陳敏華丨阿倫斯物理教學方法簡介

作者說明：本文發表在中國教育學會物理教學專業委員會會刊《物理教師》2011年第7期，並作為封面導讀文章。

此文引用格式：陳敏華.阿倫斯物理教學方法簡介[J].物理教師，2011（7）：48-50.

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阿倫斯物理教學方法簡介

——紀念阿倫斯逝世10周年

 

陳敏華

（紹興縣柯橋中學，浙江 紹興，312030）

 

 

2011年2月28日是著名物理教育家阿倫斯（Arnold Boris Arons）逝世十周年紀念日。阿倫斯是國際上公認的當代物理教育研究先驅和領袖人物。這位美國學者花了近半個世紀的歲月對基礎物理教學進行了系統的研究，繼承和發展了蘇格拉底、柏拉圖、蒙田、盧梭、杜威、懷特海和皮亞傑的教育理論，給我們留下了寶貴的物理教育思想和物理教學方法。他的理論在美國和國際上已產生了巨大的影響，它必將對我國物理教育也產生同樣深遠的影響。

 

1.阿倫斯的生平

阿倫斯1916年11月23日出生於美國內布拉斯加州林肯市。他父母親是俄羅斯猶太人，後來移民到美國。據阿倫斯本人回憶，[1]他小時候在開始學英語前家裡的所有人還操著俄語,直到他十歲時才開始在家裡停止講俄語；家裡雖然很窮，但卻堆滿了書，這是一個熱愛知識、熱愛民主的美國社會的家庭。

阿倫斯小時候在美國新澤西州長大。1937年畢業於位於美國新澤西州的史蒂文斯技術學院，畢業後繼續在該校一邊給大學一年級學生教化學一邊攻讀碩士學位，於1940年獲碩士學位。1940年秋，他開始在哈佛大學攻讀博士學位。其間，由於第二次世界大戰爆發，他跟隨導師威爾遜去塢茲荷海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institute）為美國國防研究委員會（the National Defense Research Committee）研究爆炸理論。1943年阿倫斯獲哈佛大學物理化學專業博士學位。

二戰結束後，阿倫斯收到許多單位的邀請，大多數單位邀請他從事化學專業工作，只有他的母校史蒂文斯技術學院邀請他從事物理學專業工作。母校離塢茲荷相對較近，所給予的薪水也是最高的，他覺得自己所從事的工作更像是物理學專業的工作而不是化學專業的工作。1946年他離開塢茲荷海洋研究所去了母校物理系，成了一名物理學家。在母校，阿倫斯的工作更接近了物理教學這一事業。

然而，在史蒂文斯技術學院，阿倫斯仍沒有結束對爆炸現象的研究。他每年暑假都要帶著學生去塢茲荷進行爆炸現象和衝擊波傳播的研究，這樣一直持續到1952年他成為安姆赫斯特學院的物理學教授為止。直到1968年他成為華盛頓大學物理學教授之前，阿倫斯仍是塢茲荷海洋研究所的一名外地成員。直到去世，他一直是塢茲荷海洋研究所的董事。

阿倫斯1968年開始在位於美國西雅圖市的華盛頓大學工作，1982年在該大學退休，為該大學物理學名譽教授。在那裡，他主要從事對小學教師的培訓工作和對小學科學課程的研究工作。期間，他主要關注大學學生的智力發展、概念形成和推理能力。阿倫斯曾經是美國物理教師協會（AAPT）主席（1967-1968）。1972年，美國物理教師協會授予他奧斯特獎章（Oersted Medal），以表彰他在物理教學方面的卓越貢獻。

阿倫斯興趣廣泛，喜歡音樂、美術、詩歌和爬山。他能不間斷地背誦詩歌3個小時。退休以後，除了講學，他還經常和夫人一起去旅遊。

 

