以方法促知識(shí) 借知識(shí)顯方法

張蓉

摘 ? 要：以“磁體與磁場(chǎng)”為例，論述如何設(shè)計(jì)并優(yōu)化“知法并行”的物理課，使其更具備育人價(jià)值，從而促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：知法并行；物理科學(xué)方法；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2023）7-0035-5

科學(xué)史家朱克曼曾訪問(wèn)４１名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，發(fā)現(xiàn)他們所具有的極強(qiáng)的科學(xué)鑒賞力，主要得益于從“名師那里學(xué)到一種發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的思想和工作方法”，而不是“從導(dǎo)師那里獲得實(shí)際知識(shí)”。早在我國(guó)唐代，韓愈就曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“傳道，授業(yè)，解惑也”。這里強(qiáng)調(diào)教育的首要任務(wù)是傳道，即傳授方法。也就是說(shuō)，在教學(xué)中不應(yīng)該過(guò)分地強(qiáng)調(diào)授業(yè)，交給學(xué)生的不僅是前人積累的知識(shí)成果，更是前人在認(rèn)識(shí)客觀世界過(guò)程中總結(jié)的研究方法。

物理教學(xué)更是物理科學(xué)方法的教學(xué)，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）》［１］（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）全方位、多角度地肯定了物理科學(xué)方法的重要性，并對(duì)相關(guān)教學(xué)提出了高要求。例如，在新課標(biāo)的“課程性質(zhì)”中提到“義務(wù)教育物理課程旨在促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)的發(fā)展，幫助學(xué)生從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)自然、解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題，初步形成科學(xué)的自然觀；引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，進(jìn)而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)等?！痹凇昂诵乃仞B(yǎng)”中提到“科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是建構(gòu)物理模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑和批判，予以檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的品格與能力?！痹凇罢n程內(nèi)容”的子主題中更是明確指出對(duì)應(yīng)的物理科學(xué)方法。

然而，在初中物理的實(shí)際教學(xué)中，部分教師過(guò)于關(guān)注知識(shí)本身，而忽略了物理科學(xué)方法；部分教師能重視物理科學(xué)方法，但還停留在對(duì)物理科學(xué)方法名稱的機(jī)械記憶和枯燥重復(fù)階段；還有部分教師能將物理科學(xué)方法和物理知識(shí)相結(jié)合，但不明確某個(gè)知識(shí)模塊的物理方法應(yīng)該講到什么程度，對(duì)物理科學(xué)方法的教學(xué)應(yīng)該是以顯性為主還是以隱性為主？

如何設(shè)計(jì)出知識(shí)和方法相融的物理課是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。本研究從課例的實(shí)踐和歸納出發(fā)，借鑒并優(yōu)化了“知法并行”的物理課設(shè)計(jì)路徑，以供教學(xué)參考。

１ ? ?“知法并行”的物理課設(shè)計(jì)路徑

“物理科學(xué)方法”指的是描述物理現(xiàn)象、建立物理概念、研究物理規(guī)律、進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)所應(yīng)用的各種手段和方法。本文主要聚焦于初中物理教學(xué)中常規(guī)的科學(xué)方法，如圖１所示。

張憲魁教授最早提出“知法并行”的教學(xué)模式，并對(duì)實(shí)驗(yàn)課、概念課、規(guī)律課、應(yīng)用課（含習(xí)題）提出了對(duì)應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)范式，概念課的范式如圖２所示［２］。踐行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這些范式對(duì)于單一內(nèi)容的教學(xué)很有價(jià)值，但實(shí)際教學(xué)中每節(jié)課涵蓋的內(nèi)容又是紛繁復(fù)雜的。例如，“電流”作為一節(jié)典型的概念課，除了有“建立電流概念”模塊，還包含了“探究串、并聯(lián)電路規(guī)律”和“實(shí)驗(yàn)”模塊，如果套用圖２的范式就略顯局限。

在專家和同行的成果上，從實(shí)踐性的角度優(yōu)化了“知法并行”的設(shè)計(jì)路徑，如下：

（１）明確物理科學(xué)方法在初中階段的進(jìn)階目標(biāo)；

（２）梳理知識(shí)線；

（３）梳理方法線；

（４）有機(jī)整合知識(shí)線和方法線，列出“知法并行”表；

（５）重、難點(diǎn)知識(shí)和方法的再突破。

２ ? ?“磁體與磁場(chǎng)”的“知法并行”教學(xué)設(shè)計(jì)

２．１ ? ?明確物理科學(xué)方法在初中階段的進(jìn)階目標(biāo)

初中物理教學(xué)中涉及的常規(guī)科學(xué)方法有很多（圖１），并且不少方法會(huì)反復(fù)出現(xiàn)。因此，本文倡導(dǎo)教師從全局規(guī)劃出發(fā)，制訂出主要的物理科學(xué)方法所對(duì)應(yīng)的不同層次目標(biāo)水平，為后續(xù)在不同階段物理學(xué)習(xí)中把握科學(xué)方法的教學(xué)提供指導(dǎo)意義。以“模型法”為例，梳理出其目標(biāo)水平（表１）。

