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一、我國物理教育存在生態(tài)化缺失

人們普遍認為，我國物理教育效能低的原因在于物理教育中缺乏科學探究。因此，《物理課程標準》將科學探究列入內容目標，旨在將學習重心從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神，希望通過提高科學探究質量來提高物理教育的效能。然而筆者則認為，我國物理教育效能低的根本原因不在于缺乏科學探究，而在于缺乏生態(tài)性，具體表現(xiàn)為物理教育以習題為核心。對此，楊振寧認為，“很多學生在物理學習中形成一種印象，以為物理學就是一些演算。演算是物理學的一部分，但不是最重要的部分，物理學最重要的部分是與現(xiàn)象有關的。絕大部分物理學是從現(xiàn)象中來的，現(xiàn)象是物理學的根源。一個人不與現(xiàn)象接觸不一定不能做重要的工作，但是容易誤入形式主義的歧途，對物理學的了解不會是切中要害的”[1]。物理學是自然科學，現(xiàn)象是物理學的根源。從這個基本思想出發(fā)，筆者提出一個觀點———必須重新認識習題的價值與作用。習題雖然有相應的價值與作用，但存在著缺乏生態(tài)性的缺陷。習題是從物理現(xiàn)象中抽象而來，已經(jīng)把物理現(xiàn)象中的一些次要細節(jié)、非本質的因素舍去，其情境是人為設置且條件控制嚴格，因而使物理教育情境的真實性受到破壞，使學生解答習題的認知心理及行為表現(xiàn)與解決實際問題的認知心理及行為表現(xiàn)相去甚遠，這樣，直接導致了物理教育的低效能。習題教學的效率雖然較高，但其效益卻較低。

做習題確實能使學生在短時間內掌握物理定理、定律和原理，但卻很難使學生理解這些定理、定律和原理的意義、精神及其價值。許多學生經(jīng)過多年苦讀，學習了大量的物理概念、規(guī)律，做了許多習題，卻不能有效地提高物理水平。他們面臨物理問題時不能迅速判斷，稍一動筆就錯誤百出；在理解物理問題的機制方面也是除了簡單的分析外，不能準確表達自己的思想，不能完整地解決問題。許多人學習物理如同開中藥鋪子，概念、規(guī)律都被放置在柜子的小匣子里，不能形成一個有機的整體。筆者認為，做習題只是學習物理的必要條件，在這個意義上，“學習物理，不做習題是不行的”[2]，然而，習題并不是學習物理的充分條件，從這個角度來思考，“做很多習題，只能說是訓練獨立思考能力的一半”[3]。因此，習題只是學習物理的必要條件而非充分條件，無論做題如何“精”或怎樣“重視解題質量”，都不能使學生學好物理學。我國物理教育以習題為核心的教育模式把學習物理的必要條件當成了充分必要條件，這既是一個邏輯學的基本常識錯誤，又是物理教育缺乏生態(tài)化的表現(xiàn)。物理學是有“生命”的，是“有血有肉的活生生的東西，這個活生生的東西就是要和實驗、現(xiàn)象、實際聯(lián)系在一起的科學”[4]，把無生命的部件拼湊起來模仿生命，效果自然可以想象。誠如楊振寧所說：“中國過去幾十年念物理的養(yǎng)成了念死書的習慣，其結果是培養(yǎng)了許多非常努力、訓練得很好、知識非常扎實的學生，可是他們的知識是片面的，而且傾向于向死的方向走。這是很有害的。”[5]這在一定程度上說明了我國物理教育生態(tài)化缺失所造成的后果。

二、物理教育生態(tài)化理論的建構

基于上述分析，筆者認為，教育生態(tài)學和相互作用心理學可以為物理教育生態(tài)化理論的建構提供有益的啟示。隨著教育研究的不斷深入，教育領域出現(xiàn)了一門運用生態(tài)學方法研究教育的科學———教育生態(tài)學。教育生態(tài)學強調在真實、自然的情境中研究教育規(guī)律以及學生的心理活動規(guī)律，強調提高教育活動的可應用性和普遍適用性，建立合理的教育生態(tài)環(huán)境，提高教育的效益，促進人才迅速成長和發(fā)展。20世紀70年代中期以來，心理學研究中逐漸形成了一種新的思路，即相互作用心理學，其基本思想集中于行為發(fā)生過程中人與環(huán)境的多向性交互作用，并且認為，在這種交互作用中，人和情境相互依存而非由單方面所決定。通過借鑒教育生態(tài)學和相互作用心理學的思想，筆者提出物理教育生態(tài)化的基本觀點：

1.物理教育活動不是孤立的，而是與物理現(xiàn)象有機聯(lián)系在一起的，處于一個復雜的關系之中；物理教育應當堅持“物理學的根源是物理現(xiàn)象”的基本理念。

