物理革新教育原理

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從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，是物理教育本性的回歸，是物理教育的正本清源問(wèn)題。然而物理教育的“本質(zhì)”是什么？物理教育的“源頭”在哪里？這些物理教育中最根本的問(wèn)題，至今沒(méi)有得到明確的回答。原始物理問(wèn)題教學(xué)理論的提出，使得我們能夠直接與物理現(xiàn)象相接觸，讓我們得以面對(duì)原汁原味的物理現(xiàn)象進(jìn)行教學(xué)研究與探索，從而打開(kāi)一扇塵封已久的物理教育領(lǐng)域之門(mén)，進(jìn)入到一個(gè)物理教育研究的新天地。在一定意義上，原始物理問(wèn)題的提出，是近30年來(lái)我國(guó)物理教育領(lǐng)域涌現(xiàn)出的能夠反映物理教育本質(zhì)的教育理論，是物理教育理論的創(chuàng)新。

一、原始物理問(wèn)題教學(xué)———物理教育的本原回歸

原始物理問(wèn)題教學(xué)的教育思想與現(xiàn)象學(xué)理論的基本思想是一脈相承的。作為20世紀(jì)西方的一種哲學(xué)思潮，現(xiàn)象學(xué)的基本理念包括“回到事情本身”和“生活世界”。“回到事情本身”這一觀點(diǎn)表達(dá)了現(xiàn)象學(xué)研究最根本的準(zhǔn)則。現(xiàn)象學(xué)認(rèn)為，人們不應(yīng)該在事物之外尋找事物的本源，事物向我們顯現(xiàn)的不僅僅是現(xiàn)象，現(xiàn)象就是事物本身，它意味著人可以用一種直覺(jué)的方式去把握事物。現(xiàn)象和本質(zhì)之間沒(méi)有距離，本質(zhì)不僅是可以認(rèn)識(shí)的，而且現(xiàn)象和本質(zhì)是不可分割的。“生活世界”的觀念來(lái)源于胡塞爾（E.Husser）l的《歐洲科學(xué)的危機(jī)與先驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)》。胡塞爾認(rèn)為：“生活世界是一個(gè)始終在先被給予的、始終在先存在著的有效世界，但這種有效不是出于某個(gè)意圖、某個(gè)課題，不是根據(jù)某個(gè)普遍的目的。每個(gè)目的都以生活世界為前提，就連那種企圖在科學(xué)真實(shí)性中認(rèn)識(shí)生活世界的普遍目的也以生活世界為前提。”[1]現(xiàn)象學(xué)的“生活世界”和“回到事情本身”的理念，改變了人們一直以來(lái)站在物理教育外部、遠(yuǎn)離生活世界來(lái)對(duì)待物理教育的態(tài)度和方式。當(dāng)用現(xiàn)象學(xué)的理念來(lái)重新審視物理教育時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，物理教育在本質(zhì)上是實(shí)踐的，物理教育發(fā)生的起點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是物理現(xiàn)象，活生生的生活世界是物理教育應(yīng)該回歸的地方。這種理念使我們從抽象、晦澀的“題海戰(zhàn)術(shù)”中解脫出來(lái)，重新返回到物理教育發(fā)生著的地方———活生生的物理現(xiàn)象。

因此，當(dāng)現(xiàn)象學(xué)融入物理教育之后，就啟發(fā)我們?cè)谖锢斫逃顒?dòng)中關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)物理教育實(shí)踐的重要性，追求物理教育意義的實(shí)現(xiàn)，重視師生間的主體交互性，注重物理教育反思，尋求對(duì)物理現(xiàn)象的理解，注重物理教育的情境性……因?yàn)椋羞@一切都是在活生生的物理教育世界中發(fā)生著的。這樣，原始物理問(wèn)題教學(xué)就成為“通達(dá)科學(xué)的教育和人生形式”，是物理教育價(jià)值實(shí)現(xiàn)的源泉。這種對(duì)生活世界和物理現(xiàn)象本身的關(guān)注，使得物理教育不再是枯燥的、抽象的，而是生動(dòng)的、豐滿的；不是固定的、僵死的教條，而是一種活生生的物理教育世界的展現(xiàn)，是對(duì)學(xué)生物理知識(shí)、物理方法和思維品質(zhì)的喚醒和觸動(dòng)，是對(duì)物理教育價(jià)值與意義的追尋。

