我国物理概念与规律教学思想的传承与超越，本文主要内容关键词为：规律论文,物理论文,概念论文,思想论文,我国论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
概念与规律教学是我国物理教学理论与实践中的一个经典课题，重视基本概念与规律教学也是我国中学物理教学的重要传统。[1]自1979年以来，对物理概念与规律教学的探讨成为理解物理教学的重要起点与重要领域，围绕这一领域的研究与讨论绵延至今。当传统积淀为习以为常的“常识”时，我们难免会陷入“只缘身在此山中”的反思困境。因此，对这一议题有必要以思想史的眼光去回顾与观照。 一、物理概念与规律教学思想的产生 （一）物理教学历史上“题海战术”的现象与归因 物理概念与规律教学命题的提出有着强烈的针对性。应该承认，1979年以来，物理教学水平是从一个较低的起点提升的。1980年，乔际平先生对物理教学存在的问题描述道：“（相当一部分学校）对物理概念与规律的讲授，采取了从抽象的定义出发，直接给出结论及数学公式的方法，然后马上运用公式讲解例题，让学生仿照例题进行大量练习，他们的教学过程是‘定义—规律、结论—例题—练习’。”[2]针对这一现象，乔先生认为：“要想使物理教学能够按照本学科的特点和规律按部就班地进行，必须下大力气扭转当前物理教学中的不正常现象，首先要克服‘题海战术’、‘题备竞赛’和高二升学复习中的‘毕其功于一役’的做法。”[1] 回顾历史我们发现，“题海战术”本是一个“老大难”问题，彼时，这一现象被形象地概括为“只抓住了一个运用数学解决物理习题的能力，而培养学生解题能力的目的在于应付高考，所采取的方法则是通过数量庞大的高难度的练习，多次重复，归纳题型，大量上习题课和多次进行模拟高考等”。[4]这使得身陷题海的学生没有时间去消化、理解基础知识，没有时间去观察实验，造成学生只会按照题型套公式的畸形发展；教师则要花费大量时间和精力搜集习题、批改习题，疲于奔命，无法腾出时间改进教学。最后，乔先生警告：“‘题海’的波涛汹涌，大有吞没物理教学的危险。”[5]而走出题海，实现物理教学与其本身规律的符合就是物理概念与规律教学研究的思考路线。 （二）“重视物理概念与定律教学”的“客观规律”性 突破题海怪圈需要从寻找物理教学规律做起。对于什么是物理教学的规律，乔际平先生指出：“提高物理教学的质量，应该首先从加强概念和定律的教学做起，这是长期以来物理教学过程中总结出来的客观规律。我们希望更多的物理教师能够把精力放到这方面来。”[6]1983年，他又将这一“客观规律”拓展为：“坚持做好物理实验，认真讲好物理概念与定律，注意培养学生解决物理问题的思想方法和思考习惯”，而讲好物理概念与定律被作为其中“最基础的环节”。[7]比较而言，这一总结更为全面且具有层次性。 被提升为一条“客观规律”的物理概念与定律教学作为一剂“药方”，何以能“医治”题海战术的“顽疾”？事实上，这一思路的提出是睿智且颇具洞察力的，并且具有相当程度的合理性，这在今天的物理教学中仍然可以得到鲜明的反衬。例如，对于楞次定律教学，“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”等熟语作为快速解题使用的“二级结论”被大量教师所强调，并且，对其的强调往往超过了对楞次定律本身的强调。而遇到不符合“增缩减扩”的习题时，教师竟然会产生纠结，甚至怀疑楞次定律本身，进而会为“增缩减扩”总结更为细致的“适用条件”，以维护“解题要诀”的作用。由此，“适用条件”也就成了更为烦琐的“三级结论”“四级结论”。究其原因，正是对科学（物理）规律与“非科学规律”的混淆，导致教师不能清楚地判断“增反减同”“增缩减扩”的非科学规律性。 （三）“物理概念与定律”的表述特点与思想价值 细究起来，乔际平先生在论述中使用了“物理概念与定律”的表述，然而，确切地说，定律、定理、原理在学科中的所指是不同的。