物理观念物理教育价值研究

“物理观念”作为物理学科核心素养的重要内容之一，已成为中学物理教育的关注热点。《普通高中物理课程标准（2017版）》对学科核心素养界定为：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。”对“物理观念”也作出了明确的定义：“物理观念”是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识；是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华；是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础［1］。物理观念对于物理教育的意义，可以借用著名物理学家劳厄（M．vonLaue）所说的：教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。在物理教育中这种剩下来的东西就是物理观念。在本文中先对“物理观念”的物理教育价值进行辨析和论述。

―、物理观念是物理学科核心素养的重要内容

物理观念在物理学科核心素养中居于首要地位，也是重要的科学观念，是本次基础教育课程改革中的关键，是基础物理教育改革的亮点。1．物理学科核心素养的提出是本次新课改提出的新概念，是本次课程改革的亮点，“物理观念”教育是当代社会对物理教育的必然诉求本次基础教育课程改革相对于上一次课改而言，集中体现在从“三维目标”到“核心素养”的转变，这一转变，既是顺应当前国际基础教育课程改革的主流和趋势，又是为了满足当今时代对人才素质的呼唤，同时也符合我国当代社会发展的需要，也是与发扬与传承我国悠久的优秀文化传统相一致的，是当前立德树人理念的落实。具备广阔的国际视野，又充分体现本土特色。物理学科核心素养是我国21世纪学生发展核心素养的重要组成部分，是物理学科育人价值的集中体现。当代信息社会（或AI时代）对人的要求不仅仅是能应用所学的知识与技能去分析与解决现成的物理问题，更不是只会解题，而需要对客观世界的本质和规律有深刻的认识和整体的把握，具有对知识和技能应用的方向、方法、方式的引领和掌控能力，而且还需要具备跨学科、综合学科的观念，显然，物理观念的教育是当代社会对物理教育提出的必然要求，是物理教育发展到今天的应然目标。2？物理观念是物理学科核心素养中的首要素养我国的物理学科核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。物理观念的形成，一般地说是在物理知识的学习理解和应用实践过程中逐渐形成的，在这个过程中，学生的科学思维和探究能力得到锻炼和发展，并形成良好的科学态度和科学责任。在此基础上，对所学的知识进行迁移，对其中不适宜的模型和观点进行批判，从而构建新的物理模型，形成新的物理观点，这也就是创新的过程［2］。在物理观念形成的教学过程中，科学思维、科学探究、科学态度与责任等学科核心素养的养成也必能融合在一起，所以，物理观念成为其他物理核心素养形成和发展的基础，也就是可以认为，物理观念占据着物理学科核心素养中的“核心”地位，具有特别重要的学习意义。3．物理观念是最重要的科学观念科学观念是指人们对科学的整体的、基本的看法与认识，或者是对科学的反思。是理论化、系统化了的对科学的总观点、总看法。科学观念所关注的问题在于科学的本质是什么，科学教育的本质是什么，并作为一种观念形态被纳入到人的意识形态之中。物理观念所体现的是物理学的本质并由此体现出物理学科核心概念的教育价值。物理＿科核心概念是组织整合物理学科知识内容的少数关键概念，是将众多基础物理概念、规律、理论联结成为一致整体的物理学习的核心内容，是学生理解和探究更复杂概念的关键工具，与学生的生活实际、重大的社会议题和物理学发展的趋势紧密相关，贯通整个基础教育阶段物理课程的学习过程。物理观念是基于物理学科核心概念的学习，从学生发展核心素养的角度进行的提炼和概括，是物理学中最重要的科学观念［2］。