2.阿倫斯物理教學法綜述

阿倫斯被稱為當代國際物理教育研究之父。他的物理教育思想是極其豐富的，這些思想主要發表在他的著作《物理學概念的發展》[2]、《不同的語言：物理科學的探究方法》[3]和《初等物理教學指南》[4]，以及發表在美國物理教師協會的兩本雜誌《美國物理學雜誌》和《物理教師》上的文章，其中最具代表性的文章包括：他的三部曲「學生的思維和推理方式」第1-3部分[5]-[7]、「對科學的大眾化理解」[8]、 「基礎物理課程中的現象學和邏輯推理」[9]和「基礎物理課程中能量概念的發展」[10]。阿倫斯的物理教學方法可以概括為：教師先給學生提出一系列簡單的關於物理概念、物理思維方式等方面的蘇格拉底問題（Socratic questions），然後閉嘴和傾聽學生的回答（shutting upand listening carefully to students’responses），弄清學生中存在的錯誤概念和思維方式。這種教學方法又叫做蘇格拉底對話法（Socratic Dialogue）。下面我們來具體介紹這一方法，以及他關於物理概念教學方面的一些結論。

（1）  蘇格拉底對話法

早在上世紀七十年代初，阿倫斯就明確指出[11]:「我堅信，如果我們大多數教師能學會傾聽我們的學生，我們的教學質量將在統計意義上得到明顯的提高。……傾聽學生對經過仔細組織過的、具有導向性的問題的回答，我們可以知道在他們的腦子中到底發生了什麼和沒有發生什麼，可以預期他們所遇到的困難是什麼，因而可以給予他們在掌握概念或推理方面所需要的幫助，而不是簡單地告訴他們答案。」

在《初等物理教學指南》「批判性思維」一章中，阿倫斯對蘇格拉底對話法作了具體的描述[4]：「教師必須學會向學生提出一系列簡單的問題，這些問題能引導學生進入一種經過周密安排的蘇格拉底對話的情境中。提出每一個問題後，教師都必須閉嘴和傾聽學生的回答。（如果在一秒鐘內學生不能回答，多數沒有經驗的教師傾向於給學生提供答案，或換一個問題。）教師必須學會等待。只要等待4秒或5秒鐘，學生就有機會去思考了；然後，我們會發現，學生能用幾個句子來回答問題了。這樣，我們就能真正知道他們的思維方式了。」

然而，一對一式的對話一般需要20-30分鐘，或更多。上世紀八十年代初，阿倫斯提出了基於計算機的教學對話方式（computer-basedinstructional dialog）[12]。

經驗表明，蘇格拉底對話法，不僅僅是一種有效的教學方法，而且是一種很合適的定性教育研究方法；通過傾聽學生對經過周密設計的問題的回答，我們可以系統地弄清楚學生中普遍存在的前概念（preconception）、錯誤概念（misconception）和錯誤的思維方式，從而得出一般性的結論，並指導教學實踐。

（2）「先概念，後名稱」（Idea first and name afterwards）

阿倫斯指出，我們必須讓學生明白，物理學中的一些名稱會給我們帶來誤導；因而，我們必須先弄清概念的操作性定義（operational definition）。這是因為，科學概念不是被「發現」的，而是人們通過大腦思維而對事物抽象的結果。因此，對概念的理解並不取決於名稱（或術語）本身，而取決於對概念的操作型定義的正確理解和運用。

因此，在概念教學中，阿倫斯主張[13]，不要講得太多，也不要講得太快，要引導學生去定義概念，去用自己的話講概念、描述概念和解釋概念，將概念與日常經驗聯繫起來。

（3）「你是怎樣知道的……？你為什麼相信……？」（How doyou know…？Why do you believe…？）

認知發展心理學把知識分為兩大類：描述型知識或陳述型知識（figurative or declarative knowledge）和操作型知識或程序型知識（operative or procedural knowledge）。描述型知識包括一些「事實」，例如，月亮反射太陽光，地球繞太陽轉，等等；操作型知識包括對描述型知識的運用和對其來源的理解，例如，我們是怎樣知道月亮反射太陽光的？你為什麼相信地球繞太陽轉？等等。

