物理教學(xué)中的“變化”教育

吳新田

摘? ? 要：發(fā)展即變化，“適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”就是終身自我改變的能力和適應(yīng)社會(huì)變化的能力.因此，教會(huì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化等相當(dāng)重要.在物理學(xué)科教學(xué)中實(shí)施“變化”教育，教師要以學(xué)科教學(xué)內(nèi)容為載體，以變化的要素為線索，明確目的，采取科學(xué)、必要的措施，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)變化、研究變化，落實(shí)核心素養(yǎng)的培育.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);“變化”教育;變化要素

變化是自然界亙古不變的主體.面對(duì)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(fā)現(xiàn)、敏于分析并及時(shí)應(yīng)對(duì);有的人束手無策、驚慌失措，有的人善于把握時(shí)機(jī)、創(chuàng)造機(jī)遇，有的人應(yīng)對(duì)策略雜亂無章、顧此失彼，有的人能夠牢牢地掌控局勢(shì)并讓變化朝對(duì)自己有利的方向發(fā)展;還有人通過制造新變化轉(zhuǎn)移矛盾，實(shí)現(xiàn)破局.在變化面前的表現(xiàn)，反映了一個(gè)人的能力與智慧，這種能力和智慧正是個(gè)人核心素養(yǎng)的體現(xiàn).

一、核心素養(yǎng)與“變化”教育

教育的過程是使受教育者按照教育者設(shè)定的教育目標(biāo)發(fā)展變化的過程.培養(yǎng)什么樣的人除了與教育內(nèi)容有關(guān)外，教育途徑也起到相當(dāng)重要的作用.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，核心素養(yǎng)指學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強(qiáng)調(diào)個(gè)人修養(yǎng)、社會(huì)關(guān)愛、家國(guó)情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實(shí)踐.

發(fā)展即變化，“適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”就是終身自我改變的能力和適應(yīng)社會(huì)變化的能力.其中的關(guān)鍵能力是指：科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí).

科學(xué)是關(guān)于“變化”的學(xué)說，科學(xué)精神就是在面對(duì)變化時(shí)表現(xiàn)出來的意志品質(zhì);實(shí)踐創(chuàng)新是對(duì)變化理論的應(yīng)用以及創(chuàng)造新變化的過程;學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)就是學(xué)會(huì)自我改變的方法.因此，核心素養(yǎng)的諸多要素都與變化相關(guān)聯(lián).

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個(gè)方面，限于篇幅，筆者僅分析物理觀念中的“物質(zhì)觀”與“變化”的聯(lián)系.

物質(zhì)觀認(rèn)為，物質(zhì)具有多樣性：同一物質(zhì)的物理狀態(tài)和屬性可以發(fā)生變化，如物態(tài)的變化，導(dǎo)體在接近絕對(duì)零度時(shí)的超導(dǎo)現(xiàn)象等;不同物質(zhì)間能夠相互轉(zhuǎn)化，如變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)等;物質(zhì)的存在方式也是多樣的，如光的電磁屬性，相對(duì)論的物質(zhì)觀更是與能量相聯(lián)系等.這些物質(zhì)觀是隨著人們認(rèn)識(shí)的提高不斷變化的.可見物理核心素養(yǎng)與變化密切相關(guān)，教學(xué)中突出對(duì)變化的教學(xué)，是落實(shí)核心素養(yǎng)教育的有效途徑.

“變化”教育是指以學(xué)科教學(xué)內(nèi)容為載體，以變化的要素為線索，以怎樣發(fā)現(xiàn)變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化等為教學(xué)主體，以落實(shí)核心素養(yǎng)教育為目標(biāo)的教學(xué)行為.其最大的教學(xué)特點(diǎn)是以學(xué)科內(nèi)容為依托，始終貫穿對(duì)變化的教育，從而實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的一致性，使學(xué)生樹立變化的思想.其最終的指向是塑造學(xué)生在變化面前所表現(xiàn)出來的意志品質(zhì)，從而達(dá)到核心素養(yǎng)培育的目的.其主要體現(xiàn)為“四性”：

1.系統(tǒng)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(duì)性等.這些決定了變化教育不是一朝一夕或靠幾個(gè)實(shí)際案例就能完成的，它是一個(gè)系統(tǒng)工程，貫穿于學(xué)生學(xué)習(xí)的始終.

2.長(zhǎng)期性：在高中階段，不同的授課內(nèi)容，要求層次不同，教師要立足課程標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)具體的教學(xué)內(nèi)容確定變化的某一個(gè)方面進(jìn)行教育，不能奢求在某個(gè)階段完成所有的教育內(nèi)容.

