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任何教学改革都必须直面并回答三个本原的问题，即为何教（教学目标）、教什么（教学内容）、如何教（教学方法）。通过对新课程理念的学习领会，以及对传统物理教学利弊的反思与扬弃，我们认为在新课改背景下，物理教学应该做到：在教学目标上，要从知识本位回归到三维目标；在教学内容上，要由学术形态深入到教育形态；在教学方法上，要让学生重演知识的发生过程。
一、从知识本位回归到三维目标
在我校网站的论坛上，有学生发了一则题为“学习物理有毛用”的帖子，结果引发了一片议论：“我发现物理不仅烦，而且学了觉得一点用都没有”“不学不行啊，如果你老爸有足够的实力，还上什么学呢？”“物理很重要的，高考100分呢？”如此等等。这反映出许多学生对于为什么要学物理的认识还是模糊不清的。由于学无目标，进而导致了学无章法。许多学生是把物理学习等同于物理知识的学习，再等同于物理公式的记诵，最后等同于数学式子的运算。他们将物理当作数学来学，把物理学成了“无理”。
图1
不妨看一个实例。如图1，A、B9为两个小物块，用一根穿过光滑水平圆盘中心小孔的细线相连。物块A以角速度ω做匀速圆周运动，B保持静止。若使A的角速度突然增大，则其半径r将如何变化？结果多数学生都认为r会减小，他们的推理看起来似乎顺理成章：以A为研究对象，根据
，由于F、m均不变，因此随着ω的增大r必然减小。出错的原因是他们缺乏相关的知识吗？不是。在这个问题上学生并不缺物理知识，他们缺乏的是物理见识，即未能深入领会所学知识的本质含义，并形成正确的见解。就以而言，学生仅注意到公式表达的相关物理量之间的数量关系，而没有把握住它所体现的实质是，做匀速圆周运动物体所受的合外力与它所需的向心力，这一对“供”“求”矛盾之间的辩证关系。则上例是属于“供不应求”的情况，硬套公式自然就错了。学生听了这番讲评，也知道了错在何处，可仍令他们困惑的是：“我当时为什么就没想到要这样分析呢？”这又进一步暴露出，学生更缺的还是一种物理意识，即自觉地运动物理思维方式去分析、解决问题的习惯和能力。“知识”“见识”和“意识”，看起来虽仅一字之差，却反映了学习者三种截然不同的层次和水平，对于学生的长远发展来说，后者的影响与作用往往会更大。实践告诉我们：一个人如果缺少知识，他可以在任何时候补上；但如果一旦错过时机，在学习能力或在情感、态度等精神层面上造成了缺陷，以后将是很难弥补的。其原因就在于，任何生命体的成长都存在着一定的关键期。正如农民种地要“不违农时”，学生读书也应“不违学时”。高中阶段是一个人成长的关键时期，有许多东西放在小学、初中学习可能太早，到了大学再去补课则又太晚，必须要在高中阶段打好基础才行。
学生对“为什么学物理”认识的模糊，根子在于教师对“为什么教物理”的认识存在偏差。就我而言，很长一段时期都认为教物理就是把尽可能多的物理知识传授给学生，以供他们终生受用。因为“知识就是力量”“知识改变命运”。然而令人困惑的是，尽管我们授予学生那么多的物理知识，但在他们往后的生活和工作中，却很少显示出有多少直接的功用，用他们的话说，“全部还给老师了”。我为此感到深深的失落；但当向他们提出“高中三年岂不白读了”的反诘时，这些离开学校多年的学生，又都会异口同声地作出否定的回答，一致认为高中阶段的学习对于他们的成长和事业所起的奠基作用，然而，他们又说不清究竟是哪些具体知识所起的作用。——这犹如谁都明白吃饭对于生存的意义，可又谁都说不清楚吃了这顿饭究竟会在身上什么地方长了块肉。还是著名教育家斯金纳说的好：“当我们将学过的东西忘得一干二净时，最后剩下来的，就是教育的本质了。”而这称之为本质的东西，就是思维方式与价值观念，它们构成了文化基因的核心。