2．物理教育活動既受自身內部因素的影響，又受外部因素的影響；學生的物理學習是他們與環(huán)境之間多方向的、連續(xù)的交互作用的結果。

3.物理教育活動應當在物理生態(tài)環(huán)境與社會生態(tài)環(huán)境中進行，以揭示真實、自然條件下學生的心理活動規(guī)律與物理教育規(guī)律。

4.物理教育活動應注重研究學生與環(huán)境之間的交互作用。在交互作用的人的方面，認知和動機是學習的基本決定因素；在交互作用的情境方面，情境對于學生的物理學習是重要的決定因素。

5.物理教育活動應注重研究學生在與環(huán)境相互作用的過程中的主動性。應當指出的是，物理教育生態(tài)化理論并不局限于教育生態(tài)學強調的情境，而是以生態(tài)學思想為指導，把物理現(xiàn)象以一種有別于習題的形式呈現(xiàn)，主張把習題的嚴格性移植到自然、真實的物理環(huán)境中，并在其中揭示物理教育活動的因果關系。這種形式既不同于習題強調推導、演算而忽視生態(tài)性的特點，又不同于研究性學習為探究而犧牲知識傳授效率的特點。它強調給定的情境雖然是原始的，但問題本身在一定程度上又是嚴格的。也就是說，它要求提高物理教育的外部效度，而又無須以降低內部效度為代價，這種形式稱為原始物理問題。因此，原始物理問題教學就使物理教育生態(tài)化理論轉變?yōu)楝F(xiàn)實成為可能。所謂原始物理問題，是指在自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理現(xiàn)象和事實。其表述形式是對物理現(xiàn)象的描述，基本上采用文字敘述的方式呈現(xiàn)物理現(xiàn)象。與習題不同的是，它沒有給定已知量和未知量，需要學生根據(jù)需要去設置，而習題則是把物理現(xiàn)象和事實經(jīng)過一定程度的抽象后加工出來的練習作業(yè)，兩者的關系如圖1所示。由于歷史的原因，我國物理教育中傳統(tǒng)習題教學往往注重圖1的第三個過程（演算），而缺少第一個過程（描述）和第二個過程（抽象），對物理現(xiàn)象和物理事實把握不夠，致使很多學生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實際問題則常常束手無策。

長期以來，我國物理教育始終存在缺乏生態(tài)化的問題，并因此存在把“習題”誤為“問題”的傾向，這種情況到目前基本沒有改變。如，普通高中《物理課程標準》提出：“一個好的習題，就是一個科學問題”[6]，這顯然混淆了習題與問題。如圖1所示，原始物理問題解決是從物理現(xiàn)象出發(fā)直至得出結論，是一個完整的思維訓練過程；而習題解答則是從模型出發(fā)直至得到答案，是一個不完整的思維訓練過程。習題教學這種“掐頭去尾燒中段”的訓練，導致學生失去對物理世界的真實感受，并最終失去注重實踐的科學精神。教育心理學的研究指出，教育與實際情境的相似性，是教育效果的關鍵因素。而且這種相似性越高，教育結果的可應用性也越高。甚至教學所采用的方式，也應該盡可能接近教育結果所要應用的實際情況，這樣才能在更大程度上提高教育的效能。顯而易見，在物理教育中強調生態(tài)化有著重要的理論與現(xiàn)實意義。在物理教育中強調生態(tài)化不僅符合教育生態(tài)學和相互作用心理學理論，而且符合自組織理論的思想。現(xiàn)代認知心理學認為，人的思維生理基礎是人的大腦。人腦不僅是一個生物系統(tǒng)，同時又是一個自組織系統(tǒng)。自組織理論指出，一個開放系統(tǒng)，在遠離平衡態(tài)的條件下可以由混沌向有序方向轉化；有序的組織可能通過一個“自組織”過程從無序和混沌中“自發(fā)”地產(chǎn)生出來；自組織的顯著特點是它通過突變過程完成，這個突變發(fā)生在事物由低級到高級階段之間的“分叉點”上；在發(fā)生突變之前，系統(tǒng)通過正反饋與外界交換物質、能量和信息，使有序狀態(tài)參量不斷增強，超過臨界值后系統(tǒng)便進入高一級階段。研究表明，在物理教育中進行生態(tài)化教育，可以較好地創(chuàng)設使學生的大腦從混沌向有序方向轉化的條件，因此，物理教育生態(tài)化具有重要的教育功能。