二、物理观念是学生必备的学科素养

物理观念的养成，是学生科学素养提髙的一个组成部分，是学生必备的学科素养。1．物理观念是重要的科学素养之一。2006年，我国公布了《全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020年）》。文件对青少年培育的科学素养确定为：“了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”按照这样的要求，在基础教育阶段，我们要让学生获得的不是一大堆事实和名词，也不是一个个分裂的概念和规律，而是能够把相关信息合理地组织成信息网络，理清楚概念之间的内在联系，从整体上去认识关键的核心概念，并应用于发现与解决与社会有关的“真问题”。这样的学习才具备真正的意义，这样的学习，也才有可能形成科学素养。而在这种学习过程中，也同时阐明了物理观念的养成是构建科学素养不可或缺的关键内容。2物理观念是认识物理世界的核心观点。物理观念的形成，有助于学生从物理学的视角去认识自然，理解自然，建构关于自然界的物理图象。物理观念强调对物理本质的认知，这种认知，既需要对物理学知识结构的整体把握和深刻理解，还需要对人类认识自然的发展过程、思维方式及其方法的认知与理解，在这过程中，可以获得理解经典物理学，乃至现代物理学与我们的常识、经验在处理问题中的根本区别，可以获得理解物理学独特的思维方式及研究方法，从而达到认识物理世界的目标。高中物理教育中的“物理观念”，是我们认识物理世界所必须的核心观念、关键观念，离开了这些基本观念，我们就无法理解物理世界，也无法理解物理学科的本质。3．物理观念的提出促进物理教学从“知识本位”。走向“观念建构”，实现物理教学规范根本性的转型物理观念的提出超越了碎片化的知识与技能，而且不是只关注知识的结果和结论，机械地背诵和记忆，而是经历知识获得的过程，在探究中得到体验和感悟，注重知识形成和发展的历程，认识物理学发展的内在规律及其动力，具有质疑和批判的能力，发现问题和提出问题的能力，明了相关学科知识之间的有机联系，具有跨学科思考问题的能力。这样形成的知识结构是合理的、开放的、有广泛迁移能力的和综合的。物理观念的提出要求学生从总体的观点出发，从不同的视角认识物理问题，运用多样的知识和技能综合地解决物理问题，从中学会思考和探索物理问题的方法和途径。物理观念形成的物理教育，相对于传统的“知识本位”的教育，可以认为是“观念建构”的教育，这是物理教学规范根本性的转型，也是本次基础教育课程改革从“三维目标”走向“核心素养”的转捩点。4．物理观念的提出旨在培养学生认识物理世界的观点、能力和方式。物理观念是一种学生内化了的对物理学的认知品质，需要在整体把握物理学知识结构的基础上，在对人类认识物理学的发展过程、思维方式、研究方法的认知与理解的基础上才能获得。物理观念反映的是科学思想中最精华的内容，完全超越了一般的科学事实与概念。它需要从科学哲学的髙度，从物理学哲学去反映物理学的本质，显示物理学丰富复杂的内涵，彰显物理学普遍的、特殊的、辩证统一的内在规律，揭示出对物理世界深刻、完整的认识。更清晰地认识物理学与真实世界的紧密联系、与物质世界的统一性。科学、技术与应用是学生发展非常重要的核心素养，包括科学技术的原理、方法与应用等［3］。物理观念的提出完全顺应了这些需求，并促进学生形成正确的本体论、认识论、方法论和价值观。物理观念是物理知识的概括、归纳和升华，因此，物理观念相对物理知识，相对具体的概念和规律，是居髙临下，总揽全局的对物理学的认识，它不是一叶障目不见泰山，更不是画地为牢作茧自缚，这就需要有深刻、系统、全面的思维，在更高的层次上把握物理学的精髓，这对学生的未来发展、终身发展是十分重要的素养，更是一个创新型人才的必备素质。

三、物理观念的提出推进物理教育改革的发展

。物理观念的提出标志着物理教育改革新时代的到来，必将引起物理教育的全面变革。1．物理观念的提出表明物理概念的学习和教学研究到达了当代物理教育发展的新阶段科学教学研究历来重视概念学习，从20世纪前期重视前概念、迷思概念即概念发展的研究，到20世纪中后期对概念转变的研究，21世纪初又提出了大概念（bigidea）和核心概念（coreidea）的研究，随之又有概念进阶（conceptualprogression）的研究，这一切都把概念学习作为科学教育的重要目标之一。在外语和汉语中，概念、观念这两个概念并不严格区分，在汉语翻译时，这两个概念也常常互译和互用。当前，物理观念的提出，是科学教育（尤其是物理教育）中对概念的学习和教学研究发展的必然结果，是百年来科学概念教学研究和科学教育发展的新阶段，也是对概念教学地位和作用的提升。2．物理观念的提出有利于学生正确世界观的形成。物理观念的提出首先让学生树立正确的自然观，因为物理观念是从物理学的视角去认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图像的。从古希腊到培根（F．Bacon）时代，到牛顿（I．Newton）时代，直到爱因斯坦（A．Einstein）时代；中国古代也从春秋战国时代到唐宋时代，直到明末清初，以致今天科学发展观的提出，自然界的认识尤其是对人与自然的关系的认识，不断发展。而正确的自然观的养成又能促进学生正确人生观的形成，促进学生正确的科学价值观的形成。学生通过对人与自然关系的认i只可以更好地认识人类在自然界的位置，正确对待科学。正确认识自己，理解自己，明确人类和自身的使命，从而树立合理的人生目标、发展道路，善待生命。以此为载体，可以帮助学生获得对世界的态度、观念和看法，进而促进学生正确世界观的形成［4］。3．物理观念的养成是物理教育走向实践的关键。众所周知，美国从2061计划时在《美国国家科学教育标准》中提出科学教育的本质是“探究”（inquiry），到2013年在《下一代科学教育标准沖提出科学教育的本质是“实践＂（practise）。这个改变，标志着科学教育的发展趋势，也表明了对科学教育本质理解的转向。核心素养是在真实情境中解决真实的复杂问题时所表现出来的能力，因此，在物理观念的养成中，自然而然地特别强调应用这些观念去解决实际的物理问题，在教学中，要创设真实的物理情境，发展学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。根据学者对科学知识在具体实践中如何应用的调查研究成果［5］，一些学生在毕业后，之所以用不上所学知识，往往不是由于学习该知识时成绩不佳，也不是由于在所处的环境中没有有关的科学因素，而在于他们仅仅掌握了一些具体的事实，却没有形成有关的科学观念。因此，物理观念教育是从根本上解决物理教育走向实践的关键。4．物理观念的提出是提高物理教育水平和推进物理教育改革的动力。物理观念其实是对于物理知识的本质的领悟，立足于物理观念的物理教学，关注的是指向观念结果的知识的学习，或者说，观念的教学是胚胎式的，是一种自然的发育和成熟的过程；而“知识为本”的教学，却把一个完整的生动活泼的客观事物分割成一个个相互没有联系的并且无法反映某一观念单元的知识碎片，学生在学习这样的知识碎片时，就和“盲人摸象”一样，即使对一个个碎片都清楚了，但对“象”的整体构造仍然一无所知，甚至以偏概全，误解了“象”的形象。因此，基于物理观念的物理教学是提高物理教育水平的动力。当然，这种物理教学需要学习方式的全新转变，因为它必须超越“灌输一接受”式的传统学习方式。在建构物理观念的学习过程中，需要对最具物理学科特征的事实、概念、规律、原理和理论进行深人的探究和思考，使自己的理解和思维达到髙度抽象概括的水平，而不再停留在对具体知识的记忆和对文字表面的理解水平上。这样，就必须运用新型的学习方式，特别如深度学习、项目式学习、问题解决学习、混合式学习、非认知学习和跨学科主题式学习等，这些学习方式的应用，促进了物理教育的整体改革。

