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标题

走向“科学解释题”

范文

郭畅胡扬洋

摘 ? 要：文章在梳理物理说理题的分类及其产生、应用与沉寂历程的基础上，回顾了我国关于物理说理题在能力考查、解题障碍和教学方法三方面的研究。从国际科学发展的角度出发，通过分析物理说理题的题型结构，提出“说理题”应更加有利于学生学习、“物理说理题”应当走向“科学解释题”的复兴之道。

关键词：物理说理题;科学解释;国际比较;习题结构

中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ?文章编号：1003-6148（2020）1-0014-5

近几十年来，我国物理说理题的涌现和沉寂在某种意义上折射出我国物理教育观念与实践发展的进程，对此进行梳理与回顾，旨在正确认识物理说理题的内涵和价值。结合我国物理教育的现状，从国际科学教育发展的视角进行分析、解读，则有可能带来新的助益。

1 ? ?我国物理说理题实例与应用历程的回顾

1.1 ? ?我国“物理说理题”的内涵、分类与实例

殷传宗等将“物理说理题”表述为：“物理说理题是较复杂、综合的问答题。它与生产、生活或自然现象相关，并且涉及到较多的概念、规律。要解答它需将概念、规律综合进行逻辑推理，然后用语言表达出来。”[1]概言之，这类习题要求学生根据所学知识，通过语言文字进行叙述，解释生活、生产中某一物理现象出现的原因或预测某种现象的出现，即“辨物说理”。我国对物理说理题的分类及对应例题，如表1所示。

不难看出，各类说理题之间存在着相互交叉、部分重叠的现象。这也从侧面反映出我国对于物理说理题的分类有些片面化，缺乏全面的思考和更具科学性、合理性的分类标准。

1.2 ? ?建国以来物理说理题的产生

我国物理说理题的起源可追溯到上世纪五十年代。1950年，初中临时课本《实用物理》一书中的章节标题就已开始显露出“说理”的特征。如“灯芯为什么能吸油——毛细管现象”“水在荷叶和纸上的秘密——内聚力和附着力”[1]，这样“现象+概念/本质”式的命题为促进学生理解并解释日常现象的能力养成奠定了基础，也在某种意义上成为了物理说理题的“原型”。1952年颁布的《中学物理教学大纲（草案）》指出“要训练学生应用所获得的知识来解决物理问题和分析其周围的现象”，后续颁布的教学大纲也秉持这一理念，强调培养学生解释生活现象能力的重要性。因此，物理说理题这类练习便成为了实现上述目标的有力凭借。到1987年，物理说理题在初中物理教材习题中的比重高达50.3%[2]，越来越多的物理教育工作者和一线教师开始对此相关问题投入研究。可见，物理说理题在我国物理教育的进程中有着坚实的历史基础和深厚的研究积淀，具有一定的时代性。

1.3 ? ?改革開放后物理说理题的应用与沉寂

改革开放后，物理说理题不仅在第一届全国初中应用物理知识竞赛（1990年）中出现，而且后续也逐渐出现在我国各省市的中考题及模拟题中。以北京地区为例，2001年物理说理题以简答题的形式第一次出现在中考试卷上，至2008年，共参与八年的北京中考。而近些年只有福建、江西等部分省区的中考试题中还留有此类题型。

如今，物理说理题逐渐退出历史舞台，无论是学生的日常练习或是各类大型考试中，都很少出现此类题型的身影。造成这一结果的原因有以下两点：首先是相关政策的引导。北京地区在2009年的《中考物理考试说明》中明确指出要“减少答题文字的表述量”，删去了“简答题”，即物理说理题。这一政策的颁布不仅改变了北京中考试卷的试题结构，而且也对天津、湖南等地区的物理中考造成一定的影响，一些地区陆续在中考中取消了物理说理题。其次是物理说理题陷入模式化，主要体现在题目模式化、教学模式化和学习模式化三方面。回顾2001年至2008年北京中考出现的物理说理题不难发现，物理说理题的题干表述越来越省减，考查形式也日趋僵硬化，远没有最初富有的情境性和灵活性。为了应试，教学也越发聚焦于培养学生的解题能力，忽略了与知识相结合[3]，没有考虑到学生的主体性和差异性。作为学习主体的学生也未能表现出充分的主观能动性，学习陷入“死记硬背做练习”的题海战术中。作为对这些教学“病症”的矫治方式，取消这类问题似乎显得顺理成章。

2 ? ?对我国物理说理题研究的回顾

事实上，物理题目在物理教学中有着不可或缺的作用。在很大程度上，广大师生的所有工作都在与物理题打交道。物理说理题作为我国物理教育中极具特色的一类习题，对我国物理教育的发展产生了深远的影响。我国物理教育工作者一直以来也对物理说理题展开了不少的调查与研究。

