物理教學(xué)思想的價值取向下提升學(xué)生動手操作能力的困境與路徑

李海權(quán),崔海波

(玉林師范學(xué)院,廣西玉林,537000)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡稱課程標(biāo)準(zhǔn))明確指出,物理學(xué)引領(lǐng)著人類對自然奧秘的探索,深化著人類對自然界的認(rèn)識,通過科學(xué)觀察、實驗探究、推理計算等形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,養(yǎng)成科學(xué)思維。[1]科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有效途徑,也是學(xué)生認(rèn)識物理、認(rèn)識自然、認(rèn)識未知世界的重要形式?？茖W(xué)探究離不開主體的動手操作,動手操作貫穿科學(xué)探究的始終。因為動手操作能力很大程度上影響了科學(xué)探究能力,所以培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力尤為重要。本文以初中物理為例,分析學(xué)生動手操作能力的不足之處,探究提升學(xué)生動手操作能力的路徑。

一、物理教學(xué)思想的價值取向

在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下,結(jié)合學(xué)生的心理認(rèn)知規(guī)律和教師教授的有效性,物理教學(xué)思想呈現(xiàn)出整體性、時代性、連續(xù)性、情境性和探究性等價值取向。

(一)整體性

整體性是指與物理教學(xué)密不可分的各種關(guān)系的總和,主要是物理教學(xué)與課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生身心發(fā)展水平之間的關(guān)系。課程標(biāo)準(zhǔn)是物理教材編寫的總體性要求,是物理教學(xué)的指導(dǎo)性文件。課程標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)教師教什么,如何教。與此同時,教學(xué)是復(fù)雜的過程,課程標(biāo)準(zhǔn)給出了具體方向,但在具體教學(xué)中,學(xué)生的認(rèn)知能力、教師的教育教學(xué)水平都會影響教學(xué)效果。例如,人教版初中物理(2012版)(下同)的第一章內(nèi)容是機(jī)械運(yùn)動?！皺C(jī)械運(yùn)動”是對小學(xué)數(shù)學(xué)中的物理入門內(nèi)容“路程與速度”內(nèi)容的銜接、課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生身心發(fā)展水平而設(shè)定,故不是內(nèi)容更為抽象的“電流和電路”。電流和電路等抽象內(nèi)容應(yīng)在學(xué)生的知識積累較為充分、身心發(fā)展較為成熟時以具體形象的教學(xué)方式講授。在學(xué)生的不同階段講授不同的內(nèi)容并不是隨便設(shè)定的,而是受整體性制約。換言之,物理教學(xué)中的每一個細(xì)節(jié)都應(yīng)從整體性出發(fā),在物理教學(xué)和課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生身心發(fā)展水平中找到一種動態(tài)平衡,有效地提升物理教學(xué)的系統(tǒng)效能。

(二)時代性

時代性是指物理教學(xué)應(yīng)緊跟時代的發(fā)展,基于經(jīng)典知識與時代熱點的結(jié)合,及時將物理理論應(yīng)用于生活、科技和社會中,并在社會進(jìn)程中不斷完善相關(guān)理論。時代性要求課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的更新。例如,教材第十章“生活用電”、第二十一章“信息的傳遞”、第二十二章“能源與可持續(xù)發(fā)展”分別從生活、科技、社會角度體現(xiàn)了物理知識是跟隨時代的更新發(fā)展的。從當(dāng)前的政策標(biāo)準(zhǔn)及研究來看,課程標(biāo)準(zhǔn)更注重過程性、探究性的學(xué)習(xí),還關(guān)注新能源、新生活、新科技的進(jìn)展。教學(xué)方法更注重可視化與虛擬化的融合。例如,近幾年開展的空中課堂無疑是對物理教學(xué)可視化和虛擬化的最好呈現(xiàn)。這些都折射出了強(qiáng)烈的時代感。