四、物理观念的提出推动物理教师专业化发展

要适应物理观念养成的物理教育，对物理教师的专业成长提出了新的挑战。1．实现物理观念的转型才可能建设真正意义。上的创新文化，也才能推动科学技术创新科学技术的创新要有真正意义上的创新文化，而创新文化的建设要树立新的更加全面的科学观，实现科学观的根本转变。在不同的物理学发展阶段，物理观念是变动不居的，物理观念不仅内涵丰富，而且本身也十分复杂，尤其与不同时期物理学发展的水平、不同的学术流派，领军的物理学家的观点相关。例如自培根高呼“知识就是力量”，形成了当时的功利主义科学观，倡导的是工具主义和唯技术主义。功利主义科学观在引导科学服务于社会和借助社会的力量来推动科学的发展等方面有着极为重要的意义和作用，但是，这种科学观可能导致整个科学事业及整个社会过度功利化，使科学趋于肤浅化和平庸化，消解科学内在的动力、目的、意义和价值，抹杀科学与社会之间在文化和精神层面的互动关系。［7］因此，没有创新型的科学观，就不可能建立创新文化，没有创新文化，就没有激励和引导人们创新的氛围和基础，教育中培养创新意识和创新能力也就失去了依托，这样，创新教育和创新人才的培养岂不成了面壁虚构。这对物理教师理解和认识物理观念提出了很髙的要求，是教师专业发展的新课题。2．物理观念的提出为物理教师的专业成长指引了新的方向。实现物理观念的成功教育，关键在物理教师。任何一次改革的启动，都给参与者提出了严峻的挑战。如果物理教师不改变物理教育的理念，缺乏物理观念教育的意识，没有对物理观念的深刻理解，不具备实施物理观念教育的能力，没有掌握新型学习方式并运用于物理教学的课堂之中，那么，学生物理核心素养的培养将是一纸空文，学生物理观念的形成必然落空。这对物理教师的专业知识、专业技能、专业情意诸方面都提出了很髙的要求。作为中学物理教师，要勇于改革，化挑战为机遇，在新的改革中获得新的发展。同时，也对课程工作者、科学史工作者、科学哲学史（包括科学认识论史、科学方法论史）和科学思想史等工作者也提出了呼吁，如何为物理观念的教育及核心素养的培养提供教学有用的资源。

五、结语

根据近两年新课改培训中反映的情况分析，物理观念的理解和教育价值的认定，物理观念教学实施和评价的确定，物理教师对物理观念的认识和专业要求等，成为关注的热点和难点。我们拟从物理观念的物理教育价值开始论述，试图对上述问题逐步做出回答。物理观念教育的实践，必将带来物理教育观念的根本转变。从物理学的发展看，物理学实现革命性的跃变，其实质是实现了物理观念的超越，正如德布罗意（LauisdeBroglie）对爱因斯坦的评价：“他能够一眼看穿那疑难重重、错综复杂的迷宫，领悟到新的、简单的想法，使得他能够揭示出那些问题的真实意义，并且给那黑暗笼罩的领域突然带来清澈和光明。”我们期望，物理观念的提出，也将为物理教育“带来清澈和光明”。

作者:蔡铁权 郑瑞 单位:1.浙江师范大学数理与信息工程学院物理系 2.浙江省杭州学军中学