因此，阿倫斯一直強調操作型知識的重要性，並提出了「你是怎樣知道的……？你為什麼相信……？」的探究型提問模式，強調基本問題（basic problem）的重要性。譬如，在動能定理（work-energytheorem）的教學中，阿倫斯指出[10]，動能定理的基本問題是，它實際上是一個動力學方程（dynamical relation），而不是能量方程，因為它是從牛頓第二定律中推導出來的。因此，我們必須讓學生明白，動能定理不是一個獨立於牛頓第二定律的方程，它來自於牛頓第二定律。而牛頓第二定律與能量守恆定律一樣，都來自於對事實的觀察和實驗；因此，牛頓第二律和能量守恆定律是相互獨立的，而動能定理不是能量方程，即沒有關於能量守恆方面的意義。

（4）「科學是一門博雅的藝術」（Science as a Liberal Art）

對「LiberalArts」一詞有多種翻譯。該詞在大陸被譯為「素質教育」，在臺灣為「通識教育」，在香港為「博雅教育」。[14]在一本英漢教育詞典中，它被譯為「大學文理科」。[15]這裡，我們借用香港人對「Liberal Arts」的翻譯，將「Liberal Art」譯為「博雅的藝術」。這是因為,在阿倫斯看來,之所以把科學看作為「Liberal Art」，是為了強調給學生同時以智力的（intellectual）、道德的（moral）和審美的（esthetic）經驗的重要性。而「博」恰好代表智力，即博學多才；「雅」代表道德或倫理（ethical），即規範、正直和寬宏；「藝術」代表審美。認為科學是一門博雅的藝術，就是要把科學教育當作通識教育來對待。這種觀點正好符合我們正在倡導的「素質教育」的理念。

在《初等物理教學指南》第12章中[4]，阿倫斯以伽利略在研究自由落體運動時選擇速度隨時間（而不是隨位移）的變化作為加速度的定義這一過程為例，說明科學的本質明顯地包括以下幾個方面：科學需要歸納推理和演繹推理；科學概念的產生是人類智力和想像能力的結果，是一種高度精緻化的藝術產品，而不是被偶然發現的「物體」；「選擇」在科學研究中是必須的，而美的準則（如雅致和簡約）是選擇的重要依據。

阿倫斯特別強調科學的美，因為它能激起人們對科學的興趣。阿倫斯從小喜歡文學。當問他是什麼原因使他愛上了科學時，他的回答是，最主要的原因是科學知識在他看來是很有趣味和令人激動的（more interesting，more exciting）。因而，他認為教師需要有自己的觀點（perspective）、靈感（inspiration）和洞察力（insight），只有這樣才能更好地激發學生的興趣。他還認為，良好的家庭環境也能激發學生對學習的熱情。他曾回憶，小時候他家很窮，他對學習、對上學、對生活的熱情，對文學、對藝術的愛好，完全是由於良好的家庭氛圍；他對科學的愛好也是由於他母親作為一名化學工作者在家裡營造了一種科學氛圍，他也就是在這個時候開始談起以後想把科學作為自己的職業，而當時他還是一名中學生，還不知道科學家到底要做些什麼。

 

3.對我國物理教學的啟示

到目前為止，就我們所了解到的，阿倫斯的教育思想和教學方法在我國還很少有人知道。本文的目的就是希望他的思想寶庫能為我國物理教學帶來一定的影響。可以預見，阿倫斯作為國際著名的物理教育家，他的教育思想和教學方法一定能在我國物理教學界傳播，並與我國物理教學的實際相結合。這是因為，阿倫斯的教育思想和教學方法至少能給我國物理教學以下幾點啟示。

首先，阿倫斯所倡導的蘇格拉底對話法正好與我國教育界一直在強調的以學生為主體的教學方法相吻合。然而，由於我國目前仍盛行著一種應試教育的氛圍，而這種應試又是以筆試為唯一的形式，這就導致教育工作者實際上處於一種兩難的境地，一方面他們覺得在教學中讓學生有機會對話是很好的教學方式（阿倫斯甚至認為對話法是他能教會學生學習的唯一方法[1]），另一方面又發現這種方法還不如讓學生多做幾道習題。看來，這要涉及到教育目標方面的問題。阿倫斯的教育思想和教學方法將影響到我國物理教育的目標的確定。反過來也可以說，要讓阿倫斯的教育思想和教學方法能真正影響我國的物理教學，必須首先改變我國現有以應試為唯一目的的教育氛圍。

