“非主流”物理课程教育功能的深层开发与实践

居津

摘 要：通过对高中物理课程中不太受重视或普遍认为比较“难上”的“非主流”课程的实践，以“电子的发现”一节为例，尝试对此类课程教育功能进行阐述.拟更好地利用这些课程更新教师的教育观念，推动人才培养，发展学生的学科核心素养.

关键词：“非主流”物理课程;教育功能

文章编号：1008-4134（2019）19-0022中图分类号：G633.7文献标识码：B

基础教育课程是深化普通高中课程改革的重要环节，直接关系着育人质量的提升.无论是现行的高中物理教材还是即将发行使用的新教材，教材编写组在教学内容的编排选取上都有周详的考虑.在平时的物理教学过程中，大部分教师更注重较难或考试相对涉及较多的教学知识的传授，对这些教学内容会进行反复研究，而对于教材中的一些考试涉及较少，或只需要识记的“非主流”课程相对轻视.笔者将现行高中物理教材中这些“非主流”课程做了简单整理，详见表1.

如何更好地利用这些“非主流”课程来贯彻党的教育方针和教育思想，更新教师教育观念，推动培养人才模式，发展学生核心素养，促进学生形成正确的世界观、人生观和价值观也是广大物理教师当今需要研究的课题之一.笔者从这些“非主流”课程的课堂实践，以“电子的发现”这节课为例，尝试进一步开发这些“非主流”课程的教育价值和功能.

1 物理学史的培育功能

1.1 科学兴趣的激发，科学精神的渗透

物理学家爱因斯坦曾说过“人类的一切经验和感受，以神秘感最为奇妙”.以好奇心驱使的科学兴趣，是科学家们探究科学奥秘的动力之源.从科学教育层面而言，物理学作为重要的科学课程，激发学生的好奇心和兴趣无疑是重要目标之一.而科学兴趣的激发方法有很多，通过物理学史，讲述科学家们发现过程、研究过程也是培养学生科学兴趣的有效手段之一.一方面，对于学生而言，“电子”的概念并不是这个时代发生的事，而是像牛顿运动定律一样，完全是件过去的事，鉴于这个原因，给学生介绍这个历史概况也是非常有必要的;另一方面，“电子”的概念对于学生并不陌生，教材在第十八章第一节安排了“电子的发现”这部分内容，目的在于让学生了解科学家们发现电子的科学探究过程，讲述“电子”概念的由来，由此激发学生的科学兴趣和探索兴趣.

纵观电子发现过程，科学家们严谨认真的科学态度、执着坚持的科学精神揭示了科学本质的担当.科学认识发展的历史，实则就是一部创新的历史.电子发现的学习过程，可以让学生进一步形成既坚持实事求是，又能修正错误的科学态度，理解科学的本质，强化自身的社会责任感.

1.2 科学研究一般方法的了解

在科学研究中，科学家们通过对实验事实的分析，提出模型或假说，这些模型或假说又在实践中接受检验，正确的被肯定，经不起检验的被否定，在新的基础上再提出新的学说.科学结论、人类对自然科学的认识并不是一蹴而就的，而是在挫折中不断总结、实践逐步建立起来的，“电子的发现”过程，乃至对整个原子结构的认识，将生动地体现科学发展的这种过程，我们有必要让学生认识、了解科学研究的一般方法.教材给出“电子的发现”逻辑线索如图1所示.

2 物理实验的科学引导功能

众所周知，物理学科离不开实验.实验是产生问题猜想的源泉之一，也是探究问题的主要措施之一，还是证明结论的根本依据之一.从上文的阐述不难发现，实验贯穿整个电子的发现过程.在本节的物理教学过程中应充分重视物理实验的科学引导功能.

2.1 养成实验观察习惯

观察是人类认识自然的入门，而观察与实验结合则是科学诞生的基础.科学史上记载了无数科学家为探索真理而长期不断观察的感人事迹.在“电子的发现”过程中，为了探究阴极射线的本质，汤姆孙仔细观察分析了赫兹实验（如图2），发现赫兹实验中未观察到阴极射线在电场中未发生偏转可能是真空管真空度不高的原因，故汤姆孙改进了佩兰的实验，重做了赫兹实验，终于观察到阴极射线在电场中的偏转现象，从而得到了阴极射线是带负电微粒的结论.

