走向“科學解釋題”

郭暢 胡揚洋

摘 ? 要：文章在梳理物理說理題的分類及其產(chǎn)生、應用與沉寂歷程的基礎上，回顧了我國關于物理說理題在能力考查、解題障礙和教學方法三方面的研究。從國際科學發(fā)展的角度出發(fā)，通過分析物理說理題的題型結構，提出“說理題”應更加有利于學生學習、“物理說理題”應當走向“科學解釋題”的復興之道。

關鍵詞：物理說理題;科學解釋;國際比較;習題結構

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）1-0014-5

近幾十年來，我國物理說理題的涌現(xiàn)和沉寂在某種意義上折射出我國物理教育觀念與實踐發(fā)展的進程，對此進行梳理與回顧，旨在正確認識物理說理題的內(nèi)涵和價值。結合我國物理教育的現(xiàn)狀，從國際科學教育發(fā)展的視角進行分析、解讀，則有可能帶來新的助益。

1 ? ?我國物理說理題實例與應用歷程的回顧

1.1 ? ?我國“物理說理題”的內(nèi)涵、分類與實例

殷傳宗等將“物理說理題”表述為：“物理說理題是較復雜、綜合的問答題。它與生產(chǎn)、生活或自然現(xiàn)象相關，并且涉及到較多的概念、規(guī)律。要解答它需將概念、規(guī)律綜合進行邏輯推理，然后用語言表達出來?！盵1]概言之，這類習題要求學生根據(jù)所學知識，通過語言文字進行敘述，解釋生活、生產(chǎn)中某一物理現(xiàn)象出現(xiàn)的原因或預測某種現(xiàn)象的出現(xiàn)，即“辨物說理”。我國對物理說理題的分類及對應例題，如表1所示。

不難看出，各類說理題之間存在著相互交叉、部分重疊的現(xiàn)象。這也從側面反映出我國對于物理說理題的分類有些片面化，缺乏全面的思考和更具科學性、合理性的分類標準。

1.2 ? ?建國以來物理說理題的產(chǎn)生

我國物理說理題的起源可追溯到上世紀五十年代。1950年，初中臨時課本《實用物理》一書中的章節(jié)標題就已開始顯露出“說理”的特征。如“燈芯為什么能吸油——毛細管現(xiàn)象”“水在荷葉和紙上的秘密——內(nèi)聚力和附著力”[1]，這樣“現(xiàn)象+概念/本質(zhì)”式的命題為促進學生理解并解釋日?，F(xiàn)象的能力養(yǎng)成奠定了基礎，也在某種意義上成為了物理說理題的“原型”。1952年頒布的《中學物理教學大綱（草案）》指出“要訓練學生應用所獲得的知識來解決物理問題和分析其周圍的現(xiàn)象”，后續(xù)頒布的教學大綱也秉持這一理念，強調(diào)培養(yǎng)學生解釋生活現(xiàn)象能力的重要性。因此，物理說理題這類練習便成為了實現(xiàn)上述目標的有力憑借。到1987年，物理說理題在初中物理教材習題中的比重高達50.3%[2]，越來越多的物理教育工作者和一線教師開始對此相關問題投入研究?？梢?，物理說理題在我國物理教育的進程中有著堅實的歷史基礎和深厚的研究積淀，具有一定的時代性。

1.3 ? ?改革開放后物理說理題的應用與沉寂

改革開放后，物理說理題不僅在第一屆全國初中應用物理知識競賽（1990年）中出現(xiàn)，而且后續(xù)也逐漸出現(xiàn)在我國各省市的中考題及模擬題中。以北京地區(qū)為例，2001年物理說理題以簡答題的形式第一次出現(xiàn)在中考試卷上，至2008年，共參與八年的北京中考。而近些年只有福建、江西等部分省區(qū)的中考試題中還留有此類題型。

