物理教學中的“變化”教育

吳新田

摘? ? 要：發展即變化，“適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”就是終身自我改變的能力和適應社會變化的能力.因此，教會學生發現變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化等相當重要.在物理學科教學中實施“變化”教育，教師要以學科教學內容為載體，以變化的要素為線索，明確目的，采取科學、必要的措施，引導學生認識變化、研究變化，落實核心素養的培育.

關鍵詞：物理教學;“變化”教育;變化要素

變化是自然界亙古不變的主體.面對變化，有的人視而不見、渾渾噩噩、缺乏敏銳的洞察力，有的人善于發現、敏于分析并及時應對;有的人束手無策、驚慌失措，有的人善于把握時機、創造機遇，有的人應對策略雜亂無章、顧此失彼，有的人能夠牢牢地掌控局勢并讓變化朝對自己有利的方向發展;還有人通過制造新變化轉移矛盾，實現破局.在變化面前的表現，反映了一個人的能力與智慧，這種能力和智慧正是個人核心素養的體現.

一、核心素養與“變化”教育

教育的過程是使受教育者按照教育者設定的教育目標發展變化的過程.培養什么樣的人除了與教育內容有關外，教育途徑也起到相當重要的作用.

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，核心素養指學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，突出強調個人修養、社會關愛、家國情懷，更加注重自主發展、合作參與、創新實踐.

發展即變化，“適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”就是終身自我改變的能力和適應社會變化的能力.其中的關鍵能力是指：科學精神、實踐創新、學會學習.

科學是關于“變化”的學說，科學精神就是在面對變化時表現出來的意志品質;實踐創新是對變化理論的應用以及創造新變化的過程;學會學習就是學會自我改變的方法.因此，核心素養的諸多要素都與變化相關聯.

物理學科的核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任四個方面，限于篇幅，筆者僅分析物理觀念中的“物質觀”與“變化”的聯系.

物質觀認為，物質具有多樣性：同一物質的物理狀態和屬性可以發生變化，如物態的變化，導體在接近絕對零度時的超導現象等;不同物質間能夠相互轉化，如變化的電場產生磁場等;物質的存在方式也是多樣的，如光的電磁屬性，相對論的物質觀更是與能量相聯系等.這些物質觀是隨著人們認識的提高不斷變化的.可見物理核心素養與變化密切相關，教學中突出對變化的教學，是落實核心素養教育的有效途徑.

“變化”教育是指以學科教學內容為載體，以變化的要素為線索，以怎樣發現變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化等為教學主體，以落實核心素養教育為目標的教學行為.其最大的教學特點是以學科內容為依托，始終貫穿對變化的教育，從而實現不同學科教學目標的一致性，使學生樹立變化的思想.其最終的指向是塑造學生在變化面前所表現出來的意志品質，從而達到核心素養培育的目的.其主要體現為“四性”：

1.系統性：變化的元素具有多元性，描述變化的渠道具有多樣性，研究變化的方法具有特殊性，利用變化的途徑具有開放性，控制變化的措施具有針對性等.這些決定了變化教育不是一朝一夕或靠幾個實際案例就能完成的，它是一個系統工程，貫穿于學生學習的始終.

2.長期性：在高中階段，不同的授課內容，要求層次不同，教師要立足課程標準，針對具體的教學內容確定變化的某一個方面進行教育，不能奢求在某個階段完成所有的教育內容.

3.學科性：“變化”教育不是獨立的教育，它的載體是學科教學，是融匯在學科教學中的.不同學科，研究的內容不同，尋找的變化元素、要素不同，采用的研究方法不同，著眼點也是不同的，“變化”教育的實施要具有明顯的學科特征.而不同學科通過“變化”教育所要達到的教學目標又具有一致性，即教育學生怎樣發現變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化.這就實施了不同學科教學的殊途同歸.

4.開放性：變化無時、無處不在，“變化”教育的素材隨時隨地可取，教師要善于引導學生從發生在身邊的案例出發，利用變化的思想、觀點、方法看待問題，認識問題，研究問題.