其实“为什么教物理”这个问题，也可以反过来设问：“如果我们不教物理，学生不学物理，今后将会对他们的发展带来怎样的缺憾？”一种显而易见的回答是，学生将因此学不到许多重要的物理知识。这话没错，但不够全面。因为除此之外，学生还将失去更为重要的有关科学方法、科学精神等方面的培养与熏陶，从而最终影响他们的科学素养的提升。因为在这方面，物理学科具有其他学科无可比拟的优势与作用。在当前物理已经深入到社会的各方面，成为每一位有教养的现代公民都必须懂得的知识。对于大多数学生来说，他今天学习物理的目的，恐怕不是为了明天去进一步研究物理，而是有助于他去面对或决策所遇到的大量非物理的问题，为他们今后一生的文明、健康、高质量的生活奠定基础。因此，对于“为什么教物理”这个问题，最确切的回答应该是：为提高全体学生的科学素养而教。——这正是新课标确立的物理教学的价值取向。
为此，我们就应突破知识本位的局限，使物理教学回归到三维目标上来。如果说过去我们关心的是上了一堂课，学生能学到哪些知识；那么今天更值得我们关注的是，学生除了学到这些知识外，还能使他们获得些什么。如果我们树立了这样的目标意识，就等于长了一双慧眼，在教学中就会自觉地将每一个知识都置于三维目标的框架之中，去认真分析它在各个维度上的投射点，从而找到落实三维目标的切入点。
例如开普勒第三定律的教学。如果仅从知识目标而言，让学生知道公式
以及相关内容也就够了，但若以三维目标衡量，是否还应该引导学生去领略、体味这个公式的简约之美？——它将时间与空间的关系竟然表达得如此准确且简洁；是否有必要介绍开普勒发现这条规律的曲折经历？——尤其是开普勒何以会想到
的。显然，这里面并没有一条逻辑的通道，他多半是“凑”出来。然而要在数千个看起来杂乱无章的天文数字中找出这种关系，无异于大海捞针。开普勒正是凭着一种百折不挠的毅力，整整花了九年时间才获得成功。而在这背后，又是靠着一个坚定的信念在支撑；他深信世界是和谐的，和谐世界的规律必然是简洁的……如果能这样让学生深入到精神层面上去感受科学，他们得到的启迪与收获将会丰富的多。
再如有一道题：“已知汽车质量为m，行驶速度为
，汽车安装有防抱死刹车系统(ABS)，制动力恒为f，设驾驶员的反应时间为
，试问从驾驶员发现情况到紧急制动停车，汽车共经过多少距离？”学生不难解出该题的答案为：
，如果仅以知识技能而言，教学目标似已达到。但与三维目标对照，我们还可以联系交通法规，让学生从物理学的角度去解读“三禁”的缘由；汽车的制动距离s与质量M有关，因而要“禁超载”；又与速度有关，因而要“禁超速”；还与反应时间有关，所以要“禁酒后驾驶”。这样做的好处是，使学生感到物理就在我们身边，物理与生活是那么接近，从而增强学物理、用物理的意识。
上述教学案例，如果按传统的知识本位的标准衡量，多属节外生枝，似无必要；但从三维目标，从学生的长远发展来看，却有其积极的教育意义。尽管这些东西高考不一定会考，也没有多少实用价值，因而被许多人视作“无用”的知识。然而，教育的“无用性”正是教育的基本属性。美国著名的普林斯顿高等研究院对此曾作过深入的研究，他们的结论是：“只有无用的知识，才是最终有用的。”我国古代先哲庄子也说过：无用之用，是为大用。亦即所谓无用的东西，它们最大用处就在于无所不用，无处不用。因此，在三维目标的观照下，我们的物理教学应让学生多学一些在当下看起来“无用”，而最终却是有用的东西。
二、由学术形态深入到教育形态
作为教学范畴内的物理知识，一般具有两种形态，一种是外显的学术形态，另一种是内隐的教育形态，前者具有实用价值，后者则有教化功能。若将知识比喻为一座冰山，它的学术形态只是露出水面的一角，而它的教育形态犹如水面之下浑厚的山体。比如以“电磁感应”为例，有关这种物理现象的特点、产生条件以及变化规律等知识，教科书是以准确的定义、严密的推理，白纸黑字形式化地写在了上面，它所呈现的就是该知识的学术形态。而它的教育形态，诸如猜想假设、实验探究的科学思想方法，电磁互变、世界多样统一的科学观念，以及法拉第锲而不舍、十年磨一剑的科学态度与精神等等，则大多蕴含于字里行间，不会自动凸现。为了落实新课程的三维目标，我们就必须让物理教学从知识的学术形态深入到它的教育形态中去，引导学生去探寻知识的渊源，揭示知识的本质，感受物理的美感，以充分发挥物理知识的教育价值。
