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對(duì)物理教學(xué)的哲學(xué)思考 吳加澍 （浙江義烏中學(xué)，浙江義烏322000）
當(dāng)前，一場規(guī)模宏大的課程改革正在全國中小學(xué)范圍內(nèi)蓬勃展開，并取得了很大成績，帶來了可喜變化。但隨著新課改的不斷深入，人們也遇到了不少新問題，出現(xiàn)了許多令人困惑的現(xiàn)象。對(duì)此，我們?nèi)舨簧钊胨伎迹皶r(shí)應(yīng)對(duì)，輕則影響課改成效，重則可能葬送它的前程。老教育家呂型偉先生曾為此深表憂慮，他將近年來教育改革中出現(xiàn)的形式主義和浮躁現(xiàn)象，比之為“浮腫病”和“多動(dòng)癥”，并斷言：這一場改革如果最終失敗的話，原因大概就出在這兩種病。[1]歷史的經(jīng)驗(yàn)反復(fù)告誡人們，對(duì)于各式各樣的教育弊病，單憑“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的辦法是不能奏效的，因?yàn)樗鼈兊母?，多半在于教育哲學(xué)的缺失或錯(cuò)位。 教育是一項(xiàng)復(fù)雜工程，客觀上會(huì)有諸多的因素對(duì)其產(chǎn)生這樣或那樣的影響，然而這些因素只有經(jīng)過人們理性的過濾和價(jià)值的判斷，并據(jù)此作出選擇與決策之后，才可能進(jìn)入實(shí)際的教育過程而產(chǎn)生作用。所以，一切教育問題的解決，無不取決于教育者在更深層次，即哲學(xué)層次上對(duì)于教育的理解。正如著名教育哲學(xué)家謝密斯所言：“所有的教育問題最終都是哲學(xué)問題”，哲學(xué)處于教育的上位，它對(duì)教育起著決定性的規(guī)范和指導(dǎo)作用。 從片面追求升學(xué)率教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，其實(shí)質(zhì)就是教育本性的回歸，是教育的正本清源。那么教育的“本”是什么？它的“源”在哪里？這些帶有根本性問題的答案，只能到教育哲學(xué)的層面上去追尋。對(duì)于物理教學(xué)而言，最為本原的問題不外乎三個(gè)方面：第一，什么是物理（本體論問題）；第二，為什么教物理（價(jià)值論問題）；第三，怎樣教物理（方法論問題）。人們對(duì)于這三個(gè)根本性問題的思考與回答，就構(gòu)成了物理教育哲學(xué)的主體內(nèi)容。 一、什么是物理 翻開任何一本物理教科書，都不難找到這樣的定義：“物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)”。但這僅僅是對(duì)物理這門科學(xué)在學(xué)術(shù)意義上的一種界定，而我們所面對(duì)的“物理”，它同時(shí)又是一門課程，于是就有必要從教育意義的層面上進(jìn)行一番再認(rèn)識(shí)，以挖掘其豐富內(nèi)涵。 首先，物理是一門科學(xué)。 物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它是發(fā)展最成熟、高度定量化的精密科學(xué)，又是具有方法論性質(zhì)、被公認(rèn)為最重要的基礎(chǔ)科學(xué)。物理學(xué)取得的成果極大地豐富了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，有力地促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步。正如國際純粹物理和應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)第23屆代表大會(huì)的決議《物理學(xué)對(duì)社會(huì)的重要性》指出的，物理學(xué)是一項(xiàng)國際事業(yè)，它對(duì)人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵性的作用：探索自然，驅(qū)動(dòng)技術(shù)，改善生活以及培養(yǎng)人才。上世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，為物理學(xué)的飛速發(fā)展插上了雙翅，取得了空前輝煌的成就，以至于人們將20世紀(jì)稱譽(yù)為“物理學(xué)的世紀(jì)”。