2.1 ? ?对物理说理题能力考查的认识

物理习题不仅能够起到巩固概念、规律的作用，在其被解答的过程中，也伴随着对学生分析、计算等能力的多方面考量。我国研究者认为，解决物理说理题有助于学生理解物理概念，弄清物理现象的本质和过程，充分理解并正确运用物理相关定义和规律。解决这类问题对于提高学生的逻辑思维能力、知识迁移能力和语言表达能力也起到了积极的促进作用[4]。物理说理题因与实际生产、生活紧密联系，在一定程度上也能够考查学生理论联系实际的能力。在解题过程中，学生需要运用比较、守恒等多种物理思想，对现象形成更加理性的认识，同时也建构起对物理世界的普适认识[5]。

可见，物理说理题除了能从多方面、多角度更加综合地考查学生的能力，还有益于学生思维能力的发展，表现出相比于物理选择题、填空题等客观性题目的独特优势，具有一定的教育意义和发展价值。

2.2 ? ?对物理说理题解题障碍的概括

由上述分析可知，物理说理题对学生能力的考查具有多样性，这在某种程度上导致了学生对于物理说理题的解答存在很多问题，如语言表达不够清晰，论述不够严谨，逻辑方向不够明确等[6]。为明确学生解题困难的症结所在，我国物理教育工作者结合相关理论，采取问卷调查的方式，总结、归纳出以下两个方面：第一，由于物理说理题是较为复杂、综合的问题，学生解答此类题目的能力较为薄弱，主要体现在其存在着一定的思维障碍（包括逻辑推理障碍和语言表达障碍）和困难因素（基本概念、规律掌握困难）[1]。第二，彼时我国物理教育中存在“重计算轻说理”的现象，导致学生缺少对此类题目的重视及练习，因而得分率也偏低。

物理学科因存在诸多公式，难免会让人产生“只要记住公式，能计算出正确结果，就可以做对物理题”这样的“错觉”。然而，物理不仅是与生活紧密相关的，更是研究物质基本结构和一般规律的学科。正因如此，物理说理题的存在才更具意义。应当认识到，只有真正理解现象背后的本质或规律，才可谓学会物理。

2.3 ? ?对物理说理题教学方法的探索

为解决物理说理题的教学问题并实现其功能立意，我国物理教育工作者付出了诸多努力，针对物理说理题的教学进行方法指导和实证研究。研究总结出了如文字叙述、公式推导、对比分析、借助作图等解答方法[7]，以及“理解题意、选择正确的推理途径、画示意图、物理公式”等相关解题步骤[8]。其中，不乏研究者采取对照实验的方式，深入教学一线，通过实践证明“用逻辑语言翻译计算题、用语言描述图示”对于破除学生解答说理题思维障碍的有效性[1]。除此之外，教师在教学过程中也应注意自身的语言表达，对学生因材施教，重视公式推导过程，充分利用物理实验[6]，使学生能够进行完整表述、正确作答。

我国物理教育工作者为学生解决物理说理题提供了规范化的步骤参考，使解题成为了可模仿的程序操作。对于提高学生得分率不失为一种捷径，但是否真正有益于学生思维和能力的发展还有待商榷。尤其是当教师教学中的“应试技术”再不能被“命题技术”所压制的时候，就会出现“应试主义”[9]，使教学也变得机械、僵化。

3 ? ?国际比较下物理说理题的反思与发展

我国物理说理题的沉寂为我国物理题型编制以及物理教育敲响了警钟。倘若一味追求巩固基础概念规律、囿于对固定知识或现象的考查、片面训练解题技巧，而不在教育观念和思想上实现发展更新，必然会使一种又一种题型走入僵局。我国物理说理题的传承与创新需要在更加宽广的视野下进一步考量。

3.1 ? ?对物理说理题题型结构的分析

物理说理题命题与训练成败得失的深层原因是什么？国际认知科学和科学问题编制研究可以带来新的启示。美国俄亥俄州立大学包雷教授认为：一个完整的物理问题（Problem）的结构包括背景（Context）、变量（Variable）、提问（Question）、模型（Model）等要素及要素间的相互联系。这一框架在一些疑难科学问题的分析中已显示出有效性[10]。依据此结构框架，以2005年北京中考的物理说理题为例，进行如下分析（如表2所示）。

分析可知，相对于其他传统的题型，物理说理题训练与考查的重点与优势不在于问题各要素本身，而在于各要素之间的关联，即要求学生的作答呈现出要素间合理、完整的关联性。应该说，这在传统题型中至今是少有的。例如，说理题的良好作答无疑需要学生“说清”自己是如何在提问的引导下，从背景中分离变量、建构数学模型，从而再回到背景中的——说清相互联结的“道理”是关键。而传统的选择题、计算题往往聚焦于“模型”“变量”本身，而不突出各要素之间的关联。

然而不容忽视的是，当前物理说理题的命制背景相对简单，并未提供有助于解题的相关信息;变量的呈现较为直接，提取也相对容易;问题简明扼要，贴近学生所学知识，考查要点十分明确;解答过程也并不需要学生进行复杂的建模过程，直接套用相关公式进行阐述就能解决。这样的物理说理题只对学生一般科学思维能力（记忆能力、理解能力，应用能力）进行考查，忽视了学生高阶思维能力的发展，如分析能力、评价能力和创造能力[11]。

