認識”，而非簡單的測量技術.哲學意義上的“認識”區別于心理學意義上的“認知”.這一表述可以完整地容納傳統的“物理學基本特征”并體現統一性[1].物理量作為物理學測量最直接的對象和成果，對其教學應明確地基于“物理學是測量科學”這一思想與主線展開，從而鮮明地體現物理課程教學體系對現代物理學的理解.

1.2 缺失“測量”教學觀的表現及其影響

我們常有觀念說“物理不是數學，物理更重要的是物理事實、物理本質、物理意義、物理關系”，不能“用數學關系代替物理概念”[2].誠然如此，然而須注意，亦不能以一種偏頗取代另一種偏頗，以一種極端取代另一種極端.在重視“物理意義”的基礎上，也應同時重視物理學“量”的方面.雙方兼具，才是完整的物理學.更何況，對數學的成功運用正是現代物理學的基本特征，不能在這一問題上葉公好龍.仍需強調，一切方法、“數學工具”都從屬于“測量”，而不是孤立存在的.

“測量”的缺失在心理學意義上錯失了“動作邏輯思維”的習得機會.動作邏輯思維是“以動作為思維的重要材料，借助于與動作相聯系的語言物質外殼，形成一種動作思維加抽象邏輯思維的動作邏輯思維，在認識中以操作為手段，來理解事物的內在本質和規律性.所以動作邏輯思維又叫實踐思維或操作思維”.林崇德先生指出：“要全面地對待各種邏輯思維的發展[3].”“測量”兼具推理與動作邏輯，而教學中測量的缺失與弱化使得人們長期糾結于不同物理量的物理意義、定義表述.像這樣，只有語言邏輯而沒有動作邏輯，極有可能造成物理能力發展的畸形與障礙，習得的物理學則極有可能是不完善的，因為物理學從來都是“手腦并用”的.

2 物理量從屬于物理規律

2.1 物理量是“定量的”物理概念

重視“物理概念與規律的教學”是我國物理教學思想的一個鮮明傳統，物理量則一般被置于物理概念的“下位”展開論述.典型的表述為：“定量地反映客觀事物本質屬性的概念，就是物理量;一些物理量之間的關系，就是規律[4]”.人們普遍認為，有些物理概念可以被定量地表述，也就是物理量.

這樣的認識在很大程度上影響了物理量教學的邏輯.由于物理量是“一些物理概念的量化”，因此教學的重點被置于如何通過抽象、概括思維獲得物理概念，對概念進行進一步的數學抽象就得到了物理量.這一過程中，任何觀察、實驗、“科學方法”等的作用都無非是便于分析綜合，從而突出“本質屬性”，從而從物理現象中抽象概括得出物理概念.例如典型論述：“要注重實驗，喚起學生已有的感性知識，觀察、分析實驗現象和實驗結果，從而建立概念，得出結論[5]”.這種表述具有典型性，鮮明地反映了教學現實.

即使我們承認物理規律是物理概念與概念之間本質的、必然的、穩定的聯系，并且在很大程度上，對物理規律的理解在物理教育中居于核心地位[6]，然而長期以來的教學還是更多地強調了物理量對物理概念的從屬地位，從而造成了一種片面性.

2.2 “測量”的目標是定量表達的物理規律

應認識到，物理量不僅屬于物理概念，更屬于物理規律.長期以來，我們對后一種“從屬”的強調極其不足，從而在教學中錯失了豐富的物理內涵.應明確，物理概念（定量的）、規律都有物理量的一面，都是由物理量所精確表達的.物理概念與規律的教學都要圍繞物理量這個中心來進行.“概念與規律的教學”被并列論述，原因不僅因為它們都是物理理論，還因為它們共同被物理量所耦合.

“測量”不等于“測定”.“測量”的目標與成果絕不是測出某個物理量的量值、絕非某個物理量的“操作定義”，而是“定量地”認識描述自然界的不同物理量之間定量的聯系與制約關系——是不同物理量在客觀世界中分布、演化在數學關系上的客觀必然性，也即規律性.因此，“測量”絕不是一些技巧性的方法與一次性的操作，而是探索物理規律定量關系的審慎過程、批判過程、歷史過程、普遍性過程、開放性過程.

3 物理量的數學特征由物理規律決定

物理量在以往的教學中，一般強調其定義、單位、矢量（或標量）、決定式等方面的特征[7-8]，這些強調的內容缺乏統一性與層次性.我們對物理量的把握不應以抽象的方式進行，正因為“物理學不是數學”，物理量歸根結底反映的是自然界的內在（物理）規律.因此，必須強調物理量的特征（包括一切定義、單位、數學特征等細節）都是由物理規律決定的.例如，能量這一物理量具備“守恒”的特征，具備相關數學表達——這是能量守恒定律所規定的，而這一規律是對能量這一物理量“定量認識”的成果.