與現(xiàn)象學(xué)理論取向不同的是，“中國(guó)過(guò)去幾十年念物理的養(yǎng)成了念死書(shū)的習(xí)慣。整個(gè)社會(huì)環(huán)境、家長(zhǎng)的態(tài)度、報(bào)紙的宣傳都一貫向這個(gè)方向引導(dǎo)。其結(jié)果是培養(yǎng)了許多非常努力、訓(xùn)練得很好、知識(shí)非常扎實(shí)的學(xué)生，可是他們的知識(shí)是片面的，而且傾向于向死的方向走。這是很有害的”[2]408。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因何在？楊振寧教授認(rèn)為：“很多學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成一種印象，以為物理學(xué)就是一些演算。演算是物理學(xué)的一部分，但不是最重要的部分，物理學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的。絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來(lái)的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源。一個(gè)人不與現(xiàn)象接觸不一定不能做重要的工作，但是他容易誤入形式主義的歧途；他對(duì)物理學(xué)的了解不會(huì)是切中要害的。”[2]469楊振寧教授“現(xiàn)象是物理學(xué)根源”的觀點(diǎn)與現(xiàn)象學(xué)“回到事情本身”的基本理念殊途同歸。然而，把這種物理教育觀點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢斫逃碚撘膊⒎鞘且患?jiǎn)單的事情，這需要?jiǎng)?chuàng)造性的工作。受楊振寧教授“現(xiàn)象是物理學(xué)的根源”與現(xiàn)象學(xué)“回到事情本身”基本理念的啟發(fā)，筆者認(rèn)為，由于物理教育是物理學(xué)的一個(gè)組成部分，因此，物理教育的根源同樣是物理現(xiàn)象。在物理教育中，與演算對(duì)應(yīng)的具有可操作性的物理教育方式是物理習(xí)題教學(xué)，而與物理現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的具有可操作性的物理教育方式則應(yīng)當(dāng)是原始物理問(wèn)題教學(xué)。簡(jiǎn)言之，解決我國(guó)物理教育低效能的根本措施就是要在物理教育中打破習(xí)題教學(xué)一統(tǒng)天下的傳統(tǒng)局面，通過(guò)引進(jìn)原始物理問(wèn)題，從而達(dá)到提高物理教育效能的目的。[3]

總之，原始物理問(wèn)題教學(xué)使物理教育從純粹的知識(shí)傳授模式中走出來(lái)，進(jìn)入到物理知識(shí)傳授與應(yīng)用相結(jié)合的新階段，這使得物理教育更加符合其培養(yǎng)目標(biāo)。它拓展了人們的物理教育視野，拓寬了物理教育的范疇，進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)于物理教育本質(zhì)的理解與認(rèn)識(shí)，從而有助于真正實(shí)現(xiàn)物理教育目的。