(三)連續(xù)性

連續(xù)性是指物理理論在小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)的各學(xué)段上的連續(xù),在學(xué)生的學(xué)與教師的教之間的連續(xù)。具體表現(xiàn)為物理文化的連續(xù)、教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)、學(xué)生認(rèn)知過程的連續(xù)和教師教學(xué)方法的連續(xù)。換言之,連續(xù)性是引導(dǎo)教學(xué)應(yīng)該先教什么、再教什么,先用什么方法教、再用什么方法教等順序關(guān)系的操作過程。此外,知識邏輯關(guān)系和主客體關(guān)系的連續(xù)是同時發(fā)生的。例如,教師在教授第二十章“電與磁”內(nèi)容時,更應(yīng)注重學(xué)生的做中學(xué)和學(xué)中做的主體性;教材僅是教師最重要的材料客體,而不是教學(xué)的唯一參考;學(xué)生也需在實踐中意識到自己學(xué)習(xí)的主體性,修正主客體關(guān)系和知識邏輯關(guān)系,將各種關(guān)系寓于具體的實踐中。

(四)情境性

物理教學(xué)離不開具體環(huán)境,環(huán)境主要包括自然環(huán)境和人為環(huán)境。自然環(huán)境具有被選擇性,教師需要選擇最適合物理教學(xué)的環(huán)境。人為環(huán)境具有客觀性和主觀性,客觀上課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了人為環(huán)境的內(nèi)容;主觀上教師的選擇決定了人為環(huán)境的呈現(xiàn)方式和組織結(jié)構(gòu)。例如,在第五章第5節(jié)“光的色散”中以彩虹為主題,教師在教授光的色散時可以選擇真實的彩虹作為現(xiàn)實性情境(需要彩虹的天氣實況方可授課),也可以利用“三棱鏡或水+平面鏡”模擬彩虹作為遷移性情境,還可以基于多媒體技術(shù)呈現(xiàn)彩虹作為虛擬性環(huán)境。此外,如果學(xué)生對光的色散較為熟悉(例如是一節(jié)光的色散復(fù)習(xí)課),教師在講授該內(nèi)容時可以采用口頭描述的方式,勾起學(xué)生記憶中的彩虹,則該情境可稱為想象性情境。

(五)探究性

探究即探索研究,探究原因。探究是對事情的原因、真相和問題的進(jìn)一步探索追究,以期揭示因果關(guān)系。[2]基于物理教學(xué)特征,探究性可理解為在物理教學(xué)中探索物理現(xiàn)象與本質(zhì)關(guān)系的邏輯推理過程。該邏輯思維過程包含以下五個步驟:感受到困難—困難的定位和定義—想到可能的答案或解決辦法—對聯(lián)想進(jìn)行推理—通過進(jìn)一步觀察和實驗肯定或否定自己的結(jié)論,即樹立信念或放棄信念。[3]例如,在串聯(lián)、并聯(lián)的電路教學(xué)中,教師可以引入現(xiàn)實中的電路情境,對電路設(shè)計的困難進(jìn)行具體描述,引導(dǎo)學(xué)生動手操作實驗(給學(xué)生提供電阻、小燈泡和電池等實驗素材),讓學(xué)生合理且自由地猜想、推理,并得出相應(yīng)結(jié)論。探究是一個需要嘗試、需要充足時間、需要不斷驗證的過程,客觀存在越是超出個體感知的范圍,該問題則越值得探究,例如力、電和磁?？匆姷目腕w可以探究,看不見的客體更會引發(fā)個體的探究興趣,從而培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

二、困境

(一)教學(xué)停留于理論層面,學(xué)生動手操作機(jī)會少

教學(xué)目標(biāo)已由三維目標(biāo)轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)培養(yǎng),物理知識已不是物理教學(xué)內(nèi)容的唯一重點,培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)成為物理教學(xué)的重要責(zé)任。目前在一些物理教學(xué)實踐中,物理教學(xué)仍以理論知識為重點,操作實驗仍相對較少,物理實驗設(shè)備的短缺導(dǎo)致學(xué)生無法按照課程標(biāo)準(zhǔn)要求做實驗。例如,第二十一章“信息的傳遞”第1節(jié)“現(xiàn)代順風(fēng)耳——電話”,在講授電話結(jié)構(gòu)示意圖時,老式電話是必備的教學(xué)工具,但許多學(xué)校并不一定有充足的教學(xué)資源儲備。在教學(xué)中,教師往往只是以演示的方式代替學(xué)生做實驗,這意味著學(xué)生有機(jī)會看實驗,卻無法做實驗。有教師甚至認(rèn)為該原理簡單無須做任何演示,學(xué)生直接看課本即可。只看實驗或無法接觸實驗皆剝奪了學(xué)生實踐操作的機(jī)會,即學(xué)校的硬件設(shè)備儲備和教師的教育教學(xué)理念制約了學(xué)生動手操作能力的培養(yǎng)。