二、物理學科的變化要素

不同的學科著眼點不同，在同一事物中觀察問題的角度或目的不同，得到同一事物的變化元素也是不相同的，如深圳在改革開放四十年中的變化，可以從政治、經濟、科技、文化、人口、環境等方面來考察.不同的考察內容，對應的變化元素不同.不同的變化元素，具有不同的屬性，研究的內容也不同.明確學科內的變化要素，圍繞變化要素展開教學，是進行“變化”教育的前提.

物理學科中的物理名詞或物理量是物理學科的變化元素，研究這些元素變化時涉及的相關方面稱為該元素的變化要素.物理上的變化要素主要從兩個方面來看，一是物理現象的變化，二是物理量的變化.

從量值關系上去認識和描述變化，涉及的變化要素主要有：

①是什么變化——確定變化的物理元素.②怎樣變化——對變化的直觀描述，如是增加還是減少，是均勻變化還是非均勻變化等.③變化多少——從量值上計量變化，需要解決怎樣計算變化量的問題.④變化快慢——需要解決引入什么物理量計量變化快慢的問題.⑤變化結果如何——遵循怎樣的變化規律、這種變化的利與弊等.⑥變化原因——解決為什么會變化的問題.⑦怎樣利用或控制變化——利用和控制變化的措施或途徑等.

高中物理階段圍繞上述要素展開的教學內容有很多，表1列出了一部分.

三、“變化”教育的任務

（一）尋找變化的元素

發現變化的元素是科學研究的前提，也是個人能力的體現.要想發現變化，就要有明確的目的，即從學科本位出發尋找變化，還要采取科學、必要的措施，能夠感知或探尋出變化來.

觀察、調研、測量、感知、實驗、推理、歸納等是發現變化的有效途徑.如中醫中的望、聞、問、切，西醫中的各種檢查、化驗、病理報告等，是通過感知和體驗認識病變的;通過奧斯特實驗，我們認識到電生磁的變化;通過光的衍射實驗，我們認識到光通過狹縫后，傳播方向發生了變化，從而說明光具有波動性特征;布拉凱特利用云室照片，在2萬多張近40萬條α粒子的徑跡中，發現其中有8條發生了分叉，推動了原子物理的研究;愛因斯坦發現物體高速運動時表現出來的另一種屬性，建立了相對論;在原子核人工轉變中，我們體會到從量變到質變的變化過程……

“產生感應電流的條件”的教學，就是一個發現變化元素很好的實例.教師首先明確，要想產生新事物，必須通過變化才能實現，然后向學生提出問題：

要想利用磁場產生電流，你認為應該使什么發生變化？

利用磁場產生電流，涉及磁場和電路兩部分，變化的渠道主要有改變磁場或改變電路.在此基礎上，教師通過一系列演示實驗展示產生感應電流的途徑，得到導體切割磁感線、磁場變化、回路包圍面積變化等都有可能產生感應電流，然后再提出問題：

在這些不同的變化形式中，有沒有共同的變化元素？

通過該問題引導學生探尋影響感應電流產生的最本質的變化元素.這是對實驗現象進行分析、綜合、歸納的過程，目的是讓學生在教師的帶領下，尋找到產生感應電流的變化元素——磁通量變化.在教學中，讓學生體會發現變化的方法和途徑，形成發現變化的意識和能力，就是落實核心素養培育的體現.

（二）認識變化

從個體的變化到整體的變化、單個的偶然變化到大量的集體變化中，去感知和認識變化的特點和規律，尋找恰當的描述方法，進而對變化進行科學描述，是“變化”教育的另一項任務，物理規律的建立常常就是這樣完成的.

認識變化主要包含以下幾個方面：

①認識變化產生的條件和特點——在什么情況下才能產生變化，變化的快慢與變化條件有什么關聯，它們之間有怎樣的制約關系等.②認識描述變化的方法——采用什么手段描述變化更科學、更準確、更方便、更直觀等.③認識變化的規律——利用科學語言或數學公式反映出變化遵循的規律.