那么21世紀(jì)呢？有一種流行的說法：21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。其實(shí)，這句話更確切的表述應(yīng)該是：21世紀(jì)是物理科學(xué)全面介入生命科學(xué)的世紀(jì)。生命科學(xué)只有與物理相結(jié)合，才有可能取得更大的發(fā)展。 其次，物理又是一種智慧。 物理學(xué)之所以被公認(rèn)為一門重要的科學(xué)，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因?yàn)樗诎l(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。[2]正因?yàn)槿绱?，物理學(xué)當(dāng)之無愧地成了人類智慧的結(jié)晶，文明的瑰寶。大量事實(shí)表明，物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計(jì)過，自20世紀(jì)中葉以來，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧校幸话胍陨系娜司哂形锢韺W(xué)的背景；──這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智慧，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。──反過來，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學(xué)家問鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的事例。這就是物理智慧的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出：沒有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族！ 當(dāng)今，物理學(xué)的觸角已經(jīng)伸向眾多領(lǐng)域，并取得了越來越大的成就，以致我們很難再用傳統(tǒng)的眼光去界分什么是物理學(xué)了。1995年在我國廈門舉行了第19屆國際統(tǒng)計(jì)物理學(xué)大會(huì)，會(huì)上交流論文的涉及面十分廣泛，諸如植物的花序、DNA藥物系統(tǒng)、交通的流量、文字的存儲(chǔ)等等，光看這些篇目，似乎都不太像是物理。那么，究竟什么是物理呢？幾年前，美國《今日物理》雜志，曾就此問題向讀者廣泛征求意見。最后，他們推崇的答案是：物理學(xué)家所做的就是物理學(xué)。這話乍聽似覺偏頗，其實(shí)不無道理。因?yàn)樵诮裉炜磥?，物理學(xué)更多的是體現(xiàn)出一種智慧，“代表著一套獲取知識(shí)、組織和應(yīng)用知識(shí)的有效步驟和方法，把這套方法用到什么問題上，這問題就變成了物理學(xué)”。[3] 再次，物理還是一種文化。 從廣義來說，文化指的是人類歷史實(shí)踐過程中創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的總和。它包括科學(xué)文化和人文文化。同樣，物理學(xué)家在長期科學(xué)實(shí)踐中所創(chuàng)造的大量物質(zhì)產(chǎn)品與精神產(chǎn)品，也就構(gòu)成了物理文化，物理文化是科學(xué)文化的重要組成部分。物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，它的基本研究方式就是實(shí)踐，因而在客觀性上表現(xiàn)為“真”；物理學(xué)創(chuàng)造的成果最終是為了造福于人類，它在目的性上體現(xiàn)出“善”；另外，物理學(xué)還在人的情感、意識(shí)等多方面反映了“美”。正因?yàn)槲锢韺W(xué)本身兼具真、善、美的三重屬性，我們完全有理由說，物理不僅是一種文化，而且是一種高層次、高品位的文化。[4](17) 物理學(xué)是求真的。物理最講究實(shí)證，物理學(xué)家在科學(xué)研究活動(dòng)中最基本的態(tài)度就是實(shí)事求是，堅(jiān)守“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”原則。