物理觀念“辯”與“立”

馬亞鵬

(銀川市第九中學(xué)，寧夏 銀川 750011)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(下稱“課標(biāo)”)凝練了物理學(xué)科核心素養(yǎng),著力體現(xiàn)物理學(xué)科的育人價值．然而,物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的物理觀念,一線教師反映“不好把握”．[1]有研究直言,這恰恰說明“‘物理觀念’的提法在理論上存在著很大的問題”．[2]究竟應(yīng)該怎樣準(zhǔn)確理解物理觀念?對這一問題的回答將對物理課程實施產(chǎn)生重要影響．有鑒于此,本文在分析課標(biāo)文本的基礎(chǔ)上,從科學(xué)哲學(xué)、國際科學(xué)教育研究和我國物理教學(xué)研究傳統(tǒng)等多維視角,系統(tǒng)反思并辨識之．

1 課標(biāo)中物理觀念的涵義

物理觀念是課程政策文本中采用的術(shù)語,回歸課標(biāo)本身理應(yīng)作為分析與討論的基點．課標(biāo)在多個地方出現(xiàn)了物理觀念這一術(shù)語,對其涵義解釋的主要有4處:[3](1) 在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的釋義中,指出“物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)”．(2) 在學(xué)業(yè)質(zhì)量水平中,與物理觀念相關(guān)的5級學(xué)業(yè)質(zhì)量水平,概括起來,均強(qiáng)調(diào)“物理概念與物理規(guī)律及其相互關(guān)系和應(yīng)用”．(3) 在教學(xué)建議中,指出“物理觀念的形成和發(fā)展需要學(xué)生通過物理概念、物理規(guī)律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)及運用才能逐步形成”．(4) 在教材編寫建議中,指出“注重選擇與物質(zhì)、運動與相互作用、能量等相關(guān)的核心內(nèi)容,幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)識自然,理解自然,形成物理觀念”．

仔細(xì)研讀上述文本可以發(fā)現(xiàn),課標(biāo)并未嚴(yán)格區(qū)分物理知識和物理觀念,甚至可以說,課標(biāo)中的物理觀念就具體內(nèi)容而言實際上指的就是物理知識,即物理概念、規(guī)律及其聯(lián)系與應(yīng)用．另外,從課標(biāo)中物理觀念的具體內(nèi)容還可以看出,物理觀念又與國際科學(xué)教育改革中的“大概念”(big ideas)、“核心概念”(core concepts)相對等．正是在此意義上,我國學(xué)者在國際期刊發(fā)表的介紹我國科學(xué)教育改革的文章中將物理觀念翻譯為“big ideas of physics”．[4]

上述發(fā)現(xiàn)從課標(biāo)修訂組編寫的《課標(biāo)解讀》中得到了印證．將物理觀念作為物理核心素養(yǎng)的依據(jù)歸納起來有如下3點:“(1) 科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用是學(xué)生發(fā)展非常重要的核心素養(yǎng),主要包括科學(xué)技術(shù)的原理、方法與應(yīng)用．(2) 世界各國的課程標(biāo)準(zhǔn)都將核心概念或者大概念等作為重要的科學(xué)素養(yǎng);(3) 科學(xué)教育研究一直重視概念學(xué)習(xí)”．[5]至于為何使用物理觀念這個術(shù)語,主要考慮到如下兩點: (1) “應(yīng)試教育背景下,我國特別重視知識和原理的教學(xué),很多學(xué)校強(qiáng)調(diào)死記硬背的知識和原理的學(xué)習(xí),而素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)知識和原理的深度理解與靈活應(yīng)用”; (2) “在中國文化中,概念是指一類事物的共同屬性和本質(zhì)特征,是抽象的,與國際上關(guān)于概念的內(nèi)涵并不一致”．[5]

由此可見,課標(biāo)中的物理觀念實際上指的就是物理知識,其與國際科學(xué)教育中的大概念或核心概念相對等．為了避免“學(xué)校教學(xué)死記硬背知識的學(xué)習(xí)”以及考慮到“核心概念的提法與我國文化傳統(tǒng)不符”的情況,用物理觀念代替物理知識或核心概念,其用心不可謂不良苦．然而,物理觀念的提法卻造成了教學(xué)實踐中的“不好把握”,這恐怕是始料未及的．而用物理觀念替代物理知識作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的組成部分,恰恰忽視了物理知識、物理概念和物理觀念之間的差異性,導(dǎo)致教師在理解的過程中出現(xiàn)偏差,這是“不好把握”的根源所在．弗蘭西斯·培根(Francis Bacon)早就注意到了語詞的誤用引起謬見的現(xiàn)象,并稱之為“市場的假象”,意指“人們相互之間的思想交流過程就如同市場上的物質(zhì)交換活動一樣,如果使用的概念不當(dāng),就會造成理解力方面的障礙”．[6]課標(biāo)中物理觀念的使用可作如是觀．