第二，阿倫斯給我們留下的思想寶庫是豐富和珍貴的。本文由於篇幅的限制只能提綱式地介紹一下他的教育思想和教學方法。我國大學和中學的物理教學工作者需要組成團隊，對阿倫斯教育思想和教學方法進行系統的研究，從而比較全面地引進他的有關著作，為我國廣大物理教學工作者學習和應用他的理論提供相應的資源。

第三，阿倫斯不但為我們提供了好的教學方法，也會我們提供了好的教學研究方法。當前，隨著我國教學和課程改革的不斷深入，越來越多的物理教學工作者參與到物理教學研究工作中。許多物理教學工作者，尤其是廣大中學物理教師，在研究中迫切需要有一種合適的研究方法。阿倫斯和他的同事們運用蘇格拉底對話法所得出的豐富而有價值的研究成果足以證明這種方法是一種有效的教育研究方法。這是因為，教育研究實際上是對人的研究，所以必須通過人（主要是學生）來收集數據（data）（可以是定性的，也可以是定量的），通過對這些數據的處理得出有關結論。而通過蘇格拉底對話法我們恰好能從學生中收集到大量有用的定性數據。從目前我國物理教學研究（尤其是中學物理教學研究）的現狀看，不少教師不善於從學生中收集數據，就事論事，或把研究對象局限在某些習題上（有人把這種研究叫做習題研究）。而在阿倫斯看來，物理題目的一個重要功能是作為物理教育研究的工具，利用習題我們可以從學生中收集研究所需的數據。因此，阿倫斯的教育思想和教學方法對於提高我國物理教學研究的層次是會有一定幫助的。

 

參考文獻

 

[1] Minstrell,Jim.Talks withgreat teachers-Arnold Arons[J]. The Phys.Teach., 1981(19):520-526.

[2]Arons,A.B. Development of Concepts of Physics[M].Addison Wesley,1965.

[3]Arons，A.B. The Various Language:AnInquiry Approach to the Physical Sciences[M].Oxford UniversityPress,1977.

[4]Arons,A.B. A Guide to Introductory Physics Teaching[M]. JohnWiley & Sons,Inc.,1990.

[5] Arons,A.B. StudentPatterns of Thinking and Reasoning,Part One[J]. The Phys.Teach.1983(21):576-581.

[6] Arons,A.B. StudentPatterns of Thinking and Reasoning,Part Two[J]. The Phys.Teach.1984(22):21-26.

[7] Arons,A.B. StudentPatterns of Thinking and Reasoning,Part Three[J].The Phys.Teach.1984(22):88-93.

[8] Arons,A.B. Toward WiderPublic Understanding of Science[J].Am.J.Phys.1973(41):769-782.

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[10] Arons,A.B. Developmentof Energy Concepts in Introductory Physics Courses[J].Am.J.Phys.1999(67):1063-1067.

[11]Arons，A.B. Addendum to 「Toward Wilder Public Understanding of Science[J]. Am.J.Phys.1974(42):157-158.

[12]Arons,A.B.Computer-Based Instructional Dialogs in Science Courses[J].Science 1984(224):1051.

[13]Arons,A.B.Structure,Method,and Objectives of the Required Freshman Calculus-physicsCourse at Amherst College[J]. Am.J.Phys.1959(27):658-666.

[14]黃萬盛.作為Liberal Arts的大學理念[J].世界哲學,2004(2):88-90.

[15]周南照,張學忠.英漢教育詞典[M].北京:科學出版社,2003.

[本文系「2011年浙江省教育科學規劃課題（編號：SC223）」的成果之一。]

相關連結：

1. A. B. 阿倫斯 著，陳敏華 譯. 阿倫斯科學素養12條（尚未發表）