科學(xué)家精神觀照下的物理學(xué)科教學(xué)

蔡麗芬 黃皓

【摘 要】物理實(shí)踐性作業(yè)是將科學(xué)家精神融入高中物理教育的教學(xué)一體新樣態(tài)，實(shí)踐性作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，考驗(yàn)的是教師能否讓學(xué)生“因境生疑、因疑生問(wèn)、以疑解問(wèn)”的智慧。實(shí)踐性作業(yè)問(wèn)題化，即把問(wèn)題的梳理、發(fā)現(xiàn)與解決貫穿實(shí)踐性作業(yè)全過(guò)程，當(dāng)學(xué)生擁有了一定的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)力、問(wèn)題結(jié)構(gòu)力和問(wèn)題解決力之后，師生的共同智慧將成為推進(jìn)問(wèn)題解決的澎湃動(dòng)力，實(shí)踐性作業(yè)的必要性及將科學(xué)家精神融入高中物理教學(xué)的意義由此凸顯。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)家精神；實(shí)踐性作業(yè)；問(wèn)題發(fā)現(xiàn)力；問(wèn)題結(jié)構(gòu)力；問(wèn)題解決力

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ?【文章編號(hào)】1005-6009（2024）03-0011-04

【作者簡(jiǎn)介】1.蔡麗芬，江蘇省梅村高級(jí)中學(xué)（江蘇無(wú)錫，214112）教師，高級(jí)教師，無(wú)錫市物理學(xué)科帶頭人；2.黃皓，江蘇省無(wú)錫市第一女子中學(xué)（江蘇無(wú)錫，214002）教師，正高級(jí)教師，江蘇省教學(xué)名師，江蘇省第五期“333高層次人才培養(yǎng)工程”第三層次培養(yǎng)對(duì)象（學(xué)術(shù)、技術(shù)帶頭人），南京師范大學(xué)碩士生導(dǎo)師。

一、研究背景

科技是國(guó)家強(qiáng)盛的基石，科學(xué)家精神是廣大科技工作者在科學(xué)研究過(guò)程中所形成的愛(ài)國(guó)、創(chuàng)新、求實(shí)、奉獻(xiàn)、協(xié)同、育人的精神特質(zhì)。當(dāng)下，以創(chuàng)新、求實(shí)、合作為基本遵循的物理實(shí)踐性作業(yè)已成為將科學(xué)家精神融入高中物理教育的教學(xué)一體新樣態(tài)，受到各個(gè)層面的高度關(guān)注。

實(shí)踐性作業(yè)本質(zhì)上是學(xué)生基于問(wèn)題和任務(wù)驅(qū)動(dòng)，在教師指導(dǎo)下自主開(kāi)展的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)活動(dòng)，其目標(biāo)指向培育學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，實(shí)踐性作業(yè)“問(wèn)題化”，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)家精神融入高中物理教學(xué)的關(guān)鍵路徑。基于此，筆者嘗試以“問(wèn)題化學(xué)習(xí)”策略，設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)踐性作業(yè)。

二、從問(wèn)題到問(wèn)題化

心理學(xué)研究表明，人有了期待目標(biāo)，而且遇到了目標(biāo)達(dá)成的障礙，問(wèn)題才成為問(wèn)題；沒(méi)有對(duì)目標(biāo)的期待，就不會(huì)有真問(wèn)題。在教育領(lǐng)域，只有學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，學(xué)習(xí)才能真實(shí)發(fā)生。“問(wèn)題化學(xué)習(xí)”即把問(wèn)題的梳理、發(fā)現(xiàn)與解決貫穿學(xué)習(xí)全過(guò)程（如下頁(yè)圖1所示）。

三、“問(wèn)題化學(xué)習(xí)”教學(xué)實(shí)例

（一）因境生疑，因疑生問(wèn)

一輪復(fù)習(xí)時(shí)遇到這樣一道題：小明在暑假里做了一次城市道路破損情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在平直的道路上，交通紅綠燈前斑馬線(xiàn)附近路面破損開(kāi)裂比較嚴(yán)重。小明針對(duì)這個(gè)問(wèn)題做出了各種解釋?zhuān)阏J(rèn)為造成這種現(xiàn)象最主要的原因是（ ? ? ?）