２．２ ? ?梳理知識(shí)線

根據(jù)教材、教參和課標(biāo)，可以梳理出“磁體與磁場(chǎng)”的知識(shí)線（圖３）。

２．３ ? ? 梳理方法線

首先，劃定“磁體與磁場(chǎng)”所包含的科學(xué)方法有觀察法、實(shí)驗(yàn)法、求異法、類比法、轉(zhuǎn)換法、模型法、歸納法和對(duì)稱法等，涉及到的方法數(shù)量較多，在教學(xué)中絕不可能面面俱到。所以，要進(jìn)一步確定本節(jié)課需要顯化的科學(xué)方法為模型法和轉(zhuǎn)化法，剩下的方法進(jìn)行隱性處理。然后，根據(jù)本節(jié)課中需要顯化方法的目標(biāo)水平進(jìn)行科學(xué)方法的教學(xué)設(shè)計(jì)。最后，梳理出方法線（圖４），圓形文本框內(nèi)的方法為需要顯化的重點(diǎn)方法。

２．４ ? ?有機(jī)整合知識(shí)線和方法線，列出“知法并行”表

將知識(shí)線和方法線有機(jī)整合，列出“知法并行”表（表２）。

２．５ ? ?重、難點(diǎn)知識(shí)和方法再突破

要促進(jìn)“知法”有機(jī)相融，還需要借助策略對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。在該課例中，磁場(chǎng)的概念對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)較為陌生和抽象，可以借助多種科學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生理解，如實(shí)驗(yàn)法、觀察法、類比法和轉(zhuǎn)換法等；對(duì)于本節(jié)課中重點(diǎn)科學(xué)方法的教學(xué)，應(yīng)該在知識(shí)教學(xué)的過(guò)程中自然地將其顯化，如建立模型法。

２．５．１ ? ?借科學(xué)方法突破重難點(diǎn)知識(shí)

【案例１】 磁場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì)

師：我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁體有磁性，可以直接吸引回形針。如果磁體不與回形針接觸，磁體對(duì)回形針還有力的作用嗎？

生：有。

師：是的，不接觸的兩個(gè)物體也會(huì)產(chǎn)生力的作用，這是為什么呢？帶著這個(gè)問(wèn)題繼續(xù)觀察。

師演示：在磁體和回形針間放入鐵片、木片、塑料片、銅片等材料。

師：你有答案了嗎？說(shuō)出你的依據(jù)。

生：感覺(jué)磁體周?chē)幸环N物質(zhì)，且鐵片能影響這種物質(zhì)。

師：請(qǐng)描述一下這種物質(zhì)的特點(diǎn)。

生：這種物質(zhì)看不見(jiàn)、摸不著，能被鐵片影響，而不被木片、塑料片和銅片等材料影響。

師：讓我們一起來(lái)研究下磁體周?chē)倪@種特殊物質(zhì)——磁場(chǎng)。

【點(diǎn)評(píng)】 由于磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，學(xué)生在此之前也沒(méi)有建立過(guò)場(chǎng)的相關(guān)概念，要領(lǐng)悟“磁場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì)”有一定難度。教材上僅通過(guò)一句話“研究表明，磁體的周?chē)嬖诖艌?chǎng)”，來(lái)直接告知學(xué)生磁場(chǎng)的存在，這樣的教學(xué)方式不利于學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到磁場(chǎng)的物質(zhì)性。上述案例巧妙地借助實(shí)驗(yàn)法和觀察法，讓學(xué)生對(duì)比觀察不同材料放入磁體和回形針間的現(xiàn)象，再通過(guò)求異法驚奇地發(fā)現(xiàn)“鐵片好像能隔開(kāi)某種東西，影響磁體和回形針之間的吸引”，說(shuō)明了磁體周?chē)嬖诘奶厥馕镔|(zhì)——磁場(chǎng)。通過(guò)幾種科學(xué)方法的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)論證能力，讓學(xué)生感受到了自主探究的樂(lè)趣，順利突破了教學(xué)難點(diǎn)。

【案例２】 化無(wú)形磁場(chǎng)為有形

師：磁體周?chē)拇艌?chǎng)如何分布？磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著，這給我們進(jìn)一步研究帶來(lái)了困難。但這種研究方法其實(shí)你早已掌握，在自然界中也有很多看不見(jiàn)、摸不著的東西，例如——

