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物理基本观念的内涵及其教学价值内容摘要：物理作为一门实用的和创造性的科学，对促进社会发展和提高生活质量发挥着重要的作用。在基础教育学段开设物理课程，既是社会发展对未来公民素质的要求，更是促进学生科学素养全面发展的需求知识不等于智慧，只有对知识达到深层次理解，将其内化为能力、思想观念，才能将知识转化为智慧。“观念建构”的教学追求的是在理解物理知识的同时，帮助学生建构自然观、物质观、时空观、运动观、守恒观和物理价值观等物理基本观念，增进学生对物理学科特征和本质规律的认识关键词：自然观 物质观 时空观 运动观 守恒观 物理价值观物理作为一门实用的和创造性的科学，对促进社会发展和提高生活质量发挥着重要的作用。在基础教育学段开设物理课程，既是社会发展对未来公民素质的要求，更是促进学生科学素养全面发展的需求。为实现这一目标，中学物理课程究竟要教给学生什么？也就是说，中学生通过物理课程的学习是记忆更多的物理知识，还是通过具体知识的学习掌握从物理的视角认识世界、解释世界的思想方法？答案是不言而喻的。学习不是事实性知识的量的积累，而是思维能力的提升。中学物理教学必须超越对具体知识本身的追求，从记忆事实、掌握知识转变为思考事实、发展观念，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学。 一、物理基本观念的涵义和特征 德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯劳厄曾经说过，教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。不可否认，随着时间流逝，我们在学校所学的大量学科知识都将逐渐淡化甚至遗忘，真正伴随我们一生发展并持续发挥作用的不是具体的学科知识，而是知识升华后留存在我们思想意识层面的东西。当学生将具体的物理知识都忘掉的时候，在他的头脑中“剩下的东西”是什么呢？应该是学生通过物理知识的学习，所形成的从物理的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，即植根于学生头脑中的物理基本观念。所渭观念，简单地讲就是“客观事物在人脑里留下的概括性认识”。物理基本观念，是指学生通过物理学习，在深入理解物理学科特征的基础上所获得的对物理的纵观性的认识，具体表现为主动运用物理思想方法认识身边事物和处理问题的意识或思维。譬如，一个具备“物质观”的学生，当他察觉到某种物质的时候，他就会自觉地观察和思考这种物质的基本性质是什么，比如说导电性，硬度，导热性，密度，熔点等等。 物理基本观念的形成既不可能是空中楼阁，也不可能通过记忆大量物理知识自发形成。这需要学生在积极主动的探究活动中深刻理解和掌握有关的物理知识和核心概念，在对知识的理解、应用中不断反思概括提炼而成。学生物理基本观念的形成需要两方面的有机结合：一是从形成基本观念所需要的素材来看，必须有合适的、能有效形成物理基本观念的核心概念以及能形成这些核心概念的典型物理模型；再者从基本观念形成的过程来看，必须充分调动学生思维的积极性，使学生在积极主动的探究活动中，深刻理解相关的物理知识和核心概念，并通过在具体情境中的迁移应用，不断提高头脑中知识的整体性和概括性水平。 物理基本观念来源于具体物理知识，又不同于具体物理知识，它是具体物理知识在学生头脑中的提炼与升华。中学物理课程中的核心概念及其所涵盖的具体知识充实、发展着物理基本观念的内涵，它们是形成物理基本观念的基础和源泉。可以说，没有具体物理知识的深入学习就不会有物理基本观念的形成，物理基本观念借助于具体的物理知识由浅入深地揭示出来，是具体物理知识提炼升华的产物；同时物理基本观念对物理知识具有自上而下的引领作用，它赋予具体知识一定的能动性和灵活性，若缺乏物理基本观念的引领，物理知识就难以发生有效的迁移和应用，二者之间是相互依存、相互促进的。 物理基本观念具有猎摄范围广、概括程度高的特征，它决定着学生对物理知识的深入理解和灵活应用，对学生的终生学习和发展将发挥重要的作用。宋心琦教授曾精辟地指出：“学牛能牢固地、准确地，哪怕只是定性地建立起基本的物理观念，应当是中学物理教学的第一目标。背诵或记忆某些具体的物理事实性知识，当然是有价值的，但是更重要的价值在于它们是物理观念及某些基本观念的载体。”因此，中学物理教学必须超越对具体知识的学习，要以具体知识为载体，引导学生通过高水平的思维活动，形成物理基本观念，即从“知识为本”转向“观念建构”。 