教学实践告诉我们，一位学科教师的教学底蕴是否深厚，在很大程度上是取决于他的学科视域有多广阔。所谓学科视域，指的是教师对所任教学科的内涵及其本质的理解与把握。对物理教师而言，也就是要回答“物理是什么”的问题。
先从物理学科的内涵来看。我们首先想到的是物理概念、规律和原理等，它们是物理的核心理论，当然很重要，但除此之外，物理还包括实验基本、应用延伸，以及它那丰富的思想方法和严谨的数学表述。正是这五大要素构成了物理学的有机整体（如图2）。显然，那种“斩头去尾取中段”，仅把物理核心知识视作为物理全部的认识与做法是有失偏颇的。
图2
再看物理学科的本质，我们可以从三个层面去解读它。第一，物理是一门科学。这是不言而喻的，无须赘述。第二，物理是一种智慧。物理学在它的发展历程中，形成一系列独特而卓有成效的思想和方法，这不仅对物理本身有价值，并且对整个自然科学乃至社会科学的发展都有贡献。有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物医学奖，甚至经济学奖的得主中，有一半以上的人具有物理学的背景。这就是说他们从物理学中汲取了智慧，转而在其他非物理领域获得了成功；反之却没有一例是由非物理专业人士获得诺贝尔物理学奖的。这就是物理智慧的力量。难怪国外有专家尖锐地说：没有物理修养的民族是愚蠢的民族。第三，物理是一类文化。物理学家在长期的科学实践中创造的大量物质产品与精神产品，就构成了物理文化，它是科学文化的重要组成部分。众所周知，物理学是以实验为基础的科学，它的基本研究方式就是实践，因而在客观上表现为“真”；物理学创造的成果最终是为了造福人类，它在目的性上体现出“善”；此外，物理学还在人的情感、意识等诸方面反映了“美”。正因为物理学本身兼具真、善、美的三重属性，我们完全有理由说，物理不仅是文化，而且是高层次、高品位的文化。
作为一名物理教师，如能对所任教学科的内涵与本质作一番全方位的审视与剖析，不断拓展学科视域的深度和广度，是十分必要的。因为这样可以有效地增强我们开发课程资源的意识，提高理解和驾驭教材的能力，从而使物理教学从传统的学术形态拓展到教育形态中去，为学生营造一个底蕴丰厚的物理课堂，使他们不仅获取知识，还能受到全面的文化浸润。
例如奥斯特的电流磁效应与法拉第电磁感应的教学。过去，我们都满足于演示实验一做即成，物理知识一步到位，似乎十分简单。但往深里一想，问题还挺大：教学中我们向学生展示的几乎都是科学家成功的一面，久而久之，他们就会对科学形成一种错误的认知，认为科学发展总是一帆风顺的，只有傻瓜才会犯错误。因此当告知学生，奥斯特和法拉第是历经十年之久才完成实验时，他们都感到不可思议。这种看似快捷高效的教学，学生得到的是不完整的知识，只是它的学术形态（科学结论），而蕴含于科学探究过程之中的知识的另一半，即它的教育形态却没有加以开发与利用，这也是教育资源的流失。