正如物理學(xué)家費(fèi)曼所說：“不論你的想法有多美，不論你多么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實(shí)驗(yàn)不符便是錯(cuò)了，簡簡單單，這就是科學(xué)?！笨梢哉f，物理學(xué)的發(fā)展史，就是一部不斷修正錯(cuò)誤、不斷逼近真理的“求真”史。 物理學(xué)是從善的。物理學(xué)致力于將人從自然中解放出來，從必然王國走向自由王國，幫助人們不斷認(rèn)識(shí)自己，促使人的生活趨于高尚。這是物理學(xué)的價(jià)值取向和終極目標(biāo)，因而物理學(xué)的本質(zhì)是從善的；另外，物理學(xué)家的行為也是從善的。愛因斯坦曾這樣評(píng)價(jià)居里夫人和以她為代表的杰出物理學(xué)家：“第一流人物對(duì)時(shí)代和歷史進(jìn)程的意義，在其道德方面，也許比單純的才智成就更大。”他們那種嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度、獻(xiàn)身科學(xué)的精神、熱愛人民的情懷等等，對(duì)于后人無疑是一份尤為珍貴的人文財(cái)富。 物理學(xué)是至美的。德國物理學(xué)家海森伯說過：美是真理的光輝；羅馬哲學(xué)家普洛丁又說過：善是美的本原。由此，物理學(xué)因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美屬于科學(xué)美，主要體現(xiàn)于簡單、對(duì)稱和統(tǒng)一；對(duì)稱則統(tǒng)一，統(tǒng)一則簡單，它們構(gòu)成了物理學(xué)的基本美學(xué)準(zhǔn)則。翻開物理學(xué)的篇章，可以發(fā)現(xiàn)到處都跳動(dòng)著美的音符，體現(xiàn)了人們對(duì)美的追求與創(chuàng)造。僅以統(tǒng)一性為例。英國物理學(xué)家狄拉克首先發(fā)現(xiàn)，在自然界的某些物理量之間存在著下列引人注目的關(guān)系，宇宙半徑/電子半徑≈1040；宇宙年齡/強(qiáng)衰變粒子壽命≈1040；氫核與電子的電力/氫核與電子的引力≈1040……在上述比數(shù)中，宇宙這個(gè)最大的系統(tǒng)與基本粒子這個(gè)最小系統(tǒng)之間，竟然珠聯(lián)璧合達(dá)到了如此完美的統(tǒng)一，充分展示了物理世界的美，一種動(dòng)人心弦的壯麗的美。正是這許多美不勝收的事例，激發(fā)起人們對(duì)大自然由衷的贊嘆與敬畏，難怪愛因斯坦會(huì)說：“宇宙間最不可理解的，就是宇宙是可以理解的?！?/p> 綜上所述，我們對(duì)物理有了一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)：它既是一門科學(xué)，又是一種智慧，更是一種文化。作為一名物理教師，能對(duì)自己所任教的物理作一番全方位的審視與剖析，這是十分必要的。一方面可使我們看到物理原來有著如此豐富的內(nèi)涵，從而會(huì)更自覺地去挖掘和開發(fā)它的育人功能，全面提升教學(xué)質(zhì)量；另一方面又使我們感到物理原來有著如此美好的稟性，從而更加鐘愛物理，更有激情地去從事物理教學(xué)。筆者以為，只有真正熱愛物理的物理教師，才能做到不僅教會(huì)學(xué)生如何去理解物理、應(yīng)用物理，而且還會(huì)進(jìn)一步引導(dǎo)他們?nèi)ジ形蛭锢?、欣賞物理。 二、為什么教物理 這是一個(gè)看似簡單卻又十分根本的問題，要正確回答并非易事。筆者對(duì)此問題的認(rèn)識(shí)，就經(jīng)歷過從“知識(shí)本位”到“學(xué)科本位”，最后又回歸到“學(xué)生本位”這樣一個(gè)曲折漸進(jìn)的過程。 有很長一段時(shí)期，我都把物理教學(xué)的目標(biāo)鎖定在知識(shí)層面上，認(rèn)為教物理就是要把物理知識(shí)盡可能多地傳授給學(xué)生，以供他們今后一生的受用。因?yàn)槲倚欧睢爸R(shí)就是力量”。然而令人困惑的是，我們授予學(xué)生那么多的物理知識(shí)，但在他們往后的生活和工作中，卻很少顯示出直接的功用，以致過了若干年，學(xué)生把所學(xué)的物理知識(shí)幾乎忘得一干二凈，“全都還給老師了”。