物理教学中的“变化”教育

吴新田

摘    要：发展即变化，“适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”就是终身自我改变的能力和适应社会变化的能力.因此，教会学生发现变化、描述变化、研究变化、利用和控制变化等相当重要.在物理学科教学中实施“变化”教育，教师要以学科教学内容为载体，以变化的要素为线索，明确目的，采取科学、必要的措施，引导学生认识变化、研究变化，落实核心素养的培育.

关键词：物理教学;“变化”教育;变化要素

变化是自然界亘古不变的主体.面对变化，有的人视而不见、浑浑噩噩、缺乏敏锐的洞察力，有的人善于发现、敏于分析并及时应对;有的人束手无策、惊慌失措，有的人善于把握时机、创造机遇，有的人应对策略杂乱无章、顾此失彼，有的人能够牢牢地掌控局势并让变化朝对自己有利的方向发展;还有人通过制造新变化转移矛盾，实现破局.在变化面前的表现，反映了一个人的能力与智慧，这种能力和智慧正是个人核心素养的体现.

一、核心素养与“变化”教育

教育的过程是使受教育者按照教育者设定的教育目标发展变化的过程.培养什么样的人除了与教育内容有关外，教育途径也起到相当重要的作用.

《普通高中物理課程标准（2017年版2020年修订）》指出，核心素养指学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，突出强调个人修养、社会关爱、家国情怀，更加注重自主发展、合作参与、创新实践.

发展即变化，“适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”就是终身自我改变的能力和适应社会变化的能力.其中的关键能力是指：科学精神、实践创新、学会学习.

科学是关于“变化”的学说，科学精神就是在面对变化时表现出来的意志品质;实践创新是对变化理论的应用以及创造新变化的过程;学会学习就是学会自我改变的方法.因此，核心素养的诸多要素都与变化相关联.

物理学科的核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任四个方面，限于篇幅，笔者仅分析物理观念中的“物质观”与“变化”的联系.

物质观认为，物质具有多样性：同一物质的物理状态和属性可以发生变化，如物态的变化，导体在接近绝对零度时的超导现象等;不同物质间能够相互转化，如变化的电场产生磁场等;物质的存在方式也是多样的，如光的电磁属性，相对论的物质观更是与能量相联系等.这些物质观是随着人们认识的提高不断变化的.可见物理核心素养与变化密切相关，教学中突出对变化的教学，是落实核心素养教育的有效途径.

“变化”教育是指以学科教学内容为载体，以变化的要素为线索，以怎样发现变化、描述变化、研究变化、利用和控制变化等为教学主体，以落实核心素养教育为目标的教学行为.其最大的教学特点是以学科内容为依托，始终贯穿对变化的教育，从而实现不同学科教学目标的一致性，使学生树立变化的思想.其最终的指向是塑造学生在变化面前所表现出来的意志品质，从而达到核心素养培育的目的.其主要体现为“四性”：

1.系统性：变化的元素具有多元性，描述变化的渠道具有多样性，研究变化的方法具有特殊性，利用变化的途径具有开放性，控制变化的措施具有针对性等.这些决定了变化教育不是一朝一夕或靠几个实际案例就能完成的，它是一个系统工程，贯穿于学生学习的始终.

2.长期性：在高中阶段，不同的授课内容，要求层次不同，教师要立足课程标准，针对具体的教学内容确定变化的某一个方面进行教育，不能奢求在某个阶段完成所有的教育内容.

3.学科性：“变化”教育不是独立的教育，它的载体是学科教学，是融汇在学科教学中的.不同学科，研究的内容不同，寻找的变化元素、要素不同，采用的研究方法不同，着眼点也是不同的，“变化”教育的实施要具有明显的学科特征.而不同学科通过“变化”教育所要达到的教学目标又具有一致性，即教育学生怎样发现变化、描述变化、研究变化、利用和控制变化.这就实施了不同学科教学的殊途同归.