爱因斯坦曾经指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用。……所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式。”无论是奥斯特还是法拉第，他们的最大障碍也正是来自旧观念的影响：奥斯特认为电流产生的磁力是一种“纵向力”（空间观念的束缚），法拉第则以为电磁感应是一种“稳态”现象（时间观念的束缚）。直至他们分别认识到电磁力具有横向力特征、电磁感应是“暂态”现象，实现了观念上的突破之后才最终取得成功。其实，科学家的失误也是一种宝贵的教育资源，教学中我们可以通过“情景再现”等方法，让学生从中获益。例如对电流的磁效应，我们就一改教师演示为放手让学生做实验。结果发现，许多学生都将通电导线摆成与小磁针互相垂直，他们认为这样小磁针受到的磁力矩才会最大——与当年奥斯特的观念如同一辙。后经反复调整摆放的初始位置，才观察到预期现象。同样地，在电磁感应教学中，我们也尽量使学生“站在问题开始的地方，要面对原始的问题”（杨振宁语），而不是向学生提供现成的实验器材和方案，让他们去走捷径。这样做学生虽然走了弯路，但却由此增加了一份真切的感受，他们不仅认识到科学探究的曲折艰难，也初步体会到思想观念对于科学创新的巨大影响和作用。
三、让学生重演物理知识的发生过程
早在一个多世纪前，法国的胚胎学家海克尔发现：高等生物从种细胞成长为成熟的个体，都要经历一个胚胎发育的过程，而这个过程正是该物种长期进化历史的迅速而短暂的重演。此即“生物重演律”（图3甲）。其实除了生物进化外，重演现象在其他领域里也屡见不鲜。就以教学活动而言，学生从“未知”达到“真知”，需要经历一定的教学过程，而这一过程同样也是以浓缩的方式，在短暂而迅速地重演着人类漫长的认识发展历程。——我们不妨称此为“教学重演律”（图3乙）。
图3
如果把科学家从事科学研究的过程视作为科学知识的原生产过程，那么学生接受科学教育的过程就是科学知识的再生产过程。理论与实践都表明，这两者在本质上有着极大的相似性：学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，他们学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的历史顺序。
重演律不仅揭示了客观世界的一种普遍现象，而且还具有重要的方法论意义，我们将其作为指导教学的一种重要策略思想，可以有效地促进物理教学过程的优化。正如玻利亚在“教学发生学原理”中所指出的那样：“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应让孩子重蹈人类思想发展中那些最关键的步子。”理想的物理教学应该是，以浓缩的时空和必然的形式重演人类丰富多彩的科学活动，让学生去亲历探究的过程，感受科学的启迪。这样不仅有助于学生更好地理解并掌握所学的知识，还能从中汲取前人的智慧，领悟思想方法，陶冶科学精神，从而全方位地落实“新课标”所提出的三维目标。
1.充分还原稀释，让学生体验物理概念的形成过程
物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的，它可深刻地反映了事物的共同特征和本质属性，可以说是浓缩了的知识点。为使学生更好地理解概念，教师就应该将它的形成过程重新“还原”，使浓缩的物理意义充分“稀释”。正如一位学者的比喻：“将15克盐放在你的面前，无论如何你难以下咽。但当将15克盐放入一碗美味可口的汤中，你早就在享用佳肴时，将15克盐全部吸收了。”如果说物理概念犹如这里的盐（“溶质”），那么“溶剂”就是学生学习活动的认知规律，而“溶液”则是引人入胜的教学情景与过程。一般地，我们可采用图4的物理概念教学模式：
图4
例如电场线可用来形象地描述电场的特性。但如果学生不理解它的物理意义，这种形象可能成为令他们眼花缭乱的另一种抽象；这时若再辅以直观的模拟实验，他们甚至会误认电场线是一种实体存在。因此，教学的关键就在于通过还原稀释，让学生主动参与电场线概念的建构过程。例如，可从最简单的点电荷电场入手，我们用带箭头的线段来表示点电荷电场中不同位置，如A、B、C等处电场强度的大小和方向（如图5甲）。采用同样的方法，我们还可以作出更多位置的电场强度的分布情况（如图5乙）。很明显，这种方法虽然直观，但太过繁杂。学生面对这一片密密麻麻的箭头，他们自然会想应该如何简化呢？通过思考，他们不难找到办法：若以点电荷为圆心，它周围各点场强的方向都是沿半径向外的，于是就可用一组呈辐射状的射线来反映其方向（图5丙）；又因为它周围各点场强的大小随着离点电荷距离的增加而减小，这种变化趋势又恰与这组射线“近密远疏”的特征相符合。用这样一组射线来描述正点电荷电场的性质，不仅形象而且简洁，因而是非常合理的。