3.2 ? ?“说理题”应更加有利于学生的学习

我国现行人教版教材所设置的“动手动脑学物理”板块中仍存在物理说理题。美国著名物理教材《概念物理》的每节课后习题中都有40道左右的“思考解释题（Think and Explain）”，与物理说理题存在形式上的相同。中美教科书中两类问题的对比与示例，如表3所示。

可以看到，中美相关题型都是基于生活中的物理现象提出问题。比较而论，我国题型侧重学生对现象的物理解释和分析;美国题型则在此基础上更具开放性和创新性，且部分题目有“卷入”感，陈述时都以“你”为主语，更加容易拉近与学生的距离，帮助学生形成问题意识。这有助于在学生心理层面增加解决问题的动机[12]。此外，美国题型还通过“纠正或评价朋友、同学的论述”的方式发展学生的科学辩论（scientific argumentation）[13]和批判性思维，这是美国科学教育新理念的反映。

科学问题的功能不仅包括考查，首先是引导、促进学生的学习。这需要科学问题编制时刻针对本土教学的现实，不断更新命题理念与技术。例如，美国“背景丰富问题（Context-Rich Problems）”的起源与命制，不仅聚焦于美國物理教育的现实问题，还据此对问题解决的规程（包含小组合作与讨论等非常规环节）作出了规定，开展了系列的研究[12]。而我国物理说理题的沉寂则是因为其命题理念停滞不前与教育目的缺失。当下，我国科学问题编制应重新确立这一宗旨：应更加有利于学生的学习。

3.3 ? ?从“物理说理题”到“科学解释题”

复兴物理说理题蕴含的积极因素，可深入挖掘其中的“科学解释”意蕴，实现由“物理说理”到“科学解释（scientific explanation）”的蜕变。所谓科学解释，就是“尝试超越对自然现象观察的描述，进而提供理论阐述现象是如何依律而动的行为”[14]。

物理说理题要求学生用规范、严谨的话语“说明”客观现象背后的物理学理论。然而应看到，在科学认识论的意义上，任何一种物理现象的形成或出现都是所有（各个学科的、已被发现和未被发现的）科学规律共同作用的结果。物理说理题的参考答案只能限定于有限的物理规律，诚然抓住了中学物理视角下的主要矛盾或矛盾的主要方面，但在根本上存在片面性。局限于此会禁锢学生的思考，阻碍学生对自然形成全面、完整的认识，也会影响学生自主探究的兴趣。

科学解释题对认识的主体性给予了关照。如图1所示，在“科学理论”“自然现象”和“认识主体”三个要素间，物理说理题关涉到了“科学理论”和“自然现象”两者之间的联系，而科学解释题则包含了以上三者，强调学生在解题中去理解、解释客观实际，并表达自身对自然和科学理论的全部认识。

如表4所示，进一步说明物理说理题和科学解释题的区别。

科学解释题的编制应更具灵活性，意在充分调动学生所学的知识，鼓励学生进行跨学科思考，引导学生在科学理论的基础上适当发挥想象进行作答。这样的问题空间很好地关注了学生科学思维的锻炼和养成。为实现这些教育功能，科学解释题的答题要求也应突破固有模式，应以科学写作或面试（口述）的形式进行考查，以帮助学生真正发展“解释”“论证”和反思能力，从而达到建立个人科学理解的目的[15]。除此之外，应以开放性的答案和多元化的评价方式给学生自主性表达的空间，促进学生的独立思考和个性解放。

参考文献：

[1]殷传宗，查有梁，廖伯琴.物理教育学研究[M].成都：四川科学技术出版社，1996：630，748，634-635.

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[3]罗蔚茵.普通物理习题课贯彻“少而精”和“启发式”教学的几点体会[J].物理通报，1965（3）：101-105.

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[5]邢红军，张抗抗.论物理思想的教育价值及其启示[J].教育科学研究，2016（8）：61-68.

[6]黄莹.初中物理说理题教学策略[J].中学物理，2014，32（10）：74-75.

[7]卢守智.浅谈初中物理说理题的有效教学[J].教育革新，2011（3）：58.

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[9]周序.“应试主义”的成因与高考改革的方向[J].内蒙古社会科学（汉文版），2018，39（4）：159-166.

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[11]邓磊，包雷.基于科学思维能力评价的美国理科主流试题类型比较及启示[J].物理教师，2018，39（10）：5-11.

[12]胡扬洋，肖洋.中美物理问题编制的进展及其启示：生態、卷入与阅读[J].课程教学研究，2017（9）：44-49.

[13]唐小为，李佳，宋乃庆. 课堂科学辩论实施探究——以中美中小学科学课堂案例比较分析为例[J]. 课程·教材·教法，2012，32（5）：105-110.

[14]姚建欣，郭玉英，克努特·诺依曼.科学解释能力培养模式的教育反思与哲学分析[J].自然辩证法研究，2017，33（1）：93-99.

[15]蔡铁权，陈丽华.科学教育中的科学写作[J].全球教育展望，2010，39（4）：85-89.

（栏目编辑 ? ?赵保钢）

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