我曾為此深感失落；但每當(dāng)我向他們提出“高中三年豈不白讀了”的反詰時(shí)，這些離開學(xué)校多年的學(xué)生，卻又都會(huì)異口同聲地作出否定的回答，一致認(rèn)為高中階段的學(xué)習(xí)，對(duì)于他們的成長起到了重要的奠基作用，然而又說不清究竟是哪些具體知識(shí)所起的作用。──這猶如誰都不否認(rèn)吃飯對(duì)于生存的意義，然而誰也說不清楚，吃了這頓飯究竟是在身上的什么地方長了塊肉。 一位畢業(yè)已有二十余年的學(xué)生，曾與筆者聊起他“印象最深”的一堂物理課。原來那堂課講的是重力勢能。當(dāng)時(shí)為了說明重力勢能的相對(duì)性，曾向?qū)W生提出過這樣的問題：有人站在五樓的窗臺(tái)上要往下跳，你說危險(xiǎn)嗎？開始大家都認(rèn)為這太玩命了，后來仔細(xì)一琢磨，又全都樂了：你別往窗外跳，往窗里跳不就沒事了嗎？這名學(xué)生覺得這個(gè)例子特有意思，于是經(jīng)久不忘；但問他該例說明了什么物理知識(shí)時(shí)，他卻說忘了。正當(dāng)我面露憾色時(shí)，他緊接著的一番話卻又令人寬慰：“這個(gè)例子使我懂得凡事都是相對(duì)的，從不同角度看就會(huì)有不同的結(jié)果。”我想，盡管這堂課所傳授的物理知識(shí)，這名學(xué)生已經(jīng)遺忘殆盡，但通過有關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)而凝煉成的思想、方法，卻在他的心里銘刻了深深的印記。從這個(gè)意義上說，二十多年前的這堂物理課，對(duì)他不正是極有價(jià)值的嗎？由此看來，具體的知識(shí)通常是作為教學(xué)的載體，在知識(shí)的背后還有更多值得我們?nèi)プ非蟮臇|西。正如資深科學(xué)家錢偉長教授說的：“我在大學(xué)里學(xué)的是物理學(xué)……以物理學(xué)為對(duì)象我學(xué)到了調(diào)查研究、收集資料、分析資料和邏輯思維的能力，物理學(xué)的知識(shí)有時(shí)是很有用的，但通過物理學(xué)學(xué)到的這些能力，比物理學(xué)知識(shí)更有用?！笨梢?，那種將物理教學(xué)等同于物理知識(shí)教學(xué)的看法是片面的，以“知識(shí)本位”確立物理教學(xué)目標(biāo)的價(jià)值取向是短視的。 隨著教學(xué)實(shí)踐的深入，許多教師都會(huì)對(duì)自己所任教的學(xué)科日臻鐘愛。可能是受了這種職業(yè)情感的影響，筆者也一度把物理教學(xué)的目標(biāo)確定為“把盡可能多的學(xué)生培養(yǎng)成為物理學(xué)家或物理工作者”，尤其是當(dāng)我從農(nóng)村普通中學(xué)調(diào)入重點(diǎn)高中，面對(duì)的是一個(gè)個(gè)聰穎好學(xué)的學(xué)生時(shí)，這種愿望愈顯強(qiáng)烈。但我不久就發(fā)現(xiàn)，其他學(xué)科教師大概也出于各自的職業(yè)偏好，都對(duì)學(xué)生有著類似的期望。于是大家自掃門前雪，各唱各的調(diào)，沒能將各學(xué)科的分力凝聚成一股合力，實(shí)際效果當(dāng)然就不盡如人意了。尤其令我沮喪的是，班上那些物理學(xué)習(xí)優(yōu)秀的“得意門生”，日后直接從事物理專業(yè)的竟然少之又少。正當(dāng)我陷于迷惘之時(shí)，原復(fù)旦大學(xué)校長楊福家先生的一則事例給了自己極大的啟迪。當(dāng)年他曾對(duì)核物理專業(yè)的畢業(yè)生的去向做過一次調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有不到十分之一的學(xué)生畢業(yè)后從事與核物理有關(guān)的工作，其余的都紛紛改行，活躍在金融、企業(yè)或行政等崗位上。對(duì)此，多數(shù)人都斷言這是物理系的失敗，而他卻認(rèn)為這正是“復(fù)旦”的成功。因?yàn)橥ㄟ^這四年本科物理教育，使學(xué)生具備了良好的素質(zhì)，為他們今后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，于是畢業(yè)后都能很快勝任各種不同領(lǐng)域的工作。