2.2 基于实验的探究推理

电子的发现过程本身就是猜想建模、科学推理、科学论证、不断质疑修正创新的过程.汤姆孙为了探究阴极射线的本质，做了很多实验，目的即在于判断阴极射线是否带电.如果带电，还要进一步测出其比荷.他的实验探究推理过程大致如图3所示.

3 物理学科能力发展的指引功能

物理教学若仅以知识线索展开，就会导致教学设计聚焦于知识，仅仅专注于学生获得知识，而忽视物理课程对学生物理学科能力发展的培养.培养和发展学生的物理学科能力，将物理学科核心素养落实到教学实践中是物理教学的重要目标.北京师范大学物理系教授博士生导师郭玉英在“基于学生核心素养的物理学科能力研究”中指出：物理学科能力主要可以分为学习理解、应用实践、迁移创新三个方面，高中物理诸多课题中，“电子的发现”这节教学内容是可以将物理学科能力三个方面都落实于物理课堂的课题之一.

3.1 学习理解能力的深化

教学改革的核心切入点是基于主题教学打通知识到素养的通道，大部分学生对于物理知识的单纯识记表现良好，但是要让学生形成和发展物质观、运动和相互作用观、能量观这些物理观念，需要通过物理概念、物理规律等内容的学习理解能力进一步深化才能逐步形成.引导学生从认识角度建立知识经验结构，形成网络框架系统化，逐步提高学生理解能力，概括关联能力，将知识意义化，是提高学生学习理解能力的重要方面.“电子的发现”这节课就从“存在阴极射线”开始，让学生追随着科学家们的脚步，用物理学的视角体会当时科学家首先是观察自然界中有這种现象，再通过实验推理，科学论证逐步形成“阴极射线是电子”的物质观，进而达到“电子是原子的组成部分，原子并非物质组成的最小结构”这一系统的物理知识关联.整个电子的发现过程到探究原子的结构、原子核的结构是物理知识从局部到系统的发展过程，是学生学习理解、概括联系的深化过程，更是物理观念在头脑中的提炼和升华过程.

3.2 应用实践能力的强化

随着学生年龄的增加、年级的升高，学生的应用实践能力会有所发展，但是学生的这方面能力并不是随着所学知识的增加而自行增长与发展起来的，应用实践能力不仅需要学生具备相应的物理知识，还需要具备应用物理模型进行科学推理和论证的能力.“电子的发现”过程中，核心是进行科学推理、科学论证.科学家佩兰和赫兹分别提出了自己对阴极射线的猜想，并尝试进行各种应用和实践来证明自己的猜想.汤姆孙通过不断的实践，分析赫兹实验存在的问题，改进佩兰的实验装置，利用阴极射线管加电场和磁场进行推理和实验论证，最后得到电子是原子组成部分的本质.整个发现过程就是应用知识进行实践的过程，也是将知识进行功能化的过程，“电子发现”认识思路的形成，将知识程序化，带领学生学习本节内容，可以强化学生应用实践的意识，明确物理知识的学习更需要实践的检验.

3.3 质疑创新能力的素养化

质疑创新能力是学生能力发展的最薄弱环节，也是教学过程中最应引起重视的环节，国内大部分学生都非常欠缺在真实、新颖的情境中解决问题的能力，这与我国注重培养创新性人才还有较大的差距.

新课程标准给出了质疑创新的五个层次水平要求，见表2.

从上述水平划分要求不难看出，要让学生质疑创新能力有所提高包括两方面的内容：第一，学生对所习得的物理知识已经到了充分理解并融会贯通的层次;第二，能对已有的方案进行深入分析，发现问题并提出质疑.从汤姆孙发现电子的过程，学生不难体会到质疑的重要性，汤姆孙对赫兹的观点提出了有依据的质疑，并对佩兰的实验进行创新，解决了现实的物理问题，提出了自己的见解和观点.本节课设计让学生利用磁铁使阴极射线发生偏转，从而引发他们的质疑精神，进一步实现认知方式的自主化，知识经验的系统化，将所学的物理知识真正素质化，不断增强学生质疑创新的意识，从而进一步激发培训学生的质疑创新能力.

当前，我国的中学物理课程改革已经进入了一个新的阶段，如何更好地落实“培养和发展学生核心素养”为总目标的教育改革，是所有物理人研究的课题.

参考文献：

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（收稿日期：2019-07-17）