如今，物理說理題逐漸退出歷史舞臺，無論是學生的日常練習或是各類大型考試中，都很少出現(xiàn)此類題型的身影。造成這一結果的原因有以下兩點：首先是相關政策的引導。北京地區(qū)在2009年的《中考物理考試說明》中明確指出要“減少答題文字的表述量”，刪去了“簡答題”，即物理說理題。這一政策的頒布不僅改變了北京中考試卷的試題結構，而且也對天津、湖南等地區(qū)的物理中考造成一定的影響，一些地區(qū)陸續(xù)在中考中取消了物理說理題。其次是物理說理題陷入模式化，主要體現(xiàn)在題目模式化、教學模式化和學習模式化三方面?；仡?001年至2008年北京中考出現(xiàn)的物理說理題不難發(fā)現(xiàn)，物理說理題的題干表述越來越省減，考查形式也日趨僵硬化，遠沒有最初富有的情境性和靈活性。為了應試，教學也越發(fā)聚焦于培養(yǎng)學生的解題能力，忽略了與知識相結合[3]，沒有考慮到學生的主體性和差異性。作為學習主體的學生也未能表現(xiàn)出充分的主觀能動性，學習陷入“死記硬背做練習”的題海戰(zhàn)術中。作為對這些教學“病癥”的矯治方式，取消這類問題似乎顯得順理成章。

2 ? ?對我國物理說理題研究的回顧

事實上，物理題目在物理教學中有著不可或缺的作用。在很大程度上，廣大師生的所有工作都在與物理題打交道。物理說理題作為我國物理教育中極具特色的一類習題，對我國物理教育的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。我國物理教育工作者一直以來也對物理說理題展開了不少的調(diào)查與研究。

2.1 ? ?對物理說理題能力考查的認識

物理習題不僅能夠起到鞏固概念、規(guī)律的作用，在其被解答的過程中，也伴隨著對學生分析、計算等能力的多方面考量。我國研究者認為，解決物理說理題有助于學生理解物理概念，弄清物理現(xiàn)象的本質(zhì)和過程，充分理解并正確運用物理相關定義和規(guī)律。解決這類問題對于提高學生的邏輯思維能力、知識遷移能力和語言表達能力也起到了積極的促進作用[4]。物理說理題因與實際生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系，在一定程度上也能夠考查學生理論聯(lián)系實際的能力。在解題過程中，學生需要運用比較、守恒等多種物理思想，對現(xiàn)象形成更加理性的認識，同時也建構起對物理世界的普適認識[5]。

可見，物理說理題除了能從多方面、多角度更加綜合地考查學生的能力，還有益于學生思維能力的發(fā)展，表現(xiàn)出相比于物理選擇題、填空題等客觀性題目的獨特優(yōu)勢，具有一定的教育意義和發(fā)展價值。

2.2 ? ?對物理說理題解題障礙的概括

由上述分析可知，物理說理題對學生能力的考查具有多樣性，這在某種程度上導致了學生對于物理說理題的解答存在很多問題，如語言表達不夠清晰，論述不夠嚴謹，邏輯方向不夠明確等[6]。為明確學生解題困難的癥結所在，我國物理教育工作者結合相關理論，采取問卷調(diào)查的方式，總結、歸納出以下兩個方面：第一，由于物理說理題是較為復雜、綜合的問題，學生解答此類題目的能力較為薄弱，主要體現(xiàn)在其存在著一定的思維障礙（包括邏輯推理障礙和語言表達障礙）和困難因素（基本概念、規(guī)律掌握困難）[1]。第二，彼時我國物理教育中存在“重計算輕說理”的現(xiàn)象，導致學生缺少對此類題目的重視及練習，因而得分率也偏低。

物理學科因存在諸多公式，難免會讓人產(chǎn)生“只要記住公式，能計算出正確結果，就可以做對物理題”這樣的“錯覺”。然而，物理不僅是與生活緊密相關的，更是研究物質(zhì)基本結構和一般規(guī)律的學科。正因如此，物理說理題的存在才更具意義。應當認識到，只有真正理解現(xiàn)象背后的本質(zhì)或規(guī)律，才可謂學會物理。

2.3 ? ?對物理說理題教學方法的探索

為解決物理說理題的教學問題并實現(xiàn)其功能立意，我國物理教育工作者付出了諸多努力，針對物理說理題的教學進行方法指導和實證研究。研究總結出了如文字敘述、公式推導、對比分析、借助作圖等解答方法[7]，以及“理解題意、選擇正確的推理途徑、畫示意圖、物理公式”等相關解題步驟[8]。其中，不乏研究者采取對照實驗的方式，深入教學一線，通過實踐證明“用邏輯語言翻譯計算題、用語言描述圖示”對于破除學生解答說理題思維障礙的有效性[1]。除此之外，教師在教學過程中也應注意自身的語言表達，對學生因材施教，重視公式推導過程，充分利用物理實驗[6]，使學生能夠進行完整表述、正確作答。