4.开放性：变化无时、无处不在，“变化”教育的素材随时随地可取，教师要善于引导学生从发生在身边的案例出发，利用变化的思想、观点、方法看待问题，认识问题，研究问题.

二、物理学科的变化要素

不同的学科着眼点不同，在同一事物中观察问题的角度或目的不同，得到同一事物的变化元素也是不相同的，如深圳在改革开放四十年中的变化，可以从政治、经济、科技、文化、人口、环境等方面来考察.不同的考察内容，对应的变化元素不同.不同的变化元素，具有不同的属性，研究的内容也不同.明确学科内的变化要素，围绕变化要素展开教学，是进行“变化”教育的前提.

物理学科中的物理名词或物理量是物理学科的变化元素，研究这些元素变化时涉及的相关方面称为该元素的变化要素.物理上的变化要素主要从两个方面来看，一是物理现象的变化，二是物理量的变化.

从量值关系上去认识和描述变化，涉及的变化要素主要有：

①是什么变化——确定变化的物理元素.②怎样变化——对变化的直观描述，如是增加还是减少，是均匀变化还是非均匀变化等.③变化多少——从量值上计量变化，需要解决怎样计算变化量的问题.④变化快慢——需要解决引入什么物理量计量变化快慢的问题.⑤变化结果如何——遵循怎样的变化规律、这种变化的利与弊等.⑥变化原因——解决为什么会变化的问题.⑦怎样利用或控制变化——利用和控制变化的措施或途径等.

高中物理阶段围绕上述要素展开的教学内容有很多，表1列出了一部分.

三、“变化”教育的任务

（一）寻找变化的元素

发现变化的元素是科学研究的前提，也是个人能力的体现.要想发现变化，就要有明确的目的，即从学科本位出发寻找变化，还要采取科学、必要的措施，能够感知或探寻出变化来.

观察、调研、测量、感知、实验、推理、归纳等是发现变化的有效途径.如中医中的望、闻、问、切，西医中的各种检查、化验、病理报告等，是通过感知和体验认识病变的;通过奥斯特实验，我们认识到电生磁的变化;通过光的衍射实验，我们认识到光通过狭缝后，传播方向发生了变化，从而说明光具有波动性特征;布拉凯特利用云室照片，在2万多张近40万条α粒子的径迹中，发现其中有8条发生了分叉，推动了原子物理的研究;爱因斯坦发现物体高速运动时表现出来的另一种属性，建立了相对论;在原子核人工转变中，我们体会到从量变到质变的变化过程……

“产生感应电流的条件”的教学，就是一个发现变化元素很好的实例.教师首先明确，要想产生新事物，必须通过变化才能实现，然后向学生提出问题：

要想利用磁场产生电流，你认为应该使什么发生变化？

利用磁场产生电流，涉及磁场和电路两部分，变化的渠道主要有改变磁场或改变电路.在此基础上，教师通过一系列演示实验展示产生感应电流的途径，得到导体切割磁感线、磁场变化、回路包围面积变化等都有可能产生感应电流，然后再提出问题：

在这些不同的变化形式中，有没有共同的变化元素？

通过该问题引导学生探寻影响感应电流产生的最本质的变化元素.这是对实验现象进行分析、综合、归纳的过程，目的是让学生在教师的带领下，寻找到产生感应电流的变化元素——磁通量变化.在教学中，让学生体会发现变化的方法和途径，形成发现变化的意识和能力，就是落实核心素养培育的体现.

（二）认识变化

从个体的变化到整体的变化、单个的偶然变化到大量的集体变化中，去感知和认识变化的特点和规律，寻找恰当的描述方法，进而对变化进行科学描述，是“变化”教育的另一项任务，物理规律的建立常常就是这样完成的.

认识变化主要包含以下几个方面：

①认识变化产生的条件和特点——在什么情况下才能产生变化，变化的快慢与变化条件有什么关联，它们之间有怎样的制约关系等.②认识描述变化的方法——采用什么手段描述变化更科学、更准确、更方便、更直观等.③认识变化的规律——利用科学语言或数学公式反映出变化遵循的规律.