生：風(fēng)、流動(dòng)的空氣。

師：（在學(xué)生視野盲區(qū)用吹風(fēng)機(jī)向上吹風(fēng)）看講臺(tái)上方，有風(fēng)嗎？風(fēng)向如何？

生：有風(fēng)（部分學(xué)生聽(tīng)見(jiàn)風(fēng)聲），方向不確定。

師：（教師移來(lái)一面旗）風(fēng)向如何？

生：向上。

師：（改變風(fēng)向）現(xiàn)在風(fēng)向如何？

生：向右上。

師：只將旗子移走，風(fēng)還存在嗎？

生：在的。

師：我們將無(wú)形的風(fēng)通過(guò)有形的旗子顯示出來(lái)。那無(wú)形的磁場(chǎng)，你想通過(guò)什么來(lái)顯示呢？

生：小磁針。

師：沒(méi)錯(cuò)，我們一起用小磁針來(lái)探究磁體周?chē)拇艌?chǎng)。

【點(diǎn)評(píng)】 欲探究磁場(chǎng)，先要顯示磁場(chǎng)。教材是通過(guò)信息提示的方式直接告知學(xué)生用小磁針來(lái)探究，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將小磁針移近條形磁體并記錄靜止時(shí)的Ｎ極指向。這個(gè)過(guò)程看似一氣呵成，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，學(xué)生肯定會(huì)疑惑“小磁針起到什么作用？為什么要記錄小磁針的指向？”要解決學(xué)生的疑惑，需要對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)?？梢郧捎妙惐确ǎ蒙瞵F(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生，用無(wú)形的風(fēng)類比無(wú)形的磁場(chǎng)，用有形的旗子類比有形的小磁針。學(xué)生便容易認(rèn)識(shí)到小磁針的作用，也自然能認(rèn)識(shí)到該如何利用小磁針來(lái)探究磁場(chǎng)，這其中還隱含了轉(zhuǎn)換法。

２．５．２ ? ?通過(guò)知識(shí)教學(xué)顯化重點(diǎn)方法

【案例３】 探究磁場(chǎng)

引導(dǎo)學(xué)生分別用鐵屑和小磁針探究磁場(chǎng)，從而感知磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。進(jìn)一步通過(guò)以下知識(shí)的教學(xué)片段來(lái)顯化模型法。

師：再來(lái)看下這些鐵屑的分布情況，剛剛同學(xué)們說(shuō)像一條條曲線。（用可移動(dòng)的小磁針，沿著曲線移動(dòng)）還可以觀察到小磁針的指向與這些曲線相切。

師：看來(lái)，我們完全可以用這些曲線來(lái)研究磁體周?chē)鼽c(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向。那我是不是需要隨身帶一瓶鐵屑呢？

生：太麻煩。

師：其實(shí)，物理學(xué)家法拉第在研究磁場(chǎng)的時(shí)候，也遇到了和我們一樣的困惑，那我們?cè)撊绾畏奖愕貋?lái)描述磁體周?chē)拇艌?chǎng)呢？

生：畫(huà)下來(lái)。

師：同學(xué)們能給這些人為畫(huà)出來(lái)的曲線取個(gè)名稱嗎？

引出磁感線的概念。

師：同學(xué)們觀察磁體周?chē)拇鸥芯€，你覺(jué)得它們有什么樣的規(guī)律呢？

生：有疏有密，也有方向。

師：說(shuō)明用磁感線可以描述磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱。那在磁體周?chē)嬗羞@些帶箭頭的曲線嗎？

生：沒(méi)有。

師：為了更方便研究磁場(chǎng)而人為構(gòu)建出磁感線的方法，在前面物理學(xué)習(xí)的過(guò)程也曾經(jīng)用過(guò)，這是什么方法，在哪里也用過(guò)？

生：建立模型法，光線等。

【點(diǎn)評(píng)】 在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)了建立模型的方法，本節(jié)讓學(xué)生進(jìn)一步感受到建模法的優(yōu)點(diǎn)，以及體會(huì)到如何在新的情境中運(yùn)用模型法進(jìn)行分析和研究得到結(jié)論。在上述教學(xué)片段中，待磁場(chǎng)概念建立完成后，先讓學(xué)生觀察靜態(tài)的鐵屑曲線分布以及動(dòng)態(tài)的小磁針隨著曲線移動(dòng)時(shí)的方向變化，再感受這種方法在描述磁場(chǎng)特點(diǎn)上的優(yōu)勢(shì)以及實(shí)際操作中的劣勢(shì)，最后激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造出簡(jiǎn)化的模型——磁感線。通過(guò)設(shè)置層層遞進(jìn)的知識(shí)任務(wù)，引領(lǐng)學(xué)生利用所學(xué)的重要物理方法解決任務(wù)，進(jìn)而深化對(duì)該方法的認(rèn)識(shí)。

３ ? ?結(jié) ?論

采用“知識(shí)線”和“方法線”并行的方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，既可以用方法促進(jìn)知識(shí)，也可以借知識(shí)顯化方法?！爸ú⑿小蹦苡行Т蚱凭窒抻谒槠虒W(xué)的課堂面貌，有利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

參考文獻(xiàn)：

［１］中華人民共和國(guó)教育部．義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２２：１－３８．

［２］張憲魁．物理科學(xué)方法教育［Ｍ］．青島：中國(guó)海洋大學(xué)出版社，２０１５：１－４０５．

（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）