基于費曼學習理論的物理學科核心素養踐行研究

徐艷梅

徐州市銅山區清華中學，江蘇 徐州 221116

傳統的物理課堂教學傾向于向學習者傳授物理概念、規律的文本知識，重視知識的容量和結論，輕視物理規律的探究過程，進而忽視學習者科學思維的發展。這容易使得學習者對所習得的物理概念和規律生搬硬套，建構了自身不完整的物理觀念。

高中物理課程內容是建立在初中物理的學習內容之上的，學習者通過觀察和實驗對生活中的物理現象進行研究，通過模型建構、科學推理與論證等方法，使學習中所提出的問題得以解決，進而在解決問題的過程中形成科學的研究方法和理論體系，以此來提升學習者的物理學科核心素養。

費曼學習理論出自理論物理學家諾貝爾物理學獎獲得者費曼。他1961年在加州理工學院講授物理學，所使用的教學講義經其學生整理出版了《費曼物理學講義》，而后人們從中提煉出了費曼學習理論。費曼學習理論認為，知識的學習可以用 Concept（概念）、Review（回顧）、Teach（教授）、Simplify（簡化）四個關鍵詞進行概括。

筆者在深入分析費曼學習理論的基礎之上，充分考慮物理教學的學科特點，結合“庫侖定律”一節的教學實踐，以提升學生的物理學科核心素養為目標，從理論與實踐層面提出以下幾條培養學生物理學科核心素養的實踐體會。

1 基于問題情境明確、理解學習目標

根據對費曼學習理論的關鍵詞Concept（概念）的理解，按照物理問題解決的思路，將其分為兩個步驟，首先是明確學習目標，其次是理解學習目標。其中，明確學習目標可以讓學習者對所要學習的內容有清晰的思維，產生對所要學習的內容深入了解的渴望，以及在進一步的學習行動中產生專注力，使學習者的學習行動更具有針對性，學習效率會大大提高。

教學片段1：

實驗演示：利用靜電鈴鐺敲響上課鈴。

教師介紹自制靜電鈴鐺的構造，演示起電機使鈴鐺帶電后，小球左右搖擺敲響鈴鐺。

學生聆聽別致的鈴聲，思考“靜電鈴”的原理。

師：要想了解靜電鈴鐺的工作原理，我們需要學習本節課的內容，電荷間的相互作用規律——庫侖定律。

物理概念和物理規律學習都是建立在學習者由生活經驗所轉化的經驗性知識的基礎之上，通過創設靜電鈴鐺敲響上課鈴的問題情境導入新課，在增加學習者日常生活經驗的基礎之上，一方面使學習者更加明確了學習目標，另一方面調動了學習者對所學習知識的求知欲。學習者的探索欲和求知欲同時也是科學態度與責任素養培養的重點內容。

2 以問題為導引的自主學習

費曼學習理論中Concept（概念）的第二步是理解學習對象，它要求學習者多角度理解知識，對知識進行有邏輯的系統化，并將知識納入學習者已有的知識體系中。將知識進行有邏輯的系統化最有效的方法就是制作知識流程圖。通過知識流程圖可以將與物理概念、物理規律相關的知識要點以表格、圖像或者樹狀圖等形式呈現出來，加深并鞏固了學習內容，促進學習者將知識融入自身的知識體系，從而使知識系統化。

教學片段2:

教師提出問題：

（1）通過何種方法改變靜電鈴鐺鈴聲的強弱？猜測電荷間靜電力的大小可能與哪些因素有關？

（2）實驗中，如何測量兩個帶電體的間距？如何改變電荷量的大??？

（3）實驗中，如何體現電荷間靜電力的大小及靜電力的變化？

（4）實驗采用什么研究方法？

（5）組內討論制訂本實驗的實驗方案。

高中物理的學習內容對于學習者來說是一個新生事物，教學中教師通過問題的引導，能夠幫助學習者快速篩選重要的知識，將學習目標瞄準在對庫侖力大小影響因素的探究，提高了課堂教學的效率。教師的問題引導并非是對物理概念、規律的知識要點提問，而是旨在幫助學習者理解庫侖力的大小關系、制訂實驗方案。學生在此基礎之上通過對教師所提問題的深度理解和加工，從而形成關于探究庫侖力大小關系的知識流程圖（圖1）。知識流程圖是一種可視化的思維路徑，能夠有助于學習者物理觀念的形成，使學習者整個的學習過程中都貫穿著對庫侖力的理解與思考，學習者的科學思維能力得到不斷的發展。