二、物理基本观念的内容体系 物理基本观念是学习者在反思体验和实践应用中，将蕴含于具体知识中的物理思想、观点、方法等抽象概括出来的观念性认识，是物理学科的研究对象、过程、方法和结果在学习者头脑中整体的、概括的反映。物理作为一门基础自然科学，它的基本特点是研究各种现象中的物理规律，包括物质的性质和运动规律。物理实验是物理科学研究的基本方法和途径，而科学地研究物质、应用规律，实现自然与社会的可持续、和谐发展则是物理科学的终极目的。基于物理学科的特点和研究视角，在长期的发展过程中，物理科学形成了认识自然世界的基本思想方法和处理问题的基本思维方式及其价值取向，概括起来，就是基本的自然观、物质观、时空观、运动观、守恒观和物理价值观。这些基本观念不仅指导人们认识大自然、改造大自然，也促进着物理科学的发展。 物理基本观念不仅是实践发展的产物，更是抽象思维的结果。在学校教学中，这些物理基本观念主要来自于三个方面：一方面来自于学生对物理学科知识的反思概括，主要形成知识类的基本观念，如自然观、物质观、时空观；另一方面来自于学生对物理探究过程、学习方法的反思，主要形成方法类的基本观念，如运动观、守恒观；再一方面来自于学生对物理科学在社会生活中价值的认识和反思，主要形成物理情意类的基本观念物理价值观。这三个方面的基本观念相互影响、共同作用构成物理基本观念这一有机整体。从内容来看，每一种物理基本观念都是对其所涵盖的事实、概念和原理等物理知识的高度概括和更上位的认识，都有其具体的含义。这些含义以语言的形式表达出来构成知识形态的物理观念，我们将其称为“基本理解”，它把原本处于意识形态的物理观念从字面意义上揭示出来，是物理基本观念的具体表达。我们将各物理基本观念的具体内容（亦即基本理解）表达如下。 1自然观 自然观指的是人类对大自然最基本的看法，这是最基本的科学世界观。一个人崇尚的是科学还是伪科学，直接由他的自然观决定。当然，自然观并非只属于物理科学的范畴，自然观包括各个自然科学中的看法。我们这里讨论物理范畴中的自然观。中学物理教学必须让学生形成这样一种观念“宇宙是由物质和时空构成的一个系统”，这也正是爱因斯坦的自然哲学观。再通俗一步来解说，其实就是唯物主义观。例如，一个学生在中学毕业以后，还认为世界上存在鬼神，那么可以说我们物理学对培养该学生的自然观的结果就是失败的。 2物质观 化学里说的物质世界是由分子、原子和离子等微观粒子构成的，而物理学中对于这一基本观念，不仅要告诉学生物质的宏观观念和微观观念，更重要的是告诉学生并非所有物质都可以看得见摸得着，比如“电场”，“引力场”等物质，他们既看不见也摸不着，然而却是大自然中客观存在的物质，而且这类物质并非实物，但是依然具有和普通物体一样的共通属性，例如“电场”依然有密度，质量等。在这种观念的培养当中，物理量的记忆就显得尤为重要，在每学习一个新物理量的时候，教师不仅要让学生知道物理量的定义和单位，更重要的是要让学生理解这个物理量的含义。例如：速度的定义是“单位时间内物体经过的位移”，单位是“米每秒”，倘若学生理解了速度是描述物理运动快慢的物理量，则不仅可以用自己的话说出它的定义，而且在单位的选择上也远多于“米每秒”这一个国际单位。 3时空观 物质是基于时间和空间的范畴的，离开这个范畴来研究则无意义。中学物理不要求学生具有三维以上的时空的观念，但是空间的三维性和时间的一维性则要求被理解。说起来并不难，但是具体到物理学科中的学习时，常发现学生在单位上出现错误，例如将体积的单位写成“平方米”，时间的单位写成“/s”等。对于这些错误，表面上是数学基础没过关，深层剖析，其实是物理观念没有深入自身的世界观中，缺乏对时间和空间的物理层面上的思考。 4运动观 “世界上一切的物质都处于相对运动或相对静止之中，没有绝对的静止”，这就是物理学的运动观。理解相对运动才能理解相对速度，位移等基本物理量的计算，才能真正学懂运动学和动力学。除了宏观上运动的相对性这一观念外，中学物理更应让学生懂得分子的运动，“分子永不停息地运动”应当被正确理解和解释。“运动”是一种现象，然而要形成一种观念，不仅要对宏观和微观上的物理现象加以细心分析，而且还要时刻运用动力学的基本思想来指导自己的方法论，最终形成“没有任何事物是静止的孤立存在的”或者“事物都是相对的”这样的辩证哲学观点。 5守恒观 物理学各个领域里有那么多定律和法则，但它们的地位并不是平等的，而是有层次的。例如，力学中的胡克定律，热学中的物态方程，电学中的欧姆定律，是经验性的，仅在一定的参量范围内适用。这些是较低层次的规律。