简言之，定律由归纳得到，定理由演绎得出，而原理则与数学中的“公理”同义，是无须证明的。物理定理与物理定律显然都应该作为被强调的内容，因此，在论述中将其统称为“物理规律”显然更为恰当。然而，乔先生为何仅采取了“定律”的表述？笔者认为，这是对物理规律区别于“二级结论”的科学性的格外强调，以及对科学与非科学的着意区分。这种表述所针对的就是大量存在的在无规律的地方总结“规律”、在无概念的地方总结“概念”的做法。 同时，肯定“物理概念与定律教学”这一“药方”思想价值的原因在于，20世纪80年代初，经历了一个动荡的时期后，我国的基础教育几乎再次“平地而起”。高中毕业教高中者大量存在，教师忙于搜集习题，“题海”汹涌澎湃。通过强调“物理概念与定律”教学以提升师资水平、舍弃“二级结论”以走出题海，无疑牵住了物理教学的“牛鼻子”。由此，“物理概念与规律的教学”也就成为那个时代为我们留下的宝贵思想遗产。 二、物理概念与规律教学思想的内涵 虽然学者们对物理概念与规律教学的诸方面进行了不同视角的阐述，但注重阶段性则是统领物理概念与规律教学的共有思想内核。 （一）物理概念教学的要点 对于物理概念教学，历史上的诸多学者都提出了教学中需要遵循的要点。1981年，阎金铎先生将讲清物理概念的标准归结为一句话——“讲清概念的来龙去脉”，并作了五点阐释，[8]如表1所示。 1983年，乔际平先生在《物理概念与定律的教学》一文中总结了概念与定律（规律）讲授的要点，包括：（1）讲清它的内涵；（2）讲清它的外延；（3）讲清相近概念与定律（规律）的区别和联系。[9]虽然这一表述更为简洁，然而其缺失了对概念引入必要性的强调。这在乔先生1993年出版的《物理教育学》中得到了补充，书中提出：“根据物理概念的实践性，使学生理解概念的物理意义，增强学习的主动性”，并将“物理意义”界定为“侧重指物理学引入和建立某一物理概念的原因，即为什么要揭示某一研究对象的物理属性，它对物理学本身的发展或生产实践有什么意义”。[10]这样的阐述显然是更为完备的。此外，众多学者都谈到了获取感性认识、突出本质属性、注意阶段性等要点。而事实上，“讲清来龙去脉”本身正是强调了一种微观的顺序性与阶段性。
（二）物理概念与规律教学的阶段 正是由于物理概念与规律之间的关联，“物理概念与规律”被作为一个整体加以论述，其广义内涵包括了对整个物理学科体系的理解以及整个物理观念的形成。这一过程自然不能是“毕其功于一役”的，对实践中的此类偏差，众多学者都阐述了概念与规律教学的阶段性特征。阎金铎先生将其概括为“领会”“巩固”“应用”三个环节。[11]乔际平先生则提出了“认识”“完善”“扩展”三个阶段，包括：（1）引导学生初步领会和认识物理概念与定律；（2）指导学生继续从不同的主要侧面完善对概念和定律的认识，并掌握它的基本应用；（3）进一步深化和扩展学生对概念和定律的认识，提高学生灵活运用知识的能力。[12]这一观点的提出同样极具现实针对性，在“学习进阶”[13]等研究于国内外渐成热点的今天，我们回顾物理概念与规律教学的阶段性思想，更加凸显了其超越时代的意义。尤为可贵的是，老一辈研究者还指出了“基本概念和基本规律是为数不多的，必须要讲清”[14]，这亦与当前重视“核心概念”的教学理念形成了历史呼应。 若将教学的阶段性思想与以上辩证性思想结合起来则更加彰显了其意义。金岳霖先生认为：“概念是思维的一个形态，概念与其他的思维形态——判断、推理与论证——是有密切关系的”；“概念是判断、推理与论证的基础，概念是思维的起点”；“但是，另一方面，人们通过判断、推理与论证所获得的新认识，又要形成新的较深刻的概念。在这个意义上，概念又是判断、推理与论证的结晶，概念又是人们某个阶段的认识的终结”。[15]我们需认识到，即使对于物理学家，理解物理概念与规律也是其一生的事业。 （三）物理规律教学与物理概念教学的关系 阎金铎先生曾提出物理规律教学的两条途径：“一种途径是直接从实验结果中总结、概括出来；另一种途径是利用已有的概念和规律，通过数学推导，得到新的规律。”[16]这一表述基本对应了物理定律与物理定理的特征。对物理规律的教学要点，研究者在强调“来龙去脉”“物理意义”之外，还论及了定律的适用条件、局限性、因果性，以及“教给学生运用它说明和解释现象、解决问题的思路和方法”[17]，在一定程度上体现了物理规律教学的特点。需要指出的是，较之物理概念教学，物理规律教学的思想还是比较贫乏的。 对物理概念与规律教学之间关系的论述是传统教学思想的又一深刻之处，其重要基础是教师持有的对物理概念与规律之间关系的隐喻模式。有研究提出：“物理概念犹如整个物理学大厦的砖瓦，物理定律则好比是大厦的钢筋。”[18]由此，物理概念与规律及其联系就被视为物理学科的一种结构。更为难能可贵的是，老一辈学者对物理学科结构持有一种开放的、非绝对的看法，如许国梁先生指出：“从物理学本身来看，它所研究的各种现象和规律是相互联系的。但其中某些现象和规律之间的联系比较密切，它们与另一些现象和规律之间的联系则比较微弱或隐蔽。在物理学的长期发展过程中，由联系最密切的一些现象和规律逐渐形成了知识体系，并组成了物理学的各个分支学科”[19]。正是基于对概念、规律关系模式的理解，老一辈学者提出：“学生形成物理概念和掌握物理规律之间存在着不可分割的、辩证的联系。一方面，形成物理概念是掌握物理规律的基础，概念不清就谈不到掌握规律；另一方面，掌握物理规律可以使我们从运动变化中，从物理对象与物理现象的联系中去进一步更深入地理解物理概念”[20]。这一观点是物理概念教学与规律教学共有的宝贵思想，为教学的阶段性理解提供了结构与机制层面的支撑。 三、物理概念与规律教学思想的发展 物理概念与规律的教学思想并非是一个完善的、封闭的体系，而是存在未竟的发展方向。老一辈学者也作出了颇具预见性与发展性的探索，其目光投向了历史的纵深。 （一）走进物理概念与规律的发展历史 20世纪90年代，随着物理教学时代的转变，乔际平先生进行了新的思考，并于1991年编写了《重要物理概念与规律的形成与发展》一书。在前言中，他毫不吝惜地反思道：“尽管过去我们也重视概念与规律的教学，但其着眼点和侧重点主要是放在知识的传授上。因而强调的是对概念、规律本身的掌握状态”，“过去的教学要求是必要的，也是正确的，但它不够全面，这主要表现在忽视了对概念、规律的形成与发展过程的要求，其结果就会削弱通过概念、规律教学来加强对学生的能力培养”。[21]这种反思与批判精神是十分深刻且可贵的。 除对传统思想进行批判性反思之外，一直以来，都有学者提出应该讲清物理概念引入的“必要性”和“来龙去脉”。正是针对这一认识，乔先生认为其实质是要求“要有典型的表象作为建立概念的基础，对发现和建立物理规律的过程要有较清晰的认识，知道它是通过什么实验发现和验证的，要知道导出的条件和主要步骤。主张对概念、规律本身的要求要适当，但对它们形成和发展过程的认识要求要提高。这样做的实质是提高了对培养学生学习能力的要求”[22]。据此，他认为：“（物理教师）要充实自己的物理学史和物理学方法论的知识。首先教师自己要了解和熟知重要物理概念和规律的形成与发展过程。这样才能把概念、规律教学提高到一个新水平。”[23]这一见解重视了物理学历史的价值，是对传统教学思想的重要开拓。 在具体操作上，乔际平先生认为：“为了有别于一般物理学史的内容，我们着重突出了两点：一是在介绍物理概念、规律形成与发展的过程中，着重以方法因素为线索，力求层次清晰，因果关系明确。二是根据教学需要，对于概念、规律形成发展中的有关重要环节、典型事实、主要步骤、适用条件等尽量提供对教学有直接参考价值的材料，以便更好地为教学服务。”[24]笔者认为，将物理学方法论与教学过程相联系，进而将方法论与物理学历史相联系是其中最为重要的思想进展。