圖1 庫侖定律知識流程圖

3 融合回顧反思的小組活動

費曼學習理論中Review（回顧）指的是對學習目標的回顧反思。學習者通過回顧向小組內成員展示個人學習成果。在回顧的過程中，將剛才學習過程中所形成的短時記憶進行調取，進而使短時記憶得到強化發展成為長時記憶。傾聽者通過質疑使學習者發現自身理解知識時存在的誤區，進一步加強對所學知識的理解，完善了學習者的知識流程圖。

教學片段3：

小組活動：

（1）實驗原理探討

學生1：加速搖動起電機，靜電鈴鐺就會越響亮。

靜電力的大小可能與電荷量的大小、帶電體間的距離有關。

……

傾聽者1：帶電體的形狀、大小、電荷分布對測量帶電體間距離的影響？

傾聽者2：如果兩個帶電體相距較近，能否將其看作點電荷？

傾聽者3：靜電力的大小與豎直方向夾角的具體關系是什么？

傾聽者4：實驗中是否有快速測量出懸線與豎直方向的夾角大小的方法？

……

（2）制訂實驗計劃

（3）實驗器材選擇

（4）驗證實驗猜想

（5）得出實驗結果

結合物理教學的特點，將費曼學習理論中的Review（回顧）與物理教學中的小組活動進行了融合。

小組活動中，學習者經歷了對實驗原理的討論、實驗器材的選擇、實驗計劃的制訂與完善、以小組為單位的實驗探究活動等。通過以上活動，學習者的科學思維能力得以發展，學習者真實感受到了科學探究過程，進而對科學本質的認識更加真切，科學探究能力進一步得到培養。小組活動中由傾聽者的質疑所引起的反思能夠幫助學習者更清晰地知道實驗中所要研究的帶電體應具有什么樣的特點，帶電體在什么情況下可以看作點電荷，帶電體所受的靜電力的大小如何呈現等內容。當學習者發現在知識的學習中存在盲區、誤區，能夠進一步加深對所學知識的理解，同時能夠將小組活動中所學習的知識轉化為實驗操作的注意要點和對實驗原理的完善，進而與自身經驗相結合，從而產生更加詳細的知識流程圖。通過以上學習過程，學習者進一步加深和完善對物理概念的理解，學習者的物理觀念也因此得以提升。同時，通過在物理教學中組織學生小組活動，創造了學生交流的機會，發展了學生的表達能力，活動的組織提升了學生的科學態度與責任感。

4 基于小組展示的以教代學

Teach（教授）是費曼學習理論的核心。當學習者將教授作為一種任務加入學習計劃時，學習者需要在輸出的過程中充當著解惑者、傳道者的角色，因此在學習過程中他就要更加主動地對知識的重要部分加強理解，更加關注與知識相關的論點、論證及邏輯關系。學習者的講授并不是一種簡單的背誦重復，他要將所學習的知識與自己的知識建立聯系，從傾聽者的反饋中進一步加深了對知識的理解深化，并且最大效率地提升了所學知識的內容留存率。因此，Teach（教授）是一種強大的學習力。

教學片段4：

學習者通過以教代學的過程，無形之間與傾聽者建立一個交流過程。比如，當學習者講授到探究庫侖力的原理時、實驗器材的選擇時，他的講授需要獲得傾聽者的認可。學習者在教授過程中，需要對教授的內容進行組織，比如對電荷間相互作用力的探究過程，學習者將其分為：探究課題、實驗方法、實驗器材、實驗原理、實驗探究和實驗結論幾個部分（圖2）。在思考采用何種形式進行表達時，可以采用文字，也可以采用知識流程導圖，或者在有些知識中可以采用表格或圖像。通過以上的準備、講授，提升了學習者制訂實驗計劃的能力，對科學結果進行交流反思的能力。同時，通過與傾聽者的交流，提升了學習者的交流和表達能力。