我國物理教育工作者為學生解決物理說理題提供了規(guī)范化的步驟參考，使解題成為了可模仿的程序操作。對于提高學生得分率不失為一種捷徑，但是否真正有益于學生思維和能力的發(fā)展還有待商榷。尤其是當教師教學中的“應試技術”再不能被“命題技術”所壓制的時候，就會出現(xiàn)“應試主義”[9]，使教學也變得機械、僵化。

3 ? ?國際比較下物理說理題的反思與發(fā)展

我國物理說理題的沉寂為我國物理題型編制以及物理教育敲響了警鐘。倘若一味追求鞏固基礎概念規(guī)律、囿于對固定知識或現(xiàn)象的考查、片面訓練解題技巧，而不在教育觀念和思想上實現(xiàn)發(fā)展更新，必然會使一種又一種題型走入僵局。我國物理說理題的傳承與創(chuàng)新需要在更加寬廣的視野下進一步考量。

3.1 ? ?對物理說理題題型結構的分析

物理說理題命題與訓練成敗得失的深層原因是什么？國際認知科學和科學問題編制研究可以帶來新的啟示。美國俄亥俄州立大學包雷教授認為：一個完整的物理問題（Problem）的結構包括背景（Context）、變量（Variable）、提問（Question）、模型（Model）等要素及要素間的相互聯(lián)系。這一框架在一些疑難科學問題的分析中已顯示出有效性[10]。依據(jù)此結構框架，以2005年北京中考的物理說理題為例，進行如下分析（如表2所示）。

分析可知，相對于其他傳統(tǒng)的題型，物理說理題訓練與考查的重點與優(yōu)勢不在于問題各要素本身，而在于各要素之間的關聯(lián)，即要求學生的作答呈現(xiàn)出要素間合理、完整的關聯(lián)性。應該說，這在傳統(tǒng)題型中至今是少有的。例如，說理題的良好作答無疑需要學生“說清”自己是如何在提問的引導下，從背景中分離變量、建構數(shù)學模型，從而再回到背景中的——說清相互聯(lián)結的“道理”是關鍵。而傳統(tǒng)的選擇題、計算題往往聚焦于“模型”“變量”本身，而不突出各要素之間的關聯(lián)。

然而不容忽視的是，當前物理說理題的命制背景相對簡單，并未提供有助于解題的相關信息;變量的呈現(xiàn)較為直接，提取也相對容易;問題簡明扼要，貼近學生所學知識，考查要點十分明確;解答過程也并不需要學生進行復雜的建模過程，直接套用相關公式進行闡述就能解決。這樣的物理說理題只對學生一般科學思維能力（記憶能力、理解能力，應用能力）進行考查，忽視了學生高階思維能力的發(fā)展，如分析能力、評價能力和創(chuàng)造能力[11]。

3.2 ? ?“說理題”應更加有利于學生的學習

我國現(xiàn)行人教版教材所設置的“動手動腦學物理”板塊中仍存在物理說理題。美國著名物理教材《概念物理》的每節(jié)課后習題中都有40道左右的“思考解釋題（Think and Explain）”，與物理說理題存在形式上的相同。中美教科書中兩類問題的對比與示例，如表3所示。

可以看到，中美相關題型都是基于生活中的物理現(xiàn)象提出問題。比較而論，我國題型側重學生對現(xiàn)象的物理解釋和分析;美國題型則在此基礎上更具開放性和創(chuàng)新性，且部分題目有“卷入”感，陳述時都以“你”為主語，更加容易拉近與學生的距離，幫助學生形成問題意識。這有助于在學生心理層面增加解決問題的動機[12]。此外，美國題型還通過“糾正或評價朋友、同學的論述”的方式發(fā)展學生的科學辯論（scientific argumentation）[13]和批判性思維，這是美國科學教育新理念的反映。

科學問題的功能不僅包括考查，首先是引導、促進學生的學習。這需要科學問題編制時刻針對本土教學的現(xiàn)實，不斷更新命題理念與技術。例如，美國“背景豐富問題（Context-Rich Problems）”的起源與命制，不僅聚焦于美國物理教育的現(xiàn)實問題，還據(jù)此對問題解決的規(guī)程（包含小組合作與討論等非常規(guī)環(huán)節(jié)）作出了規(guī)定，開展了系列的研究[12]。而我國物理說理題的沉寂則是因為其命題理念停滯不前與教育目的缺失。當下，我國科學問題編制應重新確立這一宗旨：應更加有利于學生的學習。