這也印證了趙凱華先生的話：“一個(gè)人學(xué)了物理之后干什么都可以，他的物理沒有白學(xué)。在我看來，對(duì)于學(xué)物理的人無所謂‘改行’……” 經(jīng)過上述曲折的認(rèn)識(shí)歷程，使我逐漸理解了物理教學(xué)的目標(biāo)聚焦點(diǎn)，既不在知識(shí)本位上，也不在學(xué)科本位上，而應(yīng)該落實(shí)到我們的教育對(duì)象──學(xué)生本位上。 對(duì)于“為什么教物理”這個(gè)問題，有時(shí)不妨反過來問：“如果我們不教物理，學(xué)生不學(xué)物理，將會(huì)對(duì)他們今后的發(fā)展留下哪些缺憾？”一種顯而易見的回答是，學(xué)生將因此學(xué)不到許多重要的物理知識(shí)。這話沒錯(cuò)，但不全面。因?yàn)槌酥猓瑢W(xué)生還將失去更為重要的諸如科學(xué)方法、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)與熏陶，從而最終影響他們的科學(xué)素養(yǎng)的提高。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說，今天學(xué)習(xí)物理的目的，恐怕不是為了明天去進(jìn)一步研究物理，而是有助于今后去正確面對(duì)、決策所遇到的大量的非物理問題，為他們一生的文明、健康，高質(zhì)量的生活奠定基礎(chǔ)。正如《面向全體美國人的科學(xué)》一書中所說的：“教育的最高目標(biāo)是為了使人們能夠過一個(gè)實(shí)現(xiàn)自我和負(fù)責(zé)任的生活作準(zhǔn)備?！币虼?，對(duì)于“為什么教物理”的正確回答是：為提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)而教。這也是我們應(yīng)有的物理教學(xué)觀。 眾所周知，生物基因?qū)τ谏镞M(jìn)化有著非同小可的作用，極其細(xì)微的基因差異，往往會(huì)導(dǎo)致生物之間的巨大差別。受此啟發(fā)，有不少社會(huì)學(xué)者正致力于尋求在人類文化傳承與發(fā)展過程中，有著哪些最為核心的要素，從而提出了“文化基因”的概念，并將其定義為人類文化系統(tǒng)中的“遺傳密碼”。文化基因的核心是思維方式和價(jià)值觀念。人類的進(jìn)化比一般的生物進(jìn)化更為復(fù)雜，它具有雙重進(jìn)化機(jī)制，除了生物基因進(jìn)化機(jī)制外，還有文化基因進(jìn)化機(jī)制。教育正是推動(dòng)文化基因機(jī)制的重要途徑。學(xué)校教育的要義，不只是文化現(xiàn)象的展示與詮釋，而在于文化基因的傳承和發(fā)展。物理教育當(dāng)然也不例外。那么，蘊(yùn)含在物理教學(xué)中的“文化基因”究竟有些什么呢？筆者以為主要體現(xiàn)為三個(gè)方面，即科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法和科學(xué)精神，因?yàn)檫@三者是構(gòu)成科學(xué)素養(yǎng)最基本的要素。如果將科學(xué)素養(yǎng)比擬為一座金字塔，那么科學(xué)知識(shí)猶如塔基，科學(xué)方法就是塔身，科學(xué)精神則是塔尖。物理教學(xué)的最高宗旨，就是為了構(gòu)建這座宏偉的科學(xué)素養(yǎng)之塔而添磚加瓦。換言之，物理教學(xué)的核心價(jià)值就在于促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)化：一是把人類社會(huì)積累的知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生個(gè)體的知識(shí)，使他們知道世界是什么樣的，成為一個(gè)客觀的人；二是把前人從事智力活動(dòng)的思想方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生認(rèn)識(shí)能力，使他們明白世界為什么是這樣的，成為一個(gè)理性的人；三是把蘊(yùn)含在知識(shí)中的觀念、態(tài)度等轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準(zhǔn)則，使他們懂得怎樣使世界更美好，成為一個(gè)創(chuàng)造的人。