圖2 學生展示的結構

教師在操作過程中，為了提高學生的教授效果，可以提出以下要求：（1）注意語言技巧，表達簡潔、易懂、無歧義；（2）圍繞知識闡述學習者對知識的理解，要有一定的深度；（3）講授前充分利用好小組討論獲得的反饋信息。

5 以應用為主的簡化吸收

費曼學習理論中的Simplify是簡化和吸收的意思。費曼認為，任何知識無論包含多少概念和分支，它都存在一個理解和吸收該知識的關鍵之處。學習者在對知識進行簡化和吸收的過程中，提升了自身思維能力的同時深化了對知識的理解與認知。學習的最終目的是抽取我們需要的東西，形成自己的知識體系。費曼認為，要想對知識進行簡化和吸收，首先要對知識進行分解，找出理解和吸收該知識的關鍵之處也就是核心知識；其次是將核心知識進行有邏輯的系統化。

教學片段5：

借助兩根相同長度的絕緣細繩，將兩個帶同種電荷的相同大小的帶電小球懸掛在同一點。如圖3所示，兩帶電小球的質量分別為m1，m2，球A所帶的電荷量大于球B所帶的電荷量。兩小球靜止時，懸線與豎直方向的偏角分別為α和β，請根據已知信息判斷二者的關系，并說明原因。

圖3 教學片段示意圖

如何通過物理問題的解決達到對知識的簡化和吸收？在解決物理問題的過程中所需要的物理概念或物理規律就是我們所學習的核心知識。通過使用物理知識解決物理問題，能夠加深對知識的理解，進而使其融入到學習者自身的知識體系中，從而使其達到核心知識有邏輯的系統化，也即完成了知識的簡化和吸收。

比如，在“庫侖定律”這節內容中，我們需要簡化和吸收的知識要點是理解庫侖定律的內容，并能夠使用庫侖定律解決相關問題。在物理問題中，兩個小球的質量分別為m1，m2，球A所帶的電荷量大于球B所帶的電荷量，兩個帶電小球之間的庫侖力有什么關系呢？懸線與豎直方向的偏角又取決于什么呢？通過物理問題的解決讓學習者理解了電荷間的庫侖力是一對相互作用力，取決于兩個帶電體的電荷量的乘積，兩個電荷間作用力的方向在兩個電荷間的連線上。同時，也理解了懸線夾角與電荷量、質量的關系。

然而，教學中為何還要花大力氣對電荷間的相互作用力的規律進行實驗探究，而不直接將庫侖定律的內容告知學習者呢？因為一個物理概念或物理規律背后的邏輯根源、因果關系或者其他背景信息都屬于原理性知識，掌握物理概念或物理規律的原理性知識能夠幫助學習者降低對“記憶量”的依賴，同時提升學習者對所學知識的內容留存率，物理實驗探究也是簡化吸收的一種?？梢?，簡化吸收其實并非學習過程中的一個步驟。

基于費曼學習理論的知識基礎，學習者在學習物理概念、規律的過程中，大致經歷了對物理概念或物理規律的知識性學習，通過小組活動和展示交流所進行的對知識的反思總結，和以教代學為主的知識轉化，到最后基于知識遷移應用為形式的知識簡化，實現了對物理概念、規律的習得，從而使學習者的物理科學思維能力得以鍛煉，使學習者的科學探究能力得以提升，從整體上促進了學習者物理觀念的形成。在學習者的學習活動過程中，使學習者的科學態度與責任素養得以提升。因此，基于費曼學習理論的物理教學實踐有利于提升學生的物理學科核心素養，對立德樹人、提升學生的整體素養意義重大。