2 準(zhǔn)確理解物理觀念

2.1 知識、概念和觀念辨析

邏輯學(xué)對概念下定義的常用的方法是“屬+種差法”,因此,對構(gòu)成物理知識、物理概念和物理觀念的上位概念知識、概念和觀念的分析有助于增進(jìn)我們的理解．有研究從辭書的釋義辨析知識和觀念、[7]概念和觀念,[8]進(jìn)而將3者區(qū)分開來,這是有價值的．但是,也要意識到,術(shù)語的涵義更是離不開使用它的情境,概念的涵義是在語境(context)中生成的,“概念必須(和只能)在概念的特定框架中獲得意義”．[9]從知識、概念和觀念使用的境脈中可以窺測到3者的差異．

(1) 對知識的理解應(yīng)植根于知識論傳統(tǒng)．自柏拉圖(Plato)區(qū)分“意見”與“知識”起,知識論一再閃耀著理性的光芒．古典哲學(xué)的集大成者康德重申了這一區(qū)別,他的經(jīng)典名著《純粹理性批判》就是在討論知識何以可能的問題．即使20世紀(jì)有地方性知識、默會知識等研究的興起,但人們一提到知識,主要還是指“人類理性認(rèn)識的結(jié)果,是人們對于事物本質(zhì)的反映和表述”．[10]對事物本質(zhì)的認(rèn)識必然會構(gòu)成一個系統(tǒng),在這一系統(tǒng)中,人們才能知其然并知其所以然,因此,“只有系統(tǒng)的知識、納入了理論的知識、科學(xué)知識,才配得上真知或知識這一稱號”．[11]由此可見,知識具有超驗性、確定性、系統(tǒng)性和概念性等特征．

(2) 概念是一個邏輯學(xué)術(shù)語,有嚴(yán)格的規(guī)定性．邏輯學(xué)中概念的涵義有兩層:[12]從語言的角度,概念是詞項(一部分語詞)所具有的意義,即詞項的“內(nèi)涵”,是人們在思維中所共同理解的東西．從認(rèn)知的角度,概念是事物的特有屬性或區(qū)別性特征在思維中的反映,不同的概念指稱或代表不同的事物．可見,概念反映一類事物的共同本質(zhì)特征,有明確的內(nèi)涵和外延．因此,概念具有概括性、嚴(yán)謹(jǐn)性等特征．科學(xué)概念往往還具有精確性,如可測量的物理量．

(3) 觀念則應(yīng)歸屬于思想史范疇．觀念主要指某種思想的反映或提煉,類似于康德哲學(xué)中的信念,也可以理解為某種理念,是“介于主觀的意見和客觀的知識之間的”．[13]觀念更是這樣的一些關(guān)鍵詞,“它已經(jīng)不是思想家處理的‘概念’,而是變成社會上流行的東西,被許多人支持或反對的東西”．[14]觀念可在個體層面和社會層面體現(xiàn)出來．個體層面上,觀念可以是人人都有的東西,如個人的“人生觀”．社會層面上,則往往表現(xiàn)為社會思潮,這種觀念性的思潮則能夠變成某種社會革命的先導(dǎo),如五四新文化運動中的“德先生”與“賽先生”就是作為重要的觀念引入的．由此可見,觀念具有個體性、模糊性和思想性等特征．

2.2 準(zhǔn)確理解物理觀念

以上對知識、概念和觀念的辨析可知,概念是確定性知識的有機(jī)組成部分,作為思想史范疇的觀念則往往是遠(yuǎn)離具體知識的．因此,物理觀念是人們對物質(zhì)世界進(jìn)行觀察、實驗和研究的過程中形成的基本認(rèn)識,是物理思想的濃縮與提煉,具有總體性和概括性;物理觀念還表現(xiàn)為哲學(xué)思維對物理學(xué)及其發(fā)展過程的反思中形成的基本觀點,是思潮形態(tài)的科學(xué)觀在物理學(xué)中的體現(xiàn),具有主觀性和個體性．同時,物理觀念的演進(jìn)是一個歷史過程,具有局限性和發(fā)展性．要準(zhǔn)確理解物理觀念,需要注意以下幾點.