3.3 ? ?從“物理說理題”到“科學解釋題”

復興物理說理題蘊含的積極因素，可深入挖掘其中的“科學解釋”意蘊，實現(xiàn)由“物理說理”到“科學解釋（scientific explanation）”的蛻變。所謂科學解釋，就是“嘗試超越對自然現(xiàn)象觀察的描述，進而提供理論闡述現(xiàn)象是如何依律而動的行為”[14]。

物理說理題要求學生用規(guī)范、嚴謹?shù)脑捳Z“說明”客觀現(xiàn)象背后的物理學理論。然而應看到，在科學認識論的意義上，任何一種物理現(xiàn)象的形成或出現(xiàn)都是所有（各個學科的、已被發(fā)現(xiàn)和未被發(fā)現(xiàn)的）科學規(guī)律共同作用的結果。物理說理題的參考答案只能限定于有限的物理規(guī)律，誠然抓住了中學物理視角下的主要矛盾或矛盾的主要方面，但在根本上存在片面性。局限于此會禁錮學生的思考，阻礙學生對自然形成全面、完整的認識，也會影響學生自主探究的興趣。

科學解釋題對認識的主體性給予了關照。如圖1所示，在“科學理論”“自然現(xiàn)象”和“認識主體”三個要素間，物理說理題關涉到了“科學理論”和“自然現(xiàn)象”兩者之間的聯(lián)系，而科學解釋題則包含了以上三者，強調(diào)學生在解題中去理解、解釋客觀實際，并表達自身對自然和科學理論的全部認識。

如表4所示，進一步說明物理說理題和科學解釋題的區(qū)別。

科學解釋題的編制應更具靈活性，意在充分調(diào)動學生所學的知識，鼓勵學生進行跨學科思考，引導學生在科學理論的基礎上適當發(fā)揮想象進行作答。這樣的問題空間很好地關注了學生科學思維的鍛煉和養(yǎng)成。為實現(xiàn)這些教育功能，科學解釋題的答題要求也應突破固有模式，應以科學寫作或面試（口述）的形式進行考查，以幫助學生真正發(fā)展“解釋”“論證”和反思能力，從而達到建立個人科學理解的目的[15]。除此之外，應以開放性的答案和多元化的評價方式給學生自主性表達的空間，促進學生的獨立思考和個性解放。

參考文獻：

[1]殷傳宗，查有梁，廖伯琴.物理教育學研究[M].成都：四川科學技術出版社，1996：630，748，634-635.

[2]沈國柱，許林.關于初中物理習題教學的研究[J].物理教師，1988，9（3）：12-13.

[3]羅蔚茵.普通物理習題課貫徹“少而精”和“啟發(fā)式”教學的幾點體會[J].物理通報，1965（3）：101-105.

[4]印德根.試談初中物理說理題的教學[J].中學物理教學參考，1997，26（12）：13-14.

[5]邢紅軍，張抗抗.論物理思想的教育價值及其啟示[J].教育科學研究，2016（8）：61-68.

[6]黃瑩.初中物理說理題教學策略[J].中學物理，2014，32（10）：74-75.

[7]盧守智.淺談初中物理說理題的有效教學[J].教育革新，2011（3）：58.

[8]辛福林.如何引導學生回答物理說理題[J].物理教師，1993，14（4）：21-22.

[9]周序.“應試主義”的成因與高考改革的方向[J].內(nèi)蒙古社會科學（漢文版），2018，39（4）：159-166.

[10]包雷，胡揚洋.教育測評中試題編制的公平性——由一道“測心臟”的物理題說開去[J].教育測量與評價，2018（2）：12-17，32.

[11]鄧磊，包雷.基于科學思維能力評價的美國理科主流試題類型比較及啟示[J].物理教師，2018，39（10）：5-11.

[12]胡揚洋，肖洋.中美物理問題編制的進展及其啟示：生態(tài)、卷入與閱讀[J].課程教學研究，2017（9）：44-49.

[13]唐小為，李佳，宋乃慶. 課堂科學辯論實施探究——以中美中小學科學課堂案例比較分析為例[J]. 課程·教材·教法，2012，32（5）：105-110.

[14]姚建欣，郭玉英，克努特·諾依曼.科學解釋能力培養(yǎng)模式的教育反思與哲學分析[J].自然辯證法研究，2017，33（1）：93-99.

[15]蔡鐵權，陳麗華.科學教育中的科學寫作[J].全球教育展望，2010，39（4）：85-89.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）