图5
2.坚持延迟判断，让学生探寻物理规律的发现过程
物理规律反映的是物理概念之间的联系，从这个意义说来，物理规律是压缩了的知识链。教学中我们要做的，并不是急于把这些前人获得的结论直接端给学生，让学生尽快地占有它们。诚如爱因斯坦所说：“对真理的探求比对真理的占有更可贵”，我们要引导学生积极参与物理规律的发现和推理过程，使探索真正成为物理教学的生命线。教学中应该坚持“延迟判断”的原则，即：使学生对物理结论的判断，产生于经历必要的认知过程之后。我们借鉴前人科学发现和研究的方法，在物理规律教学中采用的程序大致可用图6框式表示：
图6
例如简谐运动的规律。教学中如果没有对简谐运动的物理过程进行全面细致的分析，就贸然给出公式F=-kx，学生对其规律的理解就会失之肤浅，甚至误认为仅仅是胡克定律F=kx的翻版。为了改变这种状况，我们把教学的重点放在“解剖麻雀”上，即引导学生仔细观察弹簧振子（图7）在一次全振动过程中，回复力F、速度v、加速度a以及位移x等物理量的变化情况，并要求他们尝试从中找出最基本的规律来。通过分析比较，学生发现：F与 v的方向时同时反，大小此增彼减，关系复杂多变；而F与a之间方向始终相同，大小同增同减，关系确实简单，但这只是F=ma（牛顿第二定律）的体现，仅具共性，缺乏个性；再看F与x，两者方向始终相反，大小又成正比，所以它们之间的关系，最能准确而简明地反映简谐振动中力与运动的基本规律。这样，学生对于简谐振动的规律F=-kx就不仅知其然，而且也知其所以然了。
图7
采用“延迟判断”进行物理规律教学，固然会拉长建立规律的时间，但是“磨刀不误砍柴工”，这样做，学生对规律的理解将会更加深刻，运用也能灵活自如，最终还是提高了教学效率。
3.渗透思想方法，让学生参与物理实验的设计过程
物理实验是手脑并用的实践活动。一个完整的实验过程，可以分成实验目的、实验原理、实验方案、实施步骤以及实验结论等主要环节，它们之间互相联系，构成了一个有机的整体（图8）：
图8
其中，实验原理蕴含着丰富的物理思想和方法，对于其他环节有着重要的影响和指导作用，是整个实验的核心，理应成为实验教学的重点。具体地说，不仅是那些著名的经典实验（如伽利略斜面实验、卡文迪许扭秤实验等），应引导学生去追溯物理学家思考、研究的源头，领略他们精巧的设计、独到的方法或深刻的分析，从中汲取物理思想的营养；即便是教材中大量的演示实验和学生实验，我们也不能采取简单的“拿来主义”，让学生照方抓药，机械操作。在实验教学中，我们应尽量再现实验的设计过程，多让学生想想：应该怎样做？为什么要这样做？换种方法能不能做？等等。以此来渗透物理思想，启迪学生思路。
例如，“楞次定律”的教学离不开实验。一般的做法是，要求学生按事先设定的四种情况（将磁铁 N、S极分别插入和拔出线圈）操作，观察并依次填写原磁场（Φ）的方向、原磁场的变化（ΔΦ）、感生电流
的方向、感生电流磁场
的方向等，最后归纳出结论。这样教学看起来流程顺畅，结论明确，但在实验之后学生往往不明白：为什么就选定这四种情况来做实验？尤其是，实验目的是确定感生电流
的方向，为什么还要扯到
上去呢？……究其原因，是由于上述实验教学中，没有突出物理思想方法，让学生真正参与实验的设计过程，他们只是循着指令在做“广播操”，而没有将实验操作与思维活动有机地结合起来。我们对此做了如下改进。