(二)評價方式以考試為主,學(xué)生動手操作意識不強(qiáng)

目前教學(xué)質(zhì)量的評價仍多以考試成績?yōu)橹饕獏⒖?因而學(xué)生參與教學(xué)的行為也多與考試有關(guān)。雖然部分學(xué)生不愿參與與考試無關(guān)或沒有直接聯(lián)系的教學(xué)活動,但是教師需要意識到,學(xué)生的動手操作對物理理論知識的認(rèn)知和內(nèi)化是有益的。例如,第十九章“生活用電”,是最容易被教師和學(xué)生忽略的內(nèi)容。教師和學(xué)生皆認(rèn)為沒有機(jī)會觀察家庭電路等現(xiàn)場案例,在教授與學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時,往往僅是“看書—做題”模式,忽略了將理論知識應(yīng)用到現(xiàn)實生活中。教師未起到積極引導(dǎo)作用,學(xué)生也沒有動手操作的機(jī)會,導(dǎo)致學(xué)生的動手操作意識欠缺。

(三)偏向穩(wěn)定性探究,忽視流動性探究

穩(wěn)定性探究是探究已有的科學(xué)知識,是沿著事先的假設(shè)進(jìn)行探究,不會超出假設(shè)。穩(wěn)定性探究的功能主要在于驗證已有的物理科學(xué)知識。[4]穩(wěn)定性探究是在原有的假設(shè)和研究方式上進(jìn)行探究,主要是獲得知識而非創(chuàng)造知識。流動性探究則是突破原有的假設(shè)和研究方式,以批判性思維思考、發(fā)現(xiàn)新知識。在物理教學(xué)中,固然要重視穩(wěn)定性探究以傳授學(xué)生物理知識,但在素養(yǎng)教育的當(dāng)下,流動性探究也應(yīng)回歸教育實踐中。在傳授知識時,教師同樣應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和批判性思維,思考現(xiàn)象發(fā)生的原因和可能出現(xiàn)的結(jié)果。教學(xué)改革應(yīng)融合穩(wěn)定性探究和流動性探究,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

三、路徑

學(xué)生動手操作能力的提升應(yīng)立足于教學(xué)整體規(guī)劃,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由時空邏輯和實踐邏輯構(gòu)成的整體(圖1)。時空邏輯和實踐邏輯不應(yīng)有不可逾越的鴻溝,而應(yīng)互相滲透。時代性和情境性是教學(xué)思想時空邏輯的映射,記錄了教學(xué)思想的演變軌跡。情境性并非單獨存在,而是寓于時代性之中。連續(xù)性和探究性是實踐邏輯的內(nèi)在要求,在時代性和情境性之間相互作用,通過不斷地提供指導(dǎo)和接收反饋得以實現(xiàn)。此外,探究性以連續(xù)性為基礎(chǔ)并不斷地實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的拓展。

圖1 教學(xué)整體規(guī)劃

物理教學(xué)思想的價值取向在初中物理教科書中分布廣泛。基于課程標(biāo)準(zhǔn)和物理教學(xué)實踐,本文統(tǒng)計了對教學(xué)有重大影響的物理教學(xué)思想的價值取向,具體如表1所示。整體性主要從教學(xué)內(nèi)容重點、難點的協(xié)調(diào)性方面進(jìn)行統(tǒng)計。時代性主要從當(dāng)代社會、生活、科技等方面進(jìn)行統(tǒng)計。連續(xù)性主要從新舊知識銜接的相關(guān)度進(jìn)行統(tǒng)計。情境性主要從師生的日常生活方面進(jìn)行統(tǒng)計。探究性主要從教科書中“想想議議”和“動手動腦學(xué)物理”板塊設(shè)計進(jìn)行統(tǒng)計。由表1可知,教學(xué)思想價值取向在物理教學(xué)中的分布不均勻。不同的類型有著不同的教學(xué)樣態(tài),學(xué)生動手操作方式也呈現(xiàn)多樣化,主要有三種形態(tài):時代性和情境性融合型、探究性主導(dǎo)型、整體性和連續(xù)性跨學(xué)科反思型。