二、原始物理問(wèn)題測(cè)試———高考物理命題改革的方向

當(dāng)前，高考物理命題的指導(dǎo)思想主要表現(xiàn)為對(duì)習(xí)題的推崇。高考物理命題委員會(huì)認(rèn)為：“做題是非常重要的。我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn)。因?yàn)轭}海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學(xué)生根本來(lái)不及對(duì)習(xí)題以及與習(xí)題有關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行思考。”[4]90眾所周知，習(xí)題具有許多優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著物理教育研究的深入，習(xí)題固有的缺陷即人為性也日益暴露出來(lái)。由于從物理現(xiàn)象到習(xí)題的抽象過(guò)程已經(jīng)被習(xí)題編撰人員完成，因而習(xí)題使物理教育情境的真實(shí)性受到破壞，使學(xué)生解答習(xí)題的認(rèn)知心理及行為表現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題相去甚遠(yuǎn)。這樣，即使“重視解題質(zhì)量”，也難以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理能力。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)物理教育一直存在著“題海戰(zhàn)術(shù)”現(xiàn)象，這種情況到目前為止基本上沒(méi)有多大改變。雖然許多教師在教育實(shí)踐中努力糾正這一現(xiàn)象，然而，由于高考物理命題委員會(huì)對(duì)習(xí)題的推崇所導(dǎo)致的“題海戰(zhàn)術(shù)”傾向，至今未能得到很好的解決。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，對(duì)于原始物理問(wèn)題，高考物理命題委員會(huì)也有一定程度的認(rèn)識(shí)。例如，1984年的高考題“估算地球大氣層的總重量”就是一道很好的原始問(wèn)題，1994年進(jìn)行的第二次測(cè)試也包含了許多類(lèi)原始問(wèn)題。對(duì)于這種試題，高考物理命題委員會(huì)認(rèn)為：“這類(lèi)試題可以測(cè)出學(xué)生較高層次的能力水平，如想象能力、獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力、數(shù)學(xué)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力等，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛質(zhì)有較好的預(yù)測(cè)作用，有利于選拔學(xué)生。但如果用得不恰當(dāng)，則會(huì)帶來(lái)一些困難。與這種試題類(lèi)似的題目在高考中應(yīng)用要十分慎重。到底怎樣做才恰當(dāng)？很值得進(jìn)一步探討和研究。”[4]91由此可見(jiàn)，對(duì)于如何應(yīng)用原始物理問(wèn)題，高考物理命題委員會(huì)表現(xiàn)出了投鼠忌器的心態(tài)，一方面充分肯定原始問(wèn)題“可以測(cè)出學(xué)生較高層次的能力水平，有較好的預(yù)測(cè)作用，有利于選拔學(xué)生，很值得進(jìn)一步探討和研究”，另一方面又擔(dān)心“會(huì)使平均成績(jī)下降，對(duì)中學(xué)物理教學(xué)的現(xiàn)狀造成沖擊”，最終得出“高考目前只能以習(xí)題式的考題考查學(xué)生能力”的結(jié)論。[4]92

高考物理命題的習(xí)題化導(dǎo)向，使得目前的高考不僅未能將學(xué)生的物理能力有效地考查出來(lái)，而且在一定程度上導(dǎo)致我國(guó)物理教育長(zhǎng)期存在著低效能狀況。鑒于此，我們嘗試進(jìn)行了運(yùn)用原始問(wèn)題考查中學(xué)生物理能力的研究。測(cè)試題目之一為：輪船減搖———《中國(guó)青年報(bào)》1990年12月25日?qǐng)?bào)道了我國(guó)前往南極的科學(xué)考察船“極地號(hào)”上發(fā)來(lái)的專(zhuān)電《極地號(hào)啟動(dòng)減搖裝置慢速航行》。報(bào)道稱(chēng)：“隨著西風(fēng)帶的離去，船體搖動(dòng)愈發(fā)劇烈，……為了減小船體搖動(dòng)，船上采取了新的減搖措施，為此輪船降低了航速并且改變了航向。”請(qǐng)推導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式，說(shuō)明改變輪船的航向和航速，就能達(dá)到使輪船搖擺減輕的目的。顯然，上述原始問(wèn)題與物理現(xiàn)象發(fā)生了直接聯(lián)系。與習(xí)題不同的是，這里解決問(wèn)題所需要的物理量都沒(méi)有給出，需要學(xué)生自己設(shè)置。原始問(wèn)題的呈現(xiàn)沒(méi)有對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行抽象。比如，輪船的長(zhǎng)、寬、高是否需要考慮？輪船的質(zhì)量是否需要考慮？甚至這個(gè)原始問(wèn)題屬于什么方面的問(wèn)題，需要應(yīng)用什么物理定理或定律等都需要學(xué)生自己去深入思考。因此，正是通過(guò)這一過(guò)程，原始問(wèn)題真正有效地考查了學(xué)生的物理能力。[5]“輪船減搖”實(shí)際上是一個(gè)多普勒效應(yīng)問(wèn)題。