提出课题后，先引导学生观察磁铁的N、S极分别插入和拔出线圈时，电流表指针的偏转情况。并思考：感生电流的方向可能与哪些因素有关？经过讨论，学生不难得出，方向取决于原磁场的方向（向上或向下）与磁场的变化（增大或减少）。在此基础上，学生自行设计出了包括上述四种情况在内的实验方案。接着让学生实地观察并记录各种不同情况下，原磁场的方向和变化，以及相应的感生电流方向。然后要求他们分析ΔΦ与之间的关系，看能否从中概括出有关的规律来。同学们发现，尽管原磁场的变化（ΔΦ）是产生感生电流的直接原因，但ΔΦ与两者之间却并未显示出某种明确的对应关系。怎么办呢？学生的思维很快被激发出来，处在了一种亢奋状态。这时，教师就因势利导，启发学生另辟蹊径，能否设法找出一个既与ΔΦ有关，又与有关的“中间量”，通过它的中介作用，来沟通并确定ΔΦ和的关系呢？经过讨论大家想到，感生电流产生的磁场或许能充当这样的角色。因此，实验的关键就要看感生电流产生的磁场与原磁场的变化ΔΦ之间是否有着一定的内在联系，即：
图9
学生按着这样的思路继续实验，并对各种情况下的与ΔΦ进行分析比较，终于从中概括出了规律性的结论。
实践表明，在实验教学中有意识地创设一种探索的氛围，使它带上一定的研究色彩，将会促使学生更好地领会实验思想的精髓，有助于提高他们的实验素养和能力。
4.注重过程分析，让学生亲历物理问题的解决过程
笔者曾要求学生实地估测自行车在行进时所受阻力的大小（图10甲）。不想这个问题却把学生难住了，他们推着自行车在操场上团团转，就是不知该如何入手，后来让他们回教室演算一道类似的题目：质量为m的物体以一定初速沿水平地面做匀减速运动，最后停止，设所用时间为t，通过位移为 s，试求物体在运动过程中所受阻力的大小（图10乙）。结果学生很快就求出了答案。两者对比，真是大相径庭。
图10
其实，这正是传统习题教学造成的后果。我们平时给学生做的题目，都是经过了去伪存真、削枝强干的精心加工，设问明确、条件贴切，学生只要公式对路、计算无误，即可大功告成。呈现在他们面前的不是有血有肉的物理世界，而是一个由滑块、小球、斜面等理想元件堆砌起来的抽象世界。其中那些最能启迪心智、锤炼思维的过程与环节，却被我们轻易地代劳了；学生吃到的是被人家嚼过的馍，哪里还有什么营养和味道呢？
一般的物理问题，总是由初态（条件）和终态 （目标）组成的，解题者的任务，就是要寻找一系列由初态逐渐逼近终态的中间状态。具体地说，就是通过审读题目，在明确对象、分析过程（或状态）的基础上，构造成适合题意的物理模型，从而使“实际问题”转化为“物理问题”；接着选用相应的物理规律，布列方程，把“物理问题”转化为“数学问题”；然后求解作答，得出“问题结果”，并将其纳入原问题的情境中，予以“检验讨论”，对解题过程作出评价。由此可见，求解物理习题的过程，也就是学生主动参与的认知过程，它有一个完整的认知操作序列 （图11）：
图11
在上述过程中，物理模型的构建是至关重要的。它既是使复杂的实际问题转化为相应的物理问题的前提，也是正确选用物理规律、求解物理问题的依据，因而起着承上启下的关键作用。在教学中，有的教师往往把众多的物理题目机械地划分为各类题型，结果是越分越多。其实，正确的策略应是“以少胜多抓模型”。我们看许多物理题目，尽管形式各异但其内核是相同的，都是来源于同一个原型题，即“母题”。它们只是稍加演变而成的“子题”，甚至是“孙题”；正是这无数的“子题”和“孙题”，才形成了目前无边无际的题海。然而其中的“母题”，为数却并不太多。一类母题其实就是一种模型。例如“子弹打木块”就是典型的力学模型，许多凡是涉及两个物体相互作用的题目，大多可以归结于它。对于这样的问题，我们就要舍得花功夫，引导学生深入分析其中的物理过程，并能从不同的角度，例如力与运动的关系、功与能的关系、冲量与动量的关系等方面加以剖析，以求透彻理解，最终达到解一题带一片的效果。