表1 初中物理教學(xué)思想的分布

(一)時代性和情境性融合型

時代性在宏觀上反映了物理教學(xué)內(nèi)容,情境性在微觀上反映了物理實驗,尤其是學(xué)生動手操作的環(huán)境。物理實驗反映了科技進(jìn)步的軌跡,也記錄著學(xué)生探索物理世界的過程。時代性制約了情境性的呈現(xiàn)形式,情境性從不同側(cè)面反映了時代性的各種樣態(tài)。人的活動記錄了歷史時代,物理教科書則記錄了某一時期的人類活動。學(xué)生動手操作即以不同的形式復(fù)現(xiàn)人類歷史活動而非簡單的重復(fù),是孕育著學(xué)生發(fā)現(xiàn)未知世界的新路徑。時代性和情境性的融合既體現(xiàn)了歷史的訴求,也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的主觀能動性,有助于將物理教學(xué)融入生活和工作,真正實現(xiàn)學(xué)中做和做中學(xué)。

時代性和情境性的融合廣泛存在于物理教學(xué)中。例如,第十二章“簡單機(jī)械”以提高學(xué)生的動手操作能力為導(dǎo)向,基于時代性和情境性的物理教學(xué)可以這樣展開。首先,定位經(jīng)典文化。該章主題為“簡單機(jī)械”,其基本元素是桿、輪和鏈條。這些元素在人類活動和當(dāng)代科技中普遍存在,為學(xué)生的動手操作提供了天然的前提條件。例如,古代在建造宮殿時利用木棒搬動巨大的石材、現(xiàn)代的筷子夾菜、剪刀剪紙和設(shè)計賽艇船槳等都體現(xiàn)了杠桿原理。再如,水龍頭、門鎖、方向盤和自行車都體現(xiàn)了輪和軸鏈的作用。其次,尋找時代契合點。簡單的桿、輪和鏈條作為機(jī)械的組成部分,寓于復(fù)雜的工程之中,特別是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)高度融合的當(dāng)代。例如,簡單機(jī)械普遍運(yùn)用于太空工程中。問天機(jī)械臂長度只有約5米,有7個自由度,但承載能力為3000千克。問天機(jī)械臂能真實模擬人手臂的靈活轉(zhuǎn)動,通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),在前后左右的任何角度和部位都能抓取物體,并且可以在問天實驗艙表面爬行。[5]最后,創(chuàng)設(shè)多樣化情境。第一,教師可以播放現(xiàn)場直播視頻,帶領(lǐng)學(xué)生實時觀看問天機(jī)械臂的運(yùn)作過程,并講解問天機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和功能。第二,根據(jù)問天機(jī)械臂的結(jié)構(gòu),教師可以提示學(xué)生動手模擬制作7個自由度的機(jī)械臂,動手操作機(jī)械臂,并測試、評價其功能。第三,學(xué)生可以觀察科技館中的機(jī)械臂模型,與教科書中的理論“對話”,培養(yǎng)學(xué)生從理論中來,到實踐中去,再回歸理論中的科學(xué)素養(yǎng),將虛擬性情境、遷移性情境、現(xiàn)場性情境多樣化的組合應(yīng)用于物理教學(xué)中,提高教學(xué)情境的豐富度。

(二)探究性主導(dǎo)型

探究是一種人的活動,人的想法在一定程度上影響著做法。思想在物理教學(xué)中的啟迪作用較為重要。為激發(fā)學(xué)生的探究欲望,物理實驗應(yīng)是在特殊環(huán)境中開展的、具有挑戰(zhàn)性的實踐活動。思維過程和探究方式是重要因素,思維過程應(yīng)包括“感受困難—困難的定位與定義—可能的答案或解決方法—聯(lián)想與推理—樹立或放棄信念”環(huán)節(jié),探究方式應(yīng)包括“分析時代發(fā)展與創(chuàng)設(shè)情境—厘清核心概念發(fā)展史—獨立猜想、小組合作、咨詢專家—回憶經(jīng)歷、現(xiàn)場體驗、設(shè)計實驗—評價與反思”等環(huán)節(jié)。以上各環(huán)節(jié)都應(yīng)在具體的實踐中自主踐行,尊重理論與實踐的統(tǒng)一。

無論是教師的教還是學(xué)生的學(xué)都離不開探究。探究是多樣化的,但也是有共性的。以初中物理第二十章第5節(jié)的探究過程為例,具體分析探究的程序,如表2所示。