A.斑馬線(xiàn)附近通過(guò)的行人多，路面被踩踏嚴(yán)重。

B.斑馬線(xiàn)附近交通信號(hào)設(shè)備多，路面下管道多，導(dǎo)致路面不結(jié)實(shí)。

C.行駛的汽車(chē)經(jīng)常在斑馬線(xiàn)前剎車(chē)，汽車(chē)對(duì)路面的摩擦力增大。

D.行駛的汽車(chē)經(jīng)常在斑馬線(xiàn)前剎車(chē)，汽車(chē)對(duì)路面的正壓力增大。

多數(shù)學(xué)生選了選項(xiàng)C，參考答案也是選項(xiàng)C，理由是“行駛的汽車(chē)在遇到紅燈時(shí)，要在斑馬線(xiàn)前剎車(chē)，汽車(chē)對(duì)路面的摩擦力增大，因此斑馬線(xiàn)附近路面破損開(kāi)裂比較嚴(yán)重”。但在講評(píng)時(shí)，由于執(zhí)教者鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的觀點(diǎn)，有些學(xué)生提出異議，他們認(rèn)為破損開(kāi)裂應(yīng)是壓力的作用效果，因此選項(xiàng)D更恰當(dāng)。

在這個(gè)教學(xué)片段中，學(xué)生群體基于各自認(rèn)知的互動(dòng)激發(fā)了認(rèn)知沖突，他們發(fā)現(xiàn)憑借自己的力學(xué)知識(shí)不足以給出令人信服的解釋。鑒于師生均對(duì)探究斑馬線(xiàn)附近路面破損開(kāi)裂的主因有了強(qiáng)烈的期待，當(dāng)即決定把它作為實(shí)踐性作業(yè)付諸實(shí)施。

（二）在協(xié)商性對(duì)話(huà)中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題

執(zhí)教者組織學(xué)生開(kāi)展協(xié)商性對(duì)話(huà)，期望讓他們?cè)趨f(xié)作過(guò)程中產(chǎn)生屬于自己的觀點(diǎn)，結(jié)果如下：

問(wèn)題①日常生活中從未有意識(shí)地觀察斑馬線(xiàn)附近路面的情況。

問(wèn)題②對(duì)斑馬線(xiàn)附近路面下管道的鋪設(shè)情況一無(wú)所知。

總之，判斷缺乏依據(jù)。因此，雙方無(wú)法說(shuō)服對(duì)方，對(duì)話(huà)陷入僵持和無(wú)謂的循環(huán)。據(jù)此，執(zhí)教者安排學(xué)生以小組為單位，用一周時(shí)間實(shí)地觀察、查閱相關(guān)信息并請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人士指導(dǎo)。

（三）在問(wèn)題分解中發(fā)現(xiàn)小問(wèn)題

執(zhí)教者引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)地觀察和查閱資料的結(jié)果，思考各自觀點(diǎn)中的不足，進(jìn)而對(duì)原觀點(diǎn)進(jìn)行修正、改進(jìn)，在集體討論中尋找可能的突破方向。一周后，學(xué)生多有發(fā)現(xiàn)，具體總結(jié)如下：

問(wèn)題①如果斑馬線(xiàn)附近有大量電子設(shè)備，路面破損開(kāi)裂比較明顯；如果電子設(shè)備不多，路面并無(wú)明顯差異。這是為什么？

問(wèn)題②如果路面有明顯的破損開(kāi)裂，一般是在斑馬線(xiàn)中部位置（如圖2所示），而汽車(chē)應(yīng)是在斑馬線(xiàn)前就剎車(chē)的。這是為什么？

問(wèn)題③斑馬線(xiàn)附近路面下，管道確實(shí)多，這些管道本身耐壓性能很好，或許是管道與瀝青結(jié)合料或水泥混凝土之間沒(méi)有黏結(jié)成為整體，導(dǎo)致路面不結(jié)實(shí)？

問(wèn)題④斑馬線(xiàn)附近路面自上而下的裂痕比較多，但一般比較淺。這是為什么？

問(wèn)題⑤斑馬線(xiàn)附近路面下各種管道都有，只有敷設(shè)感應(yīng)線(xiàn)圈的管道附近才會(huì)有很深的自下而上的裂痕，而此類(lèi)管道的位置恰好就在斑馬線(xiàn)中部。這是為什么？

（四）在小問(wèn)題解決中解決大問(wèn)題

在這個(gè)階段，執(zhí)教者開(kāi)始深度介入、設(shè)計(jì)支架（如圖3所示），幫助學(xué)生理清不同觀點(diǎn)的內(nèi)在邏輯，再依次分辨其合理性（關(guān)鍵過(guò)程見(jiàn)表1）。

如表1所示，在解決小問(wèn)題的過(guò)程中大問(wèn)題也就解決了。出人意料的是，本題最符合實(shí)際情況的答案是選項(xiàng)B，真是“以踐解問(wèn)”。

在這次實(shí)踐性作業(yè)中，執(zhí)教者也收獲頗多。命制與實(shí)際情境緊密聯(lián)系的試題，絕不能主觀臆想。正常開(kāi)車(chē)，人們?cè)诮咏＼?chē)線(xiàn)較遠(yuǎn)的地方便會(huì)剎車(chē)，而不是到斑馬線(xiàn)附近才剎車(chē)。命題人如能給出圖片，指明車(chē)轍痕跡是要解決的問(wèn)題，本題的命制才相對(duì)合理。