在學習過程中，我們認識到有些物理量自身的意義并不重要，我們主要關注的是它的變化量和變化率.如“電勢”，我們關注的是電勢的變化（電勢差）和單位長度電勢的變化（電勢梯度也叫電場強度）;“磁通量”，我們關注的是它的變化量（影響感應電流的有無和方向），以及它的變化率（影響感應電動勢大小）.

（三）研究變化

研究變化遵循的規律、研究變化產生的原因、研究制約或促進變化的因素等，是研究變化的主要內容.教學中要突出對變化現象研究方法的教學，利用教學素材，培養學生的研究意識以及追根求源的意識，使學生從“是什么”入手，向“為什么”進軍.科學實驗和理論推理是研究變化的主要途徑.如“萬有引力與航天”這一章的教學，可貫穿對變化的研究：

在哥白尼日心說的基礎上，人們發現不同天體繞太陽運動的軌道、周期是變化的（發現變化），于是以第谷、開普勒為代表的科學家進行觀察和研究，最終總結出行星運動的規律——開普勒三定律（研究變化的規律）.接著，以牛頓、卡文迪許為代表的科學家進行了“天體為什么會這樣運動”的研究，建立了萬有引力定律，揭示了天體運動的奧秘（研究變化的成因）.然后，人們開始根據萬有引力定律研究宇宙航行的途徑（研究變化的控制和利用）.

顯然，人類的航天史，實際上就是一部發現變化、研究變化、利用變化、控制變化的歷史.

研究變化主要涉及以下內容：

1.研究變化的表述方法：用文字表述，引入物理量表述，利用圖像、圖表表述，利用數學公式表述等.科學、恰當地表述變化是研究變化的前提.

2.研究變化的規律性或趨勢：變化是有規律可循的，變化的規律需要我們通過研究去揭示，以便更好地利用規律辦事，或者做出科學的預判.在“楞次定律”一節的教學中，筆者通過對磁通量變化的研究，最終總結出感應電流的磁場方向與原磁場磁通量變化情況的關系——楞次定律，這就是一個典型的研究變化規律的實例.

3.研究變化形成的原因：變化都是有原因的，弄清為什么會變化，為我們利用或控制變化找到了突破口.變化的原因有外因、內因之分，要善于把握內、外因的關系，抓住主要因素，忽略次要因素.

4.研究利用和控制變化的途徑：事物都具有兩面性，變化也是如此，促進或抑制變化的方法需要研究，以便提高相應措施的有效性.在“互感與自感”的學習中，如何利用或抑制互感、自感，這兩個方面的體現尤為突出.

（四）利用變化規律解決問題

學會用變化的觀點分析、描述科學現象，用變化的思想、方法認識自然、解決問題，是學生學習的最終落腳點.

高中物理的習題教學，是利用變化規律解決問題的過程.問題是在變化中產生的，變化是問題的來源.解決問題的過程，就是發現變化、描述變化、研究變化、控制變化、引導和預見變化的過程.從變化的角度來看，物理習題只有兩類：①已知原因，預見變化（從原因入手確定變化特點和規律，找到變化的結果等）.②已知變化，確定原因（從已知的變化中認識變化的規律，找到實現變化的途徑等）.

解決問題的過程，就是在學生領會題設情境的基礎上，教師再引導學生尋找變化的物理量，描述變化的特點和規律，確定變化的原因，尋找變化的臨界狀態，預見變化的結果，然后建立解題方案并解題的過程.最后反思結果的合理性，變化原題設定的條件，以實現多變.

四、結語

總之，“變化”教育的任務就是，不同的學科利用不同的素材，選擇不同的角度，采用不同的思維方式，試圖完成同一個教學目標，即在變化面前，具有科學意志品質，積極實踐創新，不斷自我完善，最終形成在離開學校、“忘記”全部知識后還具有的發展能力.[□][◢]