[5] 三、怎樣教物理 筆者從事物理教學(xué)數(shù)十年，圍繞“怎樣教”的問題進(jìn)行過較長時(shí)期的摸索，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)與方法，但如果將它們置于教育哲學(xué)的高度并加以理性的過濾，最后留下來的，大概只是“關(guān)注過程，優(yōu)化過程”這幾個(gè)字了。而這正是教好物理的關(guān)鍵所在。 作為教學(xué)范疇內(nèi)的知識(shí)，一般有著兩種形態(tài)：一種是外顯的學(xué)術(shù)形態(tài)，另一種是內(nèi)隱的教育形態(tài)，前者具有實(shí)用的價(jià)值，后者具有教化的功能。如果我們把知識(shí)比喻為一座冰山，它的學(xué)術(shù)形態(tài)只是露出水面的一角，而它的教育形態(tài)則猶如淹沒在水下那渾厚的山體。對(duì)于學(xué)生來說，知識(shí)的價(jià)值主要體現(xiàn)為：功利價(jià)值（為實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)提供方法與手段），認(rèn)知價(jià)值（用以訓(xùn)練心智，提高認(rèn)知能力與水平），以及發(fā)展價(jià)值（陶冶情操，修煉品性，促進(jìn)人的全面發(fā)展），它們構(gòu)成了一組由低到高的價(jià)值層次。教學(xué)理論與實(shí)踐都表明，知識(shí)價(jià)值的發(fā)揮與知識(shí)所處的形態(tài)是密切相關(guān)的。當(dāng)教學(xué)活動(dòng)僅在知識(shí)的學(xué)術(shù)形態(tài)層面上徘徊時(shí)，知識(shí)多半只能發(fā)揮出有限的功利價(jià)值，只有深入到教育形態(tài)之后，才能使它的價(jià)值提升到更高的水平。由于知識(shí)的學(xué)術(shù)形態(tài)通常以結(jié)果的形式來呈現(xiàn)，而它的教育形態(tài)則蘊(yùn)含于過程之中，因此，教學(xué)就必須關(guān)注過程、突出過程，堅(jiān)持以過程為主線的原則。教師要盡力為學(xué)生營造一片廣闊的時(shí)空，引導(dǎo)他們?nèi)ヌ剿髦R(shí)的淵源，揭示知識(shí)的本質(zhì)，進(jìn)而體會(huì)物理的價(jià)值，感悟物理的美感，這才是成功的物理教學(xué)，也是我們提出要關(guān)注教學(xué)過程的緣由。 1969年法國數(shù)學(xué)家曼德布羅特提出了“英國的海岸線有多長”的問題，隨著對(duì)這一問題的深入研究，導(dǎo)致了一門新學(xué)科──分形的誕生。分形最重要的原理是自相似性。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，自然界中原來存在著那么多的“分形”或“自相似結(jié)構(gòu)”（即局部中又包含著整體的無窮嵌套的幾何結(jié)構(gòu)）。[4](19)例如，起伏的山脈，閃電的軌跡，晶瑩的雪花，金屬的斷面，等等。眾多復(fù)雜事物的無規(guī)律性，卻以出人意料的規(guī)律性呈現(xiàn)出來，使人們能夠從部分中認(rèn)識(shí)整體，在無序中把握有序?；厮莸揭粋€(gè)世紀(jì)前，法國的胚胎學(xué)家?？藸柊l(fā)現(xiàn)，從種細(xì)胞成長為成熟的個(gè)體，高等生物都要經(jīng)歷一個(gè)胚胎發(fā)育的過程，而這個(gè)過程正是該物種長期進(jìn)化歷史的迅速而短暫的重演。此即“生物重演律”。重演現(xiàn)象其實(shí)也是自相似規(guī)律的一種反映，除了生物進(jìn)化外，在其他領(lǐng)域里也屢見不鮮。就以教學(xué)活動(dòng)而言，學(xué)生從“未知”達(dá)到“真知”，需要經(jīng)歷一定的教學(xué)過程，而這一過程同樣也是以濃縮的方式，在短暫而迅速地重演著人類漫長的認(rèn)識(shí)發(fā)展歷程。──我們不妨稱此為“教學(xué)重演律”。自相似理論或重演律不僅揭示了客觀世界的一種普遍現(xiàn)象，而且還具有重要的方法論意義，我們將其作為指導(dǎo)教學(xué)的一種重要策略思想，可以有效地促進(jìn)物理教學(xué)過程的優(yōu)化。 