四、反思審視

反思審視是指對(duì)問(wèn)題化學(xué)習(xí)全過(guò)程的追問(wèn)審視，并用思維可視化方式總結(jié)歸納其學(xué)習(xí)路徑。反思審視過(guò)程也是評(píng)鑒過(guò)程。反思審視是提高問(wèn)題化學(xué)習(xí)力——問(wèn)題發(fā)現(xiàn)力、問(wèn)題結(jié)構(gòu)力、問(wèn)題解決力，是從“解題”走向“解決問(wèn)題”，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)家精神的關(guān)鍵步驟。

（一）反思路徑

反思審視的行動(dòng)路徑如下頁(yè)圖4所示，思維進(jìn)階路徑如下頁(yè)圖5所示。

（二）反思內(nèi)容

1.與情境互動(dòng)，提出個(gè)人觀點(diǎn)

在本文所述實(shí)例中，學(xué)生遭遇了看似熟悉實(shí)則陌生的事件——用摩擦力解釋路面破損不能令人信服。他們將其作為學(xué)習(xí)探索情境，結(jié)合自己的前概念或生活經(jīng)驗(yàn)，在自身內(nèi)化的基礎(chǔ)上提出有意義的問(wèn)題：到底是壓力還是摩擦力導(dǎo)致路面破損？為什么與電子設(shè)備有關(guān)？依據(jù)何在？我用哪些知識(shí)可以給出合理的解釋?zhuān)?/p>

“能提出一個(gè)問(wèn)題”是突破，“能提出多個(gè)問(wèn)題”是能力，“能提出解決問(wèn)題的方向”是智慧，“能提出沒(méi)人想過(guò)的創(chuàng)造性問(wèn)題”是卓越。這就是問(wèn)題發(fā)現(xiàn)力。

2.觀察、猜想，形成淺表觀點(diǎn)

學(xué)生因境生疑、因疑生問(wèn)后，追尋問(wèn)題答案便成為學(xué)生的期待目標(biāo)，于是觀察、猜想、確認(rèn)、否定、歸納、演繹等思維活動(dòng)交替發(fā)生。通過(guò)這些思維活動(dòng)，學(xué)生能對(duì)問(wèn)題梳理、排序，使邏輯更清晰；能夠歸納焦點(diǎn)問(wèn)題，以抓住重點(diǎn)；能對(duì)問(wèn)題分解、遞進(jìn)，以簡(jiǎn)單分析實(shí)際；能對(duì)問(wèn)題拓展、延伸，以形成淺表觀點(diǎn)。這就是問(wèn)題結(jié)構(gòu)力。

3.用概念解決問(wèn)題，形成體系化理解

對(duì)斑馬線(xiàn)附近地面破損現(xiàn)象進(jìn)行歸因是復(fù)雜情境，知識(shí)、技能、態(tài)度等是學(xué)生解決問(wèn)題的關(guān)鍵。在歸因過(guò)程中，學(xué)生能夠大膽猜想、詳細(xì)解釋觀點(diǎn)，能夠小心求證、幫助同伴理解，能夠持續(xù)追問(wèn)、質(zhì)疑深究，能夠交互反饋、實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，最終實(shí)現(xiàn)集體知識(shí)創(chuàng)生、形成體系化理解。這就是問(wèn)題解決力。

通過(guò)以上反思，高質(zhì)量的認(rèn)知與思維訓(xùn)練貫穿學(xué)習(xí)全程。學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從“正確答案是什么”轉(zhuǎn)向“尋找依據(jù)”，他們相互促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化，實(shí)現(xiàn)協(xié)作知識(shí)建構(gòu)，形成深度穩(wěn)定認(rèn)知，從而解決實(shí)際問(wèn)題。

五、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐性作業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)施，考驗(yàn)的是教師能否讓學(xué)生“因境生疑、因疑生問(wèn)、以踐解問(wèn)”的智慧。實(shí)踐表明，在問(wèn)題化學(xué)習(xí)的初級(jí)階段，執(zhí)教者一般通過(guò)提問(wèn)、追問(wèn)來(lái)推進(jìn)問(wèn)題解決，當(dāng)學(xué)生擁有了一定的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)力、問(wèn)題結(jié)構(gòu)力和問(wèn)題解決力之后，師生共同的智慧將成為推進(jìn)問(wèn)題解決的澎湃動(dòng)力。實(shí)踐性作業(yè)的必要性及將科學(xué)家精神融入高中物理教育的意義由此凸顯。

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