通過(guò)改變輪船的航向和速度，來(lái)改變輪船接收到的波浪沖擊的頻率。當(dāng)然，也可以采用機(jī)械波的頻率、波長(zhǎng)、波速三者之間關(guān)系的公式f=v/λ來(lái)解決。由于輪船的速度與波浪的速度有一定夾角，因此，需要把波速向船速投影，再應(yīng)用公式f=v/λ就能使問(wèn)題得到解決。學(xué)生解決問(wèn)題的表現(xiàn)見(jiàn)表1。上表中的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)學(xué)生被置于原始的物理現(xiàn)象中時(shí)，他們的物理能力水平便真實(shí)地表現(xiàn)出來(lái)了（41.25%的學(xué)生完全不能解決問(wèn)題）。同時(shí)，他們所學(xué)的知識(shí)和科學(xué)方法也往往不能有效地運(yùn)用（30.00%的學(xué)生不能正確地使用公式和方法），這表明學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)方法的能力較差。如果單純進(jìn)行知識(shí)（f=v/λ）和方法（速度分解）測(cè)驗(yàn)幾乎每個(gè)學(xué)生都能正確回答。全部學(xué)生中僅有20.00%能正確地解決問(wèn)題，說(shuō)明學(xué)生的物理能力總體處于較低水平。筆者認(rèn)為，高考物理命題改革的方向就是要逐漸在試題中滲透原始問(wèn)題。這不僅能將學(xué)生的真實(shí)能力考查出來(lái)，從而區(qū)分不同能力的學(xué)生，而且能真正發(fā)揮高考對(duì)中學(xué)物理教學(xué)的引導(dǎo)作用。高考既有選拔功能，又具有引導(dǎo)功能。在這個(gè)意義上，高考是中學(xué)教學(xué)的“指揮棒”。在肯定高考積極作用的同時(shí)，實(shí)事求是地評(píng)價(jià)高考物理命題導(dǎo)向存在的問(wèn)題，不僅有助于高考物理命題的改進(jìn)，而且有助于扭轉(zhuǎn)中學(xué)物理教育中的“題海戰(zhàn)術(shù)”現(xiàn)象，這顯然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

三、原始物理問(wèn)題解決———促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知狀態(tài)的改變

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)大部分處于被組織狀態(tài)，只有少部分是自組織狀態(tài)，不能實(shí)現(xiàn)自發(fā)的轉(zhuǎn)變。對(duì)此，美國(guó)華盛頓大學(xué)饒毅教授從中西方比較教育的角度評(píng)價(jià)道：“到國(guó)外留學(xué)的研究生，很多在創(chuàng)新能力方面有明顯不足，常常是只能在別人指導(dǎo)下做研究而不能獨(dú)立工作或領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)自己的方向和領(lǐng)域。也就是說(shuō)，由中國(guó)中小學(xué)教育提倡、培養(yǎng)和選拔出來(lái)的‘好學(xué)生’的心態(tài)、思維習(xí)慣和行為模式到進(jìn)入科學(xué)研究前沿時(shí)，就暴露出很大問(wèn)題。”[6]顯然，“不能獨(dú)立工作”說(shuō)明這些留學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)大部分處于被組織狀態(tài)。因此，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知狀態(tài)的轉(zhuǎn)變就成為當(dāng)前物理教育課程與教學(xué)改革的重要任務(wù)。所謂認(rèn)知狀態(tài)，是指問(wèn)題解決者的大腦對(duì)問(wèn)題的組織狀態(tài)，或者稱(chēng)為問(wèn)題解決者大腦的“相”。如何在物理教育中促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)從被組織向自組織轉(zhuǎn)變？筆者認(rèn)為，原始物理問(wèn)題教學(xué)是達(dá)成這一目標(biāo)的有效途徑。這是因?yàn)槲锢碇R(shí)只有在原始物理問(wèn)題中才有生命力，才能顯示出其內(nèi)涵、色彩、格調(diào)，才能顯示出其內(nèi)在的理由、作用和功能，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的物理概念和規(guī)律才能真正活起來(lái)，這樣才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。通過(guò)一定數(shù)量的原始物理問(wèn)題訓(xùn)練，當(dāng)學(xué)生解決實(shí)際物理問(wèn)題時(shí)，各種各樣解決問(wèn)題的策略就能夠迅速地檢索而無(wú)須搜腸刮肚地對(duì)照做過(guò)的題型，才有可能在處理前一個(gè)步驟時(shí)就能在大腦中預(yù)感下一個(gè)步驟，即使學(xué)生在進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)時(shí)，也能憑物理直覺(jué)而非經(jīng)驗(yàn)去探索到正確的解決途徑。正是在這個(gè)意義上，原始物理問(wèn)題訓(xùn)練不僅能使學(xué)生學(xué)到物理知識(shí)，而且也能很好地促進(jìn)學(xué)生物理認(rèn)知狀態(tài)的發(fā)展。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，筆者運(yùn)用原始物理問(wèn)題測(cè)驗(yàn)工具[7]，采用隨機(jī)抽樣方法，選取了320位高三學(xué)生，對(duì)中學(xué)生解決原始物理問(wèn)題進(jìn)行了研究，結(jié)果見(jiàn)圖1。