教學中還長期存在對“物理量正負號”的討論，一般強調正負號代表的“物理意義”包括大小、方向、性質、相反等[9]，同樣缺乏根本性的詮釋，以至于影響了物理問題解決.“正負號問題”在根本上應從物理規律的角度認識.基于此，物理量的“正負號”實際上也是對物理規律的符合性，決定于物理規律.

應看到，只有同種物理量才能直接發生加減（或疊加）等數學關系，這代表我們在測量中始終基于同一尺度而沒有游移不定.從而才能洞察出這一尺度下測量出的物理規律.再如，當某種物理量形式是張量的時候，兩個具體物理量的關系就是更為復雜的數學關系，不能用簡單的“大小”來表達.同理，一切數學關系都體現了對該物理量所參與的物理規律的符合.

4 物理量的分類應有物理規律的深刻依據

已有教學思想中還存在對物理量的“分類”說，其代表性包括：（1）按照描述對象的狀態分為狀態量和過程量;（2）按照描述事物的屬性分為性質量和作用量;（3）按照是否有方向分為矢量和標量;（4）按照是否與參考系關聯分為相對量和絕對量;（5）按照國際單位制分為基本量和導出量[10].以上觀念在相當程度上左右著物理量的教學.然而需看到，以上每種分類均基于物理量的部分特征，而沒有區分不同分類標準的不同重要性程度，影響了對統一、連貫的把握.

物理量的分類絕不是為了分類而分類，亦不是被動地分類.物理量的分類也應基于足夠深刻的物理規律，從而使得物理量的分類成為深刻理解物理規律的一條通路.廣延量和強度量的分類方式具有鮮明的優勢，應在教學中作為重點分類展現出來.

廣延量與強度量的分類依據的是吉布斯基本方程（dE =Vdp +φdq +TdS+…）.作為“混合物熱力學和化學反應熱力學的基本關系式[11]”，吉布斯基本方程具有更廣闊的包容性，因而更具總體性.根據方程，“描述一個物理系統的某種性質的基本物理量是廣延量和強度量.廣延量與系統的體積有關，具有相應的密度，是可加的.強度量反映了系統的局域性質，是不可加的[12].”

總而言之，就物理量的分類而言，對不同的分類方式不可等量齊觀地看待.大部分分類是不深刻的，是依據表面特征或非物理學特征進行的分類.依據物理規律特征進行的分類應被作為重點分類.

在各種分類中，物理常數是一類特殊的物理量，這在物理規律的數學表達式中才得到鮮明的詮釋.在物理量的公式中，物理常數鮮明體現著對不同物理量之間關系的制約.可以說，物理常數反映的是客觀世界的一種特殊性、偶然性，是“人擇原理[13]”的證據，即客觀世界的尺度特征，表達的是人類物理學認識的有限性，也就是一種特殊性.

5 反思與展望

我國物理量教學思想相關問題的澄清折射出我國物理教育的“生態化”不足[14].我們往往習慣于抽象地談論物理教學，而少有看到物理學是人類與自然界打交道的一種方式，物理學的認識成果反映了自然界的決定性和人類認識能力的邊界.物理學中的“物理意義”不僅是精巧的、有趣的，還是壯觀的、宏闊的.

從傳統物理教學論的角度看，我國傳統教學模式確實多強調通過語言講授建立一套物理觀念，但是缺失了“測量”這一維度及其過程.在很大程度上造成了有講授邏輯而沒有動作邏輯.物理量的教學正是要把動作邏輯和推理邏輯結合起來——也就是教會學生什么是“定量地認識”.

物理量教學思想的梳理還反映出，我國傳統物理教學理論是在教育資源比較貧乏、理論資源比較單一的基礎上發展起來的.對物理量教學的忽視折射出以哲學認識論、自然辯證法代替物理教學理論的傾向.教學中既否定亞里士多德等自然哲學，又對現代物理學“數理實驗科學”的現實不敢涉入.須認識到，所謂“數理實驗科學”，不是“數理”和“實驗”，而是“數理—實驗”的統一過程.

“物理量”也是物理學中有特色的一類知識.帶來的啟發是，各個學科的“知識型”是不同的，不能簡單地用一種教學思維來統攝每個學科的教學.在教學論發展中，曾有過對“知識教學”“雙基”等的討論.然而如今看來，理當對不同學科與領域的知識采取“具體問題具體分析”的態度.學科教學論應對不同學科的知識型有不同的深刻把握，從而開展相應的教學及其改革.

參考文獻：

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（收稿日期：2020-10-25）