3.學(xué)科性：“變化”教育不是獨(dú)立的教育，它的載體是學(xué)科教學(xué)，是融匯在學(xué)科教學(xué)中的.不同學(xué)科，研究的內(nèi)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(diǎn)也是不同的，“變化”教育的實(shí)施要具有明顯的學(xué)科特征.而不同學(xué)科通過“變化”教育所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)又具有一致性，即教育學(xué)生怎樣發(fā)現(xiàn)變化、描述變化、研究變化、利用和控制變化.這就實(shí)施了不同學(xué)科教學(xué)的殊途同歸.

4.開放性：變化無時(shí)、無處不在，“變化”教育的素材隨時(shí)隨地可取，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從發(fā)生在身邊的案例出發(fā)，利用變化的思想、觀點(diǎn)、方法看待問題，認(rèn)識(shí)問題，研究問題.

二、物理學(xué)科的變化要素

不同的學(xué)科著眼點(diǎn)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(jīng)濟(jì)、科技、文化、人口、環(huán)境等方面來考察.不同的考察內(nèi)容，對(duì)應(yīng)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(nèi)容也不同.明確學(xué)科內(nèi)的變化要素，圍繞變化要素展開教學(xué)，是進(jìn)行“變化”教育的前提.

物理學(xué)科中的物理名詞或物理量是物理學(xué)科的變化元素，研究這些元素變化時(shí)涉及的相關(guān)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(gè)方面來看，一是物理現(xiàn)象的變化，二是物理量的變化.

從量值關(guān)系上去認(rèn)識(shí)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(duì)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(jì)量變化，需要解決怎樣計(jì)算變化量的問題.④變化快慢——需要解決引入什么物理量計(jì)量變化快慢的問題.⑤變化結(jié)果如何——遵循怎樣的變化規(guī)律、這種變化的利與弊等.⑥變化原因——解決為什么會(huì)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(xué)內(nèi)容有很多，表1列出了一部分.

三、“變化”教育的任務(wù)

（一）尋找變化的元素

發(fā)現(xiàn)變化的元素是科學(xué)研究的前提，也是個(gè)人能力的體現(xiàn).要想發(fā)現(xiàn)變化，就要有明確的目的，即從學(xué)科本位出發(fā)尋找變化，還要采取科學(xué)、必要的措施，能夠感知或探尋出變化來.

觀察、調(diào)研、測(cè)量、感知、實(shí)驗(yàn)、推理、歸納等是發(fā)現(xiàn)變化的有效途徑.如中醫(yī)中的望、聞、問、切，西醫(yī)中的各種檢查、化驗(yàn)、病理報(bào)告等，是通過感知和體驗(yàn)認(rèn)識(shí)病變的;通過奧斯特實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)識(shí)到電生磁的變化;通過光的衍射實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)識(shí)到光通過狹縫后，傳播方向發(fā)生了變化，從而說明光具有波動(dòng)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(fā)現(xiàn)其中有8條發(fā)生了分叉，推動(dòng)了原子物理的研究;愛因斯坦發(fā)現(xiàn)物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來的另一種屬性，建立了相對(duì)論;在原子核人工轉(zhuǎn)變中，我們體會(huì)到從量變到質(zhì)變的變化過程……

“產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”的教學(xué)，就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)變化元素很好的實(shí)例.教師首先明確，要想產(chǎn)生新事物，必須通過變化才能實(shí)現(xiàn)，然后向?qū)W生提出問題：

要想利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，你認(rèn)為應(yīng)該使什么發(fā)生變化？

利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，涉及磁場(chǎng)和電路兩部分，變化的渠道主要有改變磁場(chǎng)或改變電路.在此基礎(chǔ)上，教師通過一系列演示實(shí)驗(yàn)展示產(chǎn)生感應(yīng)電流的途徑，得到導(dǎo)體切割磁感線、磁場(chǎng)變化、回路包圍面積變化等都有可能產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)學(xué)生探尋影響感應(yīng)電流產(chǎn)生的最本質(zhì)的變化元素.這是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析、綜合、歸納的過程，目的是讓學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，尋找到產(chǎn)生感應(yīng)電流的變化元素——磁通量變化.在教學(xué)中，讓學(xué)生體會(huì)發(fā)現(xiàn)變化的方法和途徑，形成發(fā)現(xiàn)變化的意識(shí)和能力，就是落實(shí)核心素養(yǎng)培育的體現(xiàn).

（二）認(rèn)識(shí)變化

從個(gè)體的變化到整體的變化、單個(gè)的偶然變化到大量的集體變化中，去感知和認(rèn)識(shí)變化的特點(diǎn)和規(guī)律，尋找恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒?，進(jìn)而對(duì)變化進(jìn)行科學(xué)描述，是“變化”教育的另一項(xiàng)任務(wù)，物理規(guī)律的建立常常就是這樣完成的.