这避免了物理科学方法教学思想发展的抽象化与琐碎化，并且在微观上也为物理学史与物理教学的结合提供了初步的方式和尝试性的路径。 （二）走进物理概念与规律的教学心理 物理概念与规律教学思想的另一发展路向是对物理教学心理学的探究。乔际平先生较早意识到了物理教学心理研究的重要性。1987年，在《中学生学习物理的思维规律和心理特点》的报告中，乔际平先生指出：“对学生心理的研究如不取得一点突破的话，教学改革很难有一个本质上的进步，就容易搞成形式主义。”[25]这一状况在后续的研究中有了重要进展。 皮亚杰的发生认识论及其大量研究在心理学中的地位与价值人所共知。随着物理教学研究的进展，有学者开始有意识地运用皮亚杰的理论解释物理教学问题。乔际平、邢红军合著的《物理教育心理学》（2002）将整个体系全面建立于皮亚杰认知心理学的基础之上，“构建了物理教育心理学的新的理论体系，系统地阐述了物理教育心理学的基本思想、基本方法和基本内容”[26]。以上研究既在物理概念与规律教学心理上实现了新的进展，也标志着我国物理教育心理学的发展与深化。 在对皮亚杰理论的系统分析下，物理概念与规律教学的机制得到了更为深刻的解释。“长时期以来，在分析学生形成物理概念时，是以‘感知——理解——巩固——应用’的公式加以描绘的，而按皮亚杰的发生认识论理论来研究，事情将不全是这样的。”[27]这是由于概念属于运算的基本成分，而不再与感觉、知觉、表象等思维的形象方面为伍，也即以学生的观察、实验、操作等活动为基础形成了两种平行进展而又截然不同的结构体系。进一步，依据皮亚杰的具体论述，研究者认为，“物理概念并不是由物理知觉、物理表象产生的，而是由学生的观察活动及观察活动建构起来的认知图式产生的。学生头脑中物理概念的真正建立必然对应于其认知图式的建构，学生头脑中正确而牢固的物理概念必然根植于认知图式的沃土之中”[28]。笔者认为，对物理概念与规律教学的思想全面引入了认知心理学的因素，这一方向取得的重要突破启示我们，有必要继续扎实地开展物理教育心理学的研究。 （三）对发展方向的评价与反思 回顾我国物理概念与规律教学思想的发展史，在惊叹其思想内涵丰富的同时，笔者亦感到这是一项未竟的事业。在继承既有思想的同时，未来对这一领域的探索还应不断回溯思想的发展源头，即对我国物理教学“题海战术”痼疾的医治。虽然距物理概念与规律教学思想的起源已过去三十余年，然而，其对改革开放之初“题海”景象的描摹仍然贴切，走出“题海”之路依然漫长。对这一源头的不断追忆与探查，可以使研究者时刻保有研究的问题意识，以及对物理教学实践的敬畏，从而避免这一宝贵的思想传统被僵化或庸俗化。 当前，在物理科学方法教学研究持续成为热点的背景下，我们惊奇地发现了其与物理概念与规律教学的历史关联，这亦有助于对物理科学方法教育的厘清。随着教学研究热点的转移与流变，科学方法教育日渐作为一种相对独立的研究领域取得了诸多重要进展与研究成果。然而，对历史的梳理亦启示我们，需要重新审视物理概念和规律教学与物理科学方法教学的重新整合，这有助于物理教学确定协调的教学目标与有序的行动纲领。 此外，我们还需反思的是传统发展思路中对“物理方法（论）”与“物理学史”无意识的、直接的等同，这表现为试图从物理学史中“提取”方法（论）的因素服务于教学。这在客观上忽视了物理学更为深广的文化氛围、人文底蕴甚至哲学基础。事实上，在物理学史上，究竟哪些才是真正重要的概念和规律？哪些才是“典型事实”或“重要环节”？哪些才是真正的“方法（论）”？……这些问题都有赖于一种先在的物理学历史观。以上反思带来的启示是，在探讨物理学“走进历史”之前，“如何走进”或许才是更为重要与困难的问题。 四、我国物理概念与规律教学思想的超越 历史研究让我们得以体察习以为常的举手投足间蕴含的逻辑，得以反省思想深处潜在的意识与动因，从而才能明了我们从哪里来、要到哪里去。回顾以上研究，笔者提出如下启示与建议。 （一）重视“过程”：物理概念与规律教学思想的继承与创新 其实，无论是“题海战术”还是“机械灌输”，作为现实问题，它们注定无法被单独任何一种视角或理论解决，而是需要在多种视角下给予“全角度”的透视。具体而言，物理教学过程如何避免“机械”？这需要教学设计的系统研究。近年来，“物理高端备课”的系列化研究在物理概念与规律教学上取得了突破性进展。它强调：任何物理知识（概念、规律）的获得与运用都要经由科学方法，因此，物理教学的逻辑就是科学方法的逻辑。这一观点洞察了教学过程中存在的“教学逻辑”，概念规律、科学方法、思维训练等视角则在教学的逻辑中汇交和统一。例如，初中物理“密度”的高端备课正基于比值定义法的内在逻辑，将教学环节设置为“直接比较两个不同物体的质量”“选取相同的标准继续比较不同物体的质量”“诠释比值的物理意义”“联系学生的生活经验理解比值定义法”四个环节，并明确其背后是“比较”的思维方法。这一教学思路解决了为什么要用两个物理量相比来定义一个新的物理量的问题，使密度概念的得出达到“水到渠成”的境界。[29]这种教学设计的基础与模式真正体现了对“过程”的重视，因此值得进一步发展。 （二）彰显“思想”：物理概念与规律教学思想的深入与突破 当前，物理概念与规律教学“重视过程”的思想亦需深入与细化，即在物理教学中实现物理学思想的切合与训练。由此，物理概念与规律的教学才能在实质上“重视过程”。同样，在物理高端备课的研究中，对物理意义与物理思想的彰显就实现了对教学过程切实的关注。例如，机械能守恒定律的教学设计，传统的设计不仅推导过程采用的物理符号不够明朗，而且普遍采用的“物体沿光滑曲面滑下”的例子只涉及了完整物理过程的一半。更为重要的是，传统教学设计并未能阐述机械能守恒定律推导的来龙去脉，对机械能守恒定律推导中隐藏的科学方法没有阐述，从而导致学生对机械能守恒定律缺乏真正理解。 物理高端备课首先创设了光滑且对称的曲面内小球运动的情境，体现了动能与重力势能的双向转化；然后，在公式推导过程中将重力做功与重力势能的关系对应地上升为一条“定理”，从而体现出动能转化与重力势能转化的对应与对称关系；最后，让学生自主推导动能向重力势能的转化过程。整个过程中的亮点首先体现于彰显了分离与控制变量的思想，即单独研究重力势能与动能的相互转化；其次，通过将“势能定理”提升至与“动能定理”平行的地位，完整地诠释了做功与能量转化之间的关系。[30]这一教学设计充分体现了对称、平衡、转化的物理思想与物理意义，在思维层面彰显了逻辑性与物理内涵，并最终影响学生知识结构的完善。综上所述，有必要对在物理概念与规律教学中彰显物理思想与物理意义作进一步发掘。 （三）建构“话语”：发展物理教学论的中国特色 在域外科学教育研究大量引介且普遍兴盛的背景下，如何汲取其思想内核并真正与我国物理教学的国情结合，从而解决中国的物理教学问题，是每一个物理教学工作者应该深思的课题，否则，有可能使我国物理教学思想与实践在各种舶来理论的冲击下迷失自我。事实上，老一辈研究者扎根实践的质朴、直面问题的精神都值得今天的研究者继承并发扬。以乔际平先生为例，当年鲜明的现实感与问题意识使其工作在今天仍显出学术价值的同时，还焕发出了鲜见的史料价值与思想史价值，从而为中国特色物理教学研究体系的构建奠定了重要的基础。 就物理教学论而言，笔者欣喜地看到，一个概念合理、结构良好、融贯性佳的话语体系正在构建。自老一辈研究者至今，物理概念与规律的教学、启发式教学、思维障碍、重点难点、科学方法、前概念、探索性试验、科学探究、思维方法、原始物理问题等一系列的概念已初步形成了一套解释话语与操作话语。这一工作仍需进一步发展，而发展中国特色的物理教学理论话语则面临真正的本土化问题。笔者呼吁，我国物理教学研究者乃至学科教学工作者都应重视学科教学思想史的回溯与梳理，惟其如此，我国的学科教学工作才可能在一条坚实的道路上蓬勃发展。
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