在学习过程中，我们认识到有些物理量自身的意义并不重要，我们主要关注的是它的变化量和变化率.如“电势”，我们关注的是电势的变化（电势差）和单位长度电势的变化（电势梯度也叫电场强度）;“磁通量”，我们关注的是它的变化量（影响感应电流的有无和方向），以及它的變化率（影响感应电动势大小）.

（三）研究变化

研究变化遵循的规律、研究变化产生的原因、研究制约或促进变化的因素等，是研究变化的主要内容.教学中要突出对变化现象研究方法的教学，利用教学素材，培养学生的研究意识以及追根求源的意识，使学生从“是什么”入手，向“为什么”进军.科学实验和理论推理是研究变化的主要途径.如“万有引力与航天”这一章的教学，可贯穿对变化的研究：

在哥白尼日心说的基础上，人们发现不同天体绕太阳运动的轨道、周期是变化的（发现变化），于是以第谷、开普勒为代表的科学家进行观察和研究，最终总结出行星运动的规律——开普勒三定律（研究变化的规律）.接着，以牛顿、卡文迪许为代表的科学家进行了“天体为什么会这样运动”的研究，建立了万有引力定律，揭示了天体运动的奥秘（研究变化的成因）.然后，人们开始根据万有引力定律研究宇宙航行的途径（研究变化的控制和利用）.

显然，人类的航天史，实际上就是一部发现变化、研究变化、利用变化、控制变化的历史.

研究变化主要涉及以下内容：

1.研究变化的表述方法：用文字表述，引入物理量表述，利用图像、图表表述，利用数学公式表述等.科学、恰当地表述变化是研究变化的前提.

2.研究变化的规律性或趋势：变化是有规律可循的，变化的规律需要我们通过研究去揭示，以便更好地利用规律办事，或者做出科学的预判.在“楞次定律”一节的教学中，笔者通过对磁通量变化的研究，最终总结出感应电流的磁场方向与原磁场磁通量变化情况的关系——楞次定律，这就是一个典型的研究变化规律的实例.

3.研究变化形成的原因：变化都是有原因的，弄清为什么会变化，为我们利用或控制变化找到了突破口.变化的原因有外因、内因之分，要善于把握内、外因的关系，抓住主要因素，忽略次要因素.

4.研究利用和控制变化的途径：事物都具有两面性，变化也是如此，促进或抑制变化的方法需要研究，以便提高相应措施的有效性.在“互感与自感”的学习中，如何利用或抑制互感、自感，这两个方面的体现尤为突出.

（四）利用变化规律解决问题

学会用变化的观点分析、描述科学现象，用变化的思想、方法认识自然、解决问题，是学生学习的最终落脚点.

高中物理的习题教学，是利用变化规律解决问题的过程.问题是在变化中产生的，变化是问题的来源.解决问题的过程，就是发现变化、描述变化、研究变化、控制变化、引导和预见变化的过程.从变化的角度来看，物理习题只有两类：①已知原因，预见变化（从原因入手确定变化特点和规律，找到变化的结果等）.②已知变化，确定原因（从已知的变化中认识变化的规律，找到实现变化的途径等）.

解决问题的过程，就是在学生领会题设情境的基础上，教师再引导学生寻找变化的物理量，描述变化的特点和规律，确定变化的原因，寻找变化的临界状态，预见变化的结果，然后建立解题方案并解题的过程.最后反思结果的合理性，变化原题设定的条件，以实现多变.

四、结语

总之，“变化”教育的任务就是，不同的学科利用不同的素材，选择不同的角度，采用不同的思维方式，试图完成同一个教学目标，即在变化面前，具有科学意志品质，积极实践创新，不断自我完善，最终形成在离开学校、“忘记”全部知识后还具有的发展能力.[□][◢]