認(rèn)識(shí)變化主要包含以下幾個(gè)方面：

①認(rèn)識(shí)變化產(chǎn)生的條件和特點(diǎn)——在什么情況下才能產(chǎn)生變化，變化的快慢與變化條件有什么關(guān)聯(lián)，它們之間有怎樣的制約關(guān)系等.②認(rèn)識(shí)描述變化的方法——采用什么手段描述變化更科學(xué)、更準(zhǔn)確、更方便、更直觀等.③認(rèn)識(shí)變化的規(guī)律——利用科學(xué)語言或數(shù)學(xué)公式反映出變化遵循的規(guī)律.

在學(xué)習(xí)過程中，我們認(rèn)識(shí)到有些物理量自身的意義并不重要，我們主要關(guān)注的是它的變化量和變化率.如“電勢(shì)”，我們關(guān)注的是電勢(shì)的變化（電勢(shì)差）和單位長(zhǎng)度電勢(shì)的變化（電勢(shì)梯度也叫電場(chǎng)強(qiáng)度）;“磁通量”，我們關(guān)注的是它的變化量（影響感應(yīng)電流的有無和方向），以及它的變化率（影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小）.

（三）研究變化

研究變化遵循的規(guī)律、研究變化產(chǎn)生的原因、研究制約或促進(jìn)變化的因素等，是研究變化的主要內(nèi)容.教學(xué)中要突出對(duì)變化現(xiàn)象研究方法的教學(xué)，利用教學(xué)素材，培養(yǎng)學(xué)生的研究意識(shí)以及追根求源的意識(shí)，使學(xué)生從“是什么”入手，向“為什么”進(jìn)軍.科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)，可貫穿對(duì)變化的研究：

在哥白尼日心說的基礎(chǔ)上，人們發(fā)現(xiàn)不同天體繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道、周期是變化的（發(fā)現(xiàn)變化），于是以第谷、開普勒為代表的科學(xué)家進(jìn)行觀察和研究，最終總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律——開普勒三定律（研究變化的規(guī)律）.接著，以牛頓、卡文迪許為代表的科學(xué)家進(jìn)行了“天體為什么會(huì)這樣運(yùn)動(dòng)”的研究，建立了萬有引力定律，揭示了天體運(yùn)動(dòng)的奧秘（研究變化的成因）.然后，人們開始根據(jù)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(shí)際上就是一部發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(shù)學(xué)公式表述等.科學(xué)、恰當(dāng)?shù)乇硎鲎兓茄芯孔兓那疤?

2.研究變化的規(guī)律性或趨勢(shì)：變化是有規(guī)律可循的，變化的規(guī)律需要我們通過研究去揭示，以便更好地利用規(guī)律辦事，或者做出科學(xué)的預(yù)判.在“楞次定律”一節(jié)的教學(xué)中，筆者通過對(duì)磁通量變化的研究，最終總結(jié)出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)磁通量變化情況的關(guān)系——楞次定律，這就是一個(gè)典型的研究變化規(guī)律的實(shí)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(huì)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(nèi)因之分，要善于把握內(nèi)、外因的關(guān)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(jìn)或抑制變化的方法需要研究，以便提高相應(yīng)措施的有效性.在“互感與自感”的學(xué)習(xí)中，如何利用或抑制互感、自感，這兩個(gè)方面的體現(xiàn)尤為突出.

（四）利用變化規(guī)律解決問題

學(xué)會(huì)用變化的觀點(diǎn)分析、描述科學(xué)現(xiàn)象，用變化的思想、方法認(rèn)識(shí)自然、解決問題，是學(xué)生學(xué)習(xí)的最終落腳點(diǎn).

高中物理的習(xí)題教學(xué)，是利用變化規(guī)律解決問題的過程.問題是在變化中產(chǎn)生的，變化是問題的來源.解決問題的過程，就是發(fā)現(xiàn)變化、描述變化、研究變化、控制變化、引導(dǎo)和預(yù)見變化的過程.從變化的角度來看，物理習(xí)題只有兩類：①已知原因，預(yù)見變化（從原因入手確定變化特點(diǎn)和規(guī)律，找到變化的結(jié)果等）.②已知變化，確定原因（從已知的變化中認(rèn)識(shí)變化的規(guī)律，找到實(shí)現(xiàn)變化的途徑等）.

解決問題的過程，就是在學(xué)生領(lǐng)會(huì)題設(shè)情境的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生尋找變化的物理量，描述變化的特點(diǎn)和規(guī)律，確定變化的原因，尋找變化的臨界狀態(tài)，預(yù)見變化的結(jié)果，然后建立解題方案并解題的過程.最后反思結(jié)果的合理性，變化原題設(shè)定的條件，以實(shí)現(xiàn)多變.

四、結(jié)語

總之，“變化”教育的任務(wù)就是，不同的學(xué)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(gè)教學(xué)目標(biāo)，即在變化面前，具有科學(xué)意志品質(zhì)，積極實(shí)踐創(chuàng)新，不斷自我完善，最終形成在離開學(xué)校、“忘記”全部知識(shí)后還具有的發(fā)展能力.[□][◢]