(1) 物理觀念不同于物理知識.

物理學(xué)的知識體系是由為數(shù)不多的物理概念、規(guī)律和方法建構(gòu)起來的．科學(xué)家在建立物理概念、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律、形成物理理論體系的過程中,會更進(jìn)一步去嘗試從根本上解釋物質(zhì)、運動、能量等關(guān)乎物理理論合理性的基本問題,基于某種視角概括式地樹立某種物理觀念．如牛頓在建立經(jīng)典力學(xué)體系的過程中,繼承并揚棄了自笛卡爾以來建立的機(jī)械自然觀,又形成了獨特的絕對時空觀,以解釋牛頓體系的合法性．這里的機(jī)械自然觀和絕對時空觀就是典型的物理觀念,它顯然不同于牛頓運動三大定律和萬有引力定律等理論知識．由此可見,物理觀念不同于物理知識．我國物理教學(xué)傳統(tǒng)中向來重視概念和規(guī)律教學(xué),認(rèn)為“形成概念和掌握規(guī)律是發(fā)展學(xué)生認(rèn)知能力的重要途徑”．[15]而對物理觀念與物理知識不加區(qū)分的現(xiàn)象則不利于物理教學(xué)傳統(tǒng)的傳承,更不利于學(xué)生認(rèn)知能力的發(fā)展．

(2) 物理觀念不同于“大概念”.

近年來,國際科學(xué)教育界興起了大概念、核心概念的研究．這里的概念一詞固然不同于我國物理教學(xué)研究中對概念一詞的用法,但這里的大概念絕不能理解為大觀念．在大概念教育理論的經(jīng)典著作《以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育》一書中,詳細(xì)解釋了大概念提出的背景、大概念的特點、遴選大概念的原則及具體內(nèi)容等．這里的大概念是指“能夠?qū)ψ匀唤缫欢ǚ秶鷥?nèi)的有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和預(yù)測”的概念．在理論上,“將概念連接在一起形成較大概念的過程,可以一直延續(xù)下去,直到歸納成數(shù)目很少的幾個頂層概念,甚至于可以用一個概念解釋所有的事物”．[16]可見,這里對概念“大”“小”的約定,是從解釋力或統(tǒng)攝性的角度而言的．從遴選的大概念如“宇宙中所有物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”“改變一個物體的運動狀態(tài)需要有凈力作用于其上”等實際上依然屬于科學(xué)理論的范疇．只不過“大概念”的提出是從課程論的角度對科學(xué)知識的遴選．從課程設(shè)計的角度,是要讓學(xué)生通過進(jìn)階式學(xué)習(xí)“形成有結(jié)構(gòu)、有組織的科學(xué)知識和模型”,[17]體現(xiàn)“少即是多”(Less is More)的理念．

(3) 區(qū)分兩類不同的物理觀念.

從語義理解的角度,物理觀念含“物理中的觀念”與“關(guān)于物理的觀念”兩層意思,因而,實際上有兩類物理觀念．通常所說的物質(zhì)觀、時空觀、運動觀、能量觀等都是“物理中的觀念”,并不包含“關(guān)于物理的觀念”,因而其提法有縮小概念外延之嫌．“關(guān)于物理的觀念”是科學(xué)觀在物理學(xué)中的體現(xiàn),是伴隨著對物理學(xué)自身的歷史發(fā)展和理論體系的反思過程中逐漸形成的．這些觀念本質(zhì)上來說屬于科學(xué)哲學(xué)的范疇,“是人們對科學(xué)的本質(zhì)屬性、存在樣態(tài)、價值取向和發(fā)展規(guī)律的總體認(rèn)識和基本信仰”．[18]可見,后一類物理觀念牽扯到對物理學(xué)科本身的理解,是科學(xué)本質(zhì)教育的重要組成部分,也是學(xué)生全面、準(zhǔn)確理解科學(xué)、提高物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要觀念來源．值得一提的是,有一些研究混淆這兩類不同的物理觀念做法則導(dǎo)致了理解上的混亂,還有一些研究提出“科學(xué)觀念不同于科學(xué)觀”的說法也是經(jīng)不住推敲的．

(4) 物理觀念的作用.