表2 探究的程序與操作

物理教學(xué)基于思維過程的五個環(huán)節(jié)實施,探究方式相對靈活,具有可選擇性。在第一環(huán)節(jié)中,教師可以結(jié)合社會可持續(xù)發(fā)展的理念,基于綠色環(huán)保,提出當(dāng)前時代的訴求,或提出應(yīng)對舊能源枯竭的新能源戰(zhàn)略,從歷史發(fā)展的視角引導(dǎo)學(xué)生思考能源是否可以被替代,從生活情境引導(dǎo)學(xué)生想象:電如何改變了人類生活方式?在情境中提出困難:電是如何產(chǎn)生的?在科學(xué)領(lǐng)域是如何思考的?在第二個環(huán)節(jié)中,教師可以提出以下問題:作為核心概念的電是什么?自然的電與人造的電又有怎樣的聯(lián)系?這些問題都可以回歸到對電的發(fā)現(xiàn)、電生磁的歷史性探索之中,從而使學(xué)生理解困難是什么,實現(xiàn)對困難的定位與定義。在第三個環(huán)節(jié)中,教師可以“電的產(chǎn)生”為問題,自由讓學(xué)生選擇個體獨立猜想、小組合作、咨詢專家等形式開展探究活動。例如,教師可提問:電產(chǎn)生的機(jī)理是一個極其復(fù)雜的過程,具體表現(xiàn)在電的產(chǎn)生需要什么材料,需要什么程序。在第四個環(huán)節(jié)中,教師需要引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣做實驗,基于自己的經(jīng)歷和體驗進(jìn)行聯(lián)想和推理,驗證自己的設(shè)想及結(jié)論。在第五個環(huán)節(jié)中,通過一系列穩(wěn)定性探究,樹立磁生電的信念,實現(xiàn)新知識的學(xué)習(xí)。此時,教師需要提問:磁生電是不是產(chǎn)生電的唯一方式?這引導(dǎo)學(xué)生開展流動性探究,讓學(xué)生批判信念或樹立信念,培育學(xué)生的批判性思維。

(三)整體性和連續(xù)性跨學(xué)科反思型

和其他人類社會活動一樣,物理教學(xué)也具有內(nèi)在發(fā)展的整體性和連續(xù)性。在近現(xiàn)代的物理教學(xué)中,逐漸形成了較為科學(xué)的知識邏輯結(jié)構(gòu)。例如,物理課程的開設(shè)時間、課時安排、知識講授的順序及難易程度等都具有穩(wěn)定的內(nèi)在規(guī)定?？梢哉f,物理教學(xué)是在教材整體設(shè)計上展開的連續(xù)實踐。例如,在初中物理第一章第1節(jié)“長度和時間的測量”中,可以基于“現(xiàn)象—本質(zhì)—應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計實現(xiàn)學(xué)生對技術(shù)和社會的認(rèn)識。首先,教師引導(dǎo)學(xué)生觀察生活,預(yù)測物體、時間的長度,分析測量工具的結(jié)構(gòu)和工作原理,并動手準(zhǔn)確操作測量工具。其次,教師引導(dǎo)學(xué)生評價各類測量工具的優(yōu)缺點,例如:直尺與游標(biāo)卡尺在測量精度上有什么區(qū)別?為什么電子表的測量精度要比機(jī)械表更高?最后,教師鼓勵學(xué)生制作不同精度的測量工具,學(xué)生思考直尺與游標(biāo)卡尺的出現(xiàn)時間及出現(xiàn)目的,培育學(xué)生追根溯源的優(yōu)良精神。這種教學(xué)方式使基于整體性和連續(xù)性,科學(xué)、技術(shù)和社會的存在方式得以在物理體系中呈現(xiàn),為學(xué)生的動手操作提供多樣化的實踐空間。

綜上所述,物理教學(xué)思想的價值取向貫穿物理教學(xué)的始終。無論是教材的解讀還是教師的教學(xué)策略規(guī)劃;無論是學(xué)生的新知識學(xué)習(xí)還是師生的動手實驗,無不彰顯著整體性、時代性、連續(xù)性、情境性和探究性等特征。在物理教學(xué)改革中,物理教學(xué)思想的價值取向是師生共同發(fā)展的重要參照,能夠創(chuàng)造學(xué)習(xí)動手操作能力的實踐新樣態(tài),能夠為學(xué)生以后的物理學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。