三、物理教育生態(tài)化的教育功能

首先，物理教育生態(tài)化有助于改變目前物理教育的低效能狀況。為了改變物理教育低效能的狀況，筆者主張，物理教育應當走出單一習題教學的束縛，在真實的情境中研究學生的學習心理，重視學生與物理現(xiàn)象的多向性交互作用，以保證物理教育具有較高的生態(tài)學效度和較高的應用價值。原始物理問題由于將習題的嚴格控制應用于物理現(xiàn)象之中，并且經(jīng)過抽象之后可以成為習題，就使得它在一定程度上具備高效完成間接經(jīng)驗知識內化的功能，從而將內部效度與外部效度較好地統(tǒng)一起來。當然，還應當指出，強調原始物理問題教學并不完全排斥習題教學，否定習題的價值，而是主張在保留習題教學優(yōu)點的同時，克服其不足，并通過兩者的結合達到提高物理教育效能的目的。

其次，物理教育生態(tài)化有助于更好地實現(xiàn)物理課程目標。新一輪物理課程改革提出提高全體學生的科學素養(yǎng)的課程理念，并把知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀作為課程目標，認為實現(xiàn)課程目標的重要方式是科學探究。科學探究教學方式主要基于杜威的教育理論，因此，這是一種“從做中學”的教學理論，在“做”中驗證所獲經(jīng)驗的有效性。自20世紀50年代以來，杜威的教學理論已被美國教育界視作導致教育質量下降的重要根源。這是因為，杜威的理論并未處理好獲取知識與發(fā)展能力的關系，他將知識的獲得從屬于探究的過程。但系統(tǒng)知識的存在形式是邏輯的，其根本特性是具有很強的概括力和包容性，并非所有的系統(tǒng)知識都可以通過探究而獲得。因此，怎樣才能獲得系統(tǒng)知識，在杜威的理論中始終是一個懸而未決的問題。即使是杜威自己也承認，按照他的要求來解決教材和課程問題“是非常困難的，我們并沒有解決好；這個問題到現(xiàn)在還沒有解決，而且永遠不可能徹底解決”[7]。這應當引起我們深入思考。筆者認為，把原始物理問題教學作為實現(xiàn)物理課程目標的途徑是一個更好的方式。因為，原始物理問題教學的創(chuàng)新在于，它尋找到了物理教育的起點———物理現(xiàn)象，并把物理教育的重心從習題前移至原始物理問題，從而使學生與物理現(xiàn)象相接觸。從廣義上說，物理概念、物理規(guī)律的得出都可以看作是原始物理問題解決。原始物理問題解決包括問題定向、現(xiàn)象抽象、變量定義、圖像描繪、運用規(guī)律、采用方法、數(shù)學運算等過程[8]，這一過程與《物理課程標準》提出的科學探究七個要素（提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與搜集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作）相比，更符合物理教育的規(guī)律。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，科學探究的七個“要素”實際上是步驟而非“要素”。因為要素是科學探究過程中相互獨立的變量并且不存在先后順序，而步驟則不是相互獨立的變量且存在先后順序。因此，把科學探究步驟作為科學探究要素寫入課程標準中，不僅在理論上有“指鹿為馬”的嫌疑，而且在實踐上模糊了科學探究的方向。正是在這個意義上，筆者認為，原始物理問題教學不僅可以使學生有效地學習物理知識，掌握科學方法，訓練技能，而且也能很好地培養(yǎng)學生的能力。

第三，物理教育生態(tài)化有助于達成物理教育評價的真實性。筆者認為，物理教育評價的方向是逐漸采用原始物理問題對學生進行考查。運用原始物理問題進行評價，學生的認知心理與行為表現(xiàn)都比較真實，因此，能夠較好地揭示物理教育中學生的心理規(guī)律和學習效果。為了驗證這一觀點，筆者運用原始物理問題測驗工具，對中學生解決原始物理問題進行了研究。結果顯示：學生成績直方圖呈雙峰分布。根據(jù)協(xié)同學理論，雙峰分布可以解釋為：大部分學生的問題解決能力處于較低水平，即被組織狀態(tài)；小部分學生的能力處于較高水平，即自組織狀態(tài)；少部分學生處于從較低能力水平向較高能力水平轉變的水平，即臨界狀態(tài)[9]。這說明，原始物理問題雖然也有一定程度的控制，但不像習題那樣幾乎完全排除環(huán)境的影響，從而保證了學生的心理及行為變化仍然是現(xiàn)實中各種因素綜合作用的結果。這不僅能將學生的能力水平考察出來，從而區(qū)分不同能力的學生，而且能較好地發(fā)揮評價對物理教育的引導作用。

總之，物理教育生態(tài)化使物理教育從純粹的抽象情境中走出來，進入到與物理現(xiàn)象相聯(lián)系的新階段，從而使物理教育回歸現(xiàn)象、回歸自然、回歸生活。在物理教育思想上，它打破了傳統(tǒng)物理教育缺失生態(tài)性的格局，提出了解決物理教育外部效度的有效措施。它拓展了人們的物理教育視野，拓寬了物理教育的范疇，進一步增進了人們對于物理教育規(guī)律的理解與認識，從而有助于更好地實現(xiàn)物理教育目的。