物理觀念引發(fā)極大關(guān)注除了與課程標(biāo)準(zhǔn)的要求有關(guān)外,還與物理觀念本身的吸引力有關(guān)．因此,還需要正確認(rèn)識物理觀念的作用．物理觀念不僅是對物理世界認(rèn)識的結(jié)果,還能為物理學(xué)的進(jìn)步起到先導(dǎo)性的助發(fā)現(xiàn)作用．歷史上非常有名的科學(xué)革命如從地心說到日心說,從絕對時空觀到相對論時空觀,從連續(xù)能量觀到量子化的能量觀的轉(zhuǎn)變無一例外地表明,“物理學(xué)理論的發(fā)展歷史,最集中、最本質(zhì)地表現(xiàn)在物理學(xué)基本觀念和相應(yīng)世界圖景的演變”,“物理學(xué)的發(fā)展總是以物理觀念、物理思想的突破為先導(dǎo)和基底的”．[19]同時,物理學(xué)的發(fā)展歷史也一再表明,根深蒂固的舊觀念也會在一定程度上制約物理學(xué)的發(fā)展,這是物理觀念的負(fù)效應(yīng)．正是在對物理觀念正、負(fù)向作用的批判反思之中,才真正凸顯出物理觀念的重要教育價值,這也是物理觀念研究的旨?xì)w所在．

3 啟示與討論

本文主要澄清了課程標(biāo)準(zhǔn)中物理觀念的涵義,對物理知識和物理觀念教育提供有益的啟示．

(1) 應(yīng)給物理知識應(yīng)有的位置．課標(biāo)在采用物理觀念這一術(shù)語時,實際上也是經(jīng)歷了艱難的選擇斟酌過程,如前所述的一個理由是教學(xué)實踐中存在學(xué)生死記硬背知識的現(xiàn)象而沒有采用物理知識的提法．死記硬背知識是知識學(xué)與教中的錯誤做法,產(chǎn)生死記硬背知識現(xiàn)象的原因固然是多方面的,但不能因存在這種現(xiàn)象而回避或否定知識本身,這在邏輯上是經(jīng)不住推敲的．知識、能力和素養(yǎng)之間的關(guān)系盡管錯綜復(fù)雜,但是指向核心素養(yǎng)的物理教學(xué)依然要植根于學(xué)生對物理知識結(jié)構(gòu)的深層次掌握.這一點在認(rèn)知心理學(xué)對“專家—新手”的研究中充分地被證實,專家型學(xué)習(xí)者擁有更多有組織的結(jié)構(gòu)化知識,并能夠在實踐情境中靈活提取應(yīng)用．因此,根本沒有必要刻意回避知識,反而要給物理知識應(yīng)有的重要位置.要遴選有益于學(xué)生發(fā)展的核心主干知識并以適當(dāng)?shù)姆绞郊{入課程．同時引導(dǎo)并創(chuàng)新知識教育的方式,幫助學(xué)生習(xí)得物理知識結(jié)構(gòu),學(xué)會遷移運用,讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的過程成為發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過程．唯此,物理學(xué)科核心素養(yǎng)才能真正落到實處．

(2) 物理觀念教育與物理知識教育的方式不同,物理觀念教育應(yīng)回歸到物理學(xué)的發(fā)展歷程之中．本文將物理觀念限定在物理思想史范疇并區(qū)分了“物理中的觀念”和“關(guān)于物理的觀念”這兩類物理觀念.在這種分析框架之下,物理觀念教育的主要途徑亦浮出水面．物理觀念教育要回歸到物理學(xué)發(fā)展歷程中去.這是物理觀念教育首要途徑．在具體的教學(xué)中,要盡可能展現(xiàn)物理學(xué)發(fā)展中不同觀念的相互糾葛和物理觀念的演變過程.客觀評價不同的科學(xué)家所持有的不同觀念.同時要盡可能避免“輝格史”的敘事方式,從做出巨大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家所處的具體社會歷史

文化展現(xiàn)科學(xué)觀念變革的艱巨性、復(fù)雜性和革命性．這樣的教學(xué)超越了“就知識講知識、就歷史講歷史”的窠臼,在物理教學(xué)中深度融合物理學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué),滲透物理觀念,體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)教育的思想,真正培育學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力．