如果把科學(xué)家從事科學(xué)研究的過程視為科學(xué)知識(shí)的原生產(chǎn)過程，那么，學(xué)生接受科學(xué)教育的過程就是科學(xué)知識(shí)的再生產(chǎn)過程。理論與實(shí)踐都表明，這兩者之間并非涇渭分明、互不關(guān)聯(lián)，它們?cè)诒举|(zhì)上有著極大的自相似性：學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是對(duì)人類文化發(fā)展過程的一種認(rèn)知意義上的重演，他們學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序差不多就是前人探索科學(xué)的歷史順序。因此，理想的科學(xué)教育應(yīng)該是，以濃縮的時(shí)空和必然的形式，重演人類豐富多彩的科學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生去親歷探究的過程，感受科學(xué)的啟迪。這樣做不僅有助于學(xué)生更好地理解并掌握所學(xué)的知識(shí)，還能從中汲取前人的智慧，領(lǐng)悟思想方法，陶冶科學(xué)精神，全方位提升他們的科學(xué)素養(yǎng)。這里需指出的是，重演并不等于重復(fù)。如果將教學(xué)活動(dòng)片面地理解為一種歷史的“文化回音”，或者把教學(xué)過程機(jī)械地還原成科學(xué)研究過程，不加選擇地讓學(xué)生去重走歷史的老路，那將是荒謬的。正確的做法，應(yīng)如玻利亞的“教學(xué)發(fā)生學(xué)原理”所指出的：“在教一個(gè)科學(xué)的分支（或一個(gè)理論、一個(gè)概念）時(shí)，我們應(yīng)讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中那些最關(guān)鍵的步子。當(dāng)然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子?！睘榱嗽诮虒W(xué)中正確選定并合理設(shè)置這些“關(guān)鍵性步子”，教師就有必要對(duì)教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行一番深入的潛科學(xué)分析。 所謂潛科學(xué)是相對(duì)于顯科學(xué)而言的。我們一般將那些已得到確證或世人公認(rèn)的理論所構(gòu)成的常規(guī)科學(xué)稱之為顯科學(xué)，而它的前身，即那些處于孕育階段、尚未成熟的科學(xué)胚胎就是潛科學(xué)。寫在教科書上的科學(xué)結(jié)論固然重要，但它背后的孕育發(fā)展、由潛到顯的轉(zhuǎn)化歷程則更富啟迪。楊振寧教授在上海接受記者采訪時(shí)，曾將他取得成功的奧秘歸結(jié)為：“要站在問題開始的地方，要面對(duì)原始的問題，而不要淹沒在文獻(xiàn)的海洋里……”這不僅是一位杰出科學(xué)家的治學(xué)之道，對(duì)于物理教學(xué)也有極大的啟示：物理教學(xué)同樣不能淹沒在結(jié)論和題目的海洋里，而應(yīng)將活生生的物理現(xiàn)象和物理過程，返璞歸真地展現(xiàn)開來，讓學(xué)生面對(duì)原汁原味的物理問題，引導(dǎo)他們?nèi)ビH歷物理概念的形成過程，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，以及物理問題的解決過程，等等。例如，關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)，人教版新課標(biāo)教材就一改傳統(tǒng)模式，另辟了“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”一節(jié)，不惜花較大的篇幅與筆墨，去追述當(dāng)年伽利略對(duì)自由落體規(guī)律的探究和思考，把科學(xué)大師在重大發(fā)現(xiàn)中所顯示的創(chuàng)造性的研究風(fēng)格和獨(dú)特的思維方法，表露得淋漓盡致。這種以科學(xué)史實(shí)為背景，以科學(xué)思維活動(dòng)為主線的教學(xué)方式，為我們優(yōu)化物理教學(xué)過程提供了一種良好的范例。