统帅整个经典力学的是牛顿定律，统帅整个电磁学的是麦克斯韦方程，他们都是物理学中整整一个领域中的基本规律，层次要高得多。超过了弹性限度胡克定律不成立，牛顿定律仍有效；对于晶体管，欧姆定律不适用，麦克斯韦方程组仍成立。是否还有凌驾于这些基本规律之上的更高层次的法则？是的，守恒定律就是这样的法则，由时空对称性导出的能量、动量、角动量等守恒定律，是跨越物理学各个领域的普遍法则。按照中学物理的教学大纲，我们应当培养学生能量守恒的观念，从而让学生真正懂得珍惜能源，生成节约意识，增强循环利用意识等情感价值观。 6物理价值观 物理是一门实用性和创造性的科学，是推动文明和科技进步的重要力量。物理是材料科学、生命科学、环境科学和能源科学等学科的重要基础，在解决人类所面临的自然和社会问题方面起着关键作用。物理科学能够增进人们对物质世界的认识，对丰富人类的文化有着实质性的贡献。倡导利用物理知识实现自然与社会的可持续、和谐发展是物理科学的价值追求。 上述基本观念是物理学科观念体系中最基础的，深入认识物质的性质和运动规律以及形成更高层次物理学科观念（如量子观，统计观，对称观等等）的前提和基础。随着学习者知识经验的丰富和认知水平的提高，他们对物理科学的认识也不断深化，因此形成的物理学科观念也是在不断丰富发展的。同时，物理基本观念从学科的角度论证了辩证唯物主义关于物质世界存在、发展、变化的哲学判断，丰富并加深了中学生对物质世界的认识，有利于培养学生科学的世界观和方法论。 三、物理教学中实施“观念建构”教学的价值 简单地将物理基本观念的具体内容记住并不能有效地形成物理基本观念，只有亲身体验物理知识的发现过程和应用价值，感悟知识中蕴含的思想、观点和方法，才能将知识转化为观念。所谓“观念建构”教学是指在物理观念的引领下，使学生通过高水平的思维活动，深刻理解和掌握物理知识，并通过不断的反思、概括和提升，促进物理基本观念的形成。在物理教学中实施“观念建构”的教学，对于学生的学习和发展具有以下功能和价值。 1.“观念建构”教学有利于促进学生学习方式的转变 物理知识以具体事实、概念和原理的形式出现在教材中，它可通过教师讲授、学生记忆的方式获得。物理基本观念是物理知识背后的思想和观点，是对物理知识深层次的挖掘，具有体验性和内隐性，不可能通过机械记忆的方式来获得。在物理教学中实施“观念建构”教学所带来的最大变化首先是学生学习方式的转变，这种转变是从根本上对“知识本位”教学模式下的“接受式”学习的超越。只有亲自经历知识的探索发现过程，对具体物理知识进行深入的分析和挖掘，并在与他人的交流讨论和具体应用，才能获得逐渐清晰的认识。 因此，物理基本观念的形成需要学习者展开深层次的思维活动和付出持续的心志努力，它使学生的学习行为从被动地记忆知识、贮存知识向主动地理解知识、建构观念转变，这将从根本上改变以背诵记忆为特征的“接受式”学习方式，对学生的学习和发展产生深远影响。 2.“观念建构”教学有利于增进学生对知识的深刻理解 相对于“知识本位”的教学，“观念建构”教学能够有效地激发学生深层次的思维活动，增进对知识的深刻理解。这是因为，物理基本观念是以物理知识为载体而存在的物理科学关于物质世界运动规律的基本认识，它的形成是以对具体物理知识的深入理解为前提的。学生在构建物理基本观念的过程中，为了深入理解和掌握所学知识，需要对学科领域中那些最具物理学科特征的事实、概念和原理进行深入的探究和思考，使自己的理解和思维达到高层次的抽象概括水平，以实现从具体事实中获得可迁移的概括性认识的目的。 在学习某一知识内容时，学生的思维不是停留在对具体知识的记忆和字面理解的水平上，而是要深入领会知识的内涵，发现知识间的内在联系及其本质规律，真正形成自己的见解。例如，上述讨论过的“时空观”的学习，如果只是让学生记住一些定义和公式或实验的操作技能，对学生未来的发展有多少价值呢？有多少学生将来能在物理实验室中去工作呢？如果在学习具体的实验操作时引导学生深入思考“测量”背后的原理，并联系日常生活中的事实经验，使学生理解和把握“测量”的本质，那么必将增进学生对时间，空间的理解。 所以，物理基本观念的形成过程就是促进学习者对物理知识进行深入理解并形成自己见解的过程，只有用基本观念来引领知识教学，才能从根本上扭转“知识本位”教学所带来的知识学习的短期效应，增进学生对知识深入、持久的理解和灵活应用。 3“观念建构”教学有利于促进学生科学素养的全面发展 提高学生的科学素养是科学教育的根本宗旨。物理新课程改革从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面促进学生科学素养的全面发展。物理基本观念的形成离不开具体知识技能的学习