學(xué)生成績(jī)直方圖不是正態(tài)分布（或正偏態(tài)和負(fù)偏態(tài)分布），而是呈現(xiàn)協(xié)同學(xué)的典型雙峰分布，它與人們長(zhǎng)期以來(lái)通常認(rèn)為的正態(tài)分布傳統(tǒng)觀點(diǎn)有所不同，對(duì)物理教育有新的啟示。根據(jù)協(xié)同學(xué)理論，雙峰分布可以解釋為：大部分學(xué)生的物理認(rèn)知處于較低狀態(tài)（左側(cè)高峰），即被組織狀態(tài)；小部分學(xué)生的物理認(rèn)知處于較高狀態(tài)（右側(cè)低峰），即自組織狀態(tài)；少部分學(xué)生處于從較低物理認(rèn)知向較高物理認(rèn)知轉(zhuǎn)變的狀態(tài)（中間低谷），即臨界狀態(tài)。也就是說(shuō)，中學(xué)生解決原始物理問(wèn)題的認(rèn)知狀態(tài)存在臨界區(qū)域。不能跨越臨界區(qū)域的學(xué)生其物理認(rèn)知狀態(tài)表現(xiàn)為被組織狀態(tài)，而跨越臨界區(qū)域的學(xué)生則表現(xiàn)為自組織狀態(tài)。由于種種原因，我國(guó)物理教育較少重視學(xué)生認(rèn)知狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，在促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展上，通常沿用維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論。該理論所闡述的兩種認(rèn)知發(fā)展水平只有量的變化而沒(méi)有質(zhì)的區(qū)別，它所強(qiáng)調(diào)的是認(rèn)知水平而不是認(rèn)知狀態(tài)。水平有高低之分而無(wú)質(zhì)的區(qū)別，而狀態(tài)無(wú)高低之分卻有性質(zhì)差異。從這個(gè)角度來(lái)審視認(rèn)知發(fā)展，認(rèn)知狀態(tài)可以較好地解釋認(rèn)知發(fā)展的情況。例如，在物理教育中，初中階段通常存在著初二的“分化”現(xiàn)象，高中階段通常存在著高一的“臺(tái)階”現(xiàn)象。對(duì)這些現(xiàn)象的解釋?zhuān)墙?jīng)驗(yàn)性的。而根據(jù)雙峰分布就可以解釋為，這部分學(xué)生的物理認(rèn)知狀態(tài)處于被組織狀態(tài)，這是“分化”現(xiàn)象和“臺(tái)階”現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因。進(jìn)一步，我們提出，通過(guò)原始物理問(wèn)題教學(xué)，促使雙峰分布中處于認(rèn)知被組織狀態(tài)（左側(cè)高峰）的學(xué)生向認(rèn)知自組織狀態(tài)（右側(cè)低峰）轉(zhuǎn)變，是物理教育的重要任務(wù)。綜上所述，原始物理問(wèn)題既是一種新的物理教育理念、一種新的物理教育方式，又是一種新的物理學(xué)習(xí)方式、一種新的物理教育評(píng)價(jià)。因此，原始物理問(wèn)題教學(xué)是一種創(chuàng)新的物理教育理論。