因?yàn)檫@樣做，不僅有利于學(xué)生更好地理解、掌握自由落體規(guī)律本身，尤其為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了機(jī)會(huì)，可讓他們“近距離”地體驗(yàn)和領(lǐng)會(huì)伽利略開創(chuàng)的“實(shí)驗(yàn)+思維+數(shù)學(xué)”的科學(xué)方法。對(duì)于學(xué)生來說，這后者的意義或許更為深遠(yuǎn)。 我們知道，在物理課堂教學(xué)中存在著三維因素（教材、學(xué)生和教師），相應(yīng)地有著三種結(jié)構(gòu)形態(tài)（知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知結(jié)構(gòu)和教學(xué)結(jié)構(gòu)），它們之間的規(guī)律反映為三條基本序線，即：與教材內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的知識(shí)序，與學(xué)生學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)的認(rèn)知序，以及與教學(xué)過程相對(duì)應(yīng)的教學(xué)序。實(shí)踐表明，只有課堂教學(xué)的有序化，才會(huì)有教學(xué)過程的高效化；任何一堂能稱之為過程優(yōu)化的好課，無不都是“三序合一”的結(jié)果。為此，我們首先要運(yùn)用潛科學(xué)理論，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一番“順藤摸瓜”式的分析，即理清知識(shí)本身歷史的、邏輯的演化脈絡(luò)（此謂“藤”），進(jìn)而挖掘依附在知識(shí)載體上的富有教育、教學(xué)價(jià)值的課題或素材（此謂“瓜”），形成一條有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的“知識(shí)序”。其次，正如著名教育家杜威所說的：“盡管科學(xué)家和教師都掌握學(xué)科知識(shí)，但二者的學(xué)科知識(shí)是不一樣的，教師必須把學(xué)科知識(shí)心理學(xué)化，以便讓學(xué)生能夠理解?！蔽覀円鶕?jù)教育心理學(xué)原理和現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論，分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與水平，并對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加工、重組，形成一條符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的“認(rèn)知序”；在此基礎(chǔ)上，再運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)方法與手段，通過教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)諸多教學(xué)要素加以整合，構(gòu)建一條有助于促進(jìn)學(xué)生積極參與、主動(dòng)探究的最優(yōu)化的“教學(xué)序”。 基于上述教學(xué)理念，近年來筆者圍繞優(yōu)化物理教學(xué)過程進(jìn)行了一系列探索與嘗試，提出了“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以過程為主線，以思維為中心，以變式為手段”的優(yōu)化策略。在物理教學(xué)中，盡量讓學(xué)生按照認(rèn)識(shí)的重演規(guī)律，去重演知識(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展的過程，將教學(xué)過程轉(zhuǎn)變成為學(xué)生的“亞研究”“類創(chuàng)造”過程，使他們?cè)讷@取物理知識(shí)的同時(shí)，啟迪心智，培育品格，從而全面落實(shí)新課程所要求的三維教學(xué)目標(biāo)。 |
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