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摘 要： 物理实验范式结构包括：预测阶段、观察阶段、解释阶段.本文从观察观、科学发生观、教学观等方面分析了范式结构的特点，并结合伽利略关于自由落体定律的经典实验探析了物理语言表征问题的范式结构教学策略.
关键词： 物理语言；表征；范式结构；教学策略；自由落体
范式的概念是美国科学哲学家库恩在其被喻为“新时代科学哲学的圣经”的《科学革命的结构》一书中提出的.通俗来讲，科学范式就是一些被大多数科学家共同接受的基本理论和定律，共同使用的一套用以逻辑推理和数学演算的符号系统，共同信任的仪器和实验方法，以及解决问题的典型方式等.实验是物理教学的重要组成部分，通过实验，不仅构建起严谨、科学、系统的学科知识体系，而且也是学生发现物理现象、探究物理原理、获取物理知识、提升科学素养的重要路径.表征是指可反复指代某一外部的或想象的事物的任何符号或符号集，是问题解决的一个中心环节，物理语言表征问题有三种基本形式：文字叙述、数学公式表达和图形图象表示.下面结合伽利略关于自由落体定律的经典实验探析物理语言表征问题的范式结构教学策略.
1 物理实验范式结构
库恩指出“如果没有范式理论规定问题并担保有一个稳定解的存在，就不可能构思出这些精心的实验工作，也不可能做任何一个实验”；“实际上，定性范式与定量定律之间的关系是如此的普遍和紧密，以致伽利略以来，在能够设计出仪器以实验来确定它们之前好多年，这些定律就经常借助范式而被正确地猜想出来了”；“有了伽利略的范式后，单摆之类物体的规律性几乎唾手可得了”.在库恩看来，我们今天当成教学重点的一些规律（如单摆的规律）并不是重点（至少不是唯一的重点），而诞生这一规律的伽利略的范式才更为重要.这些思想对物理教学，尤其对物理实验教学有相当大的启发意义.
物理实验是指通过实验的手段和方法，在人为控制条件下，有目的、有计划地运用仪器、设备，排除次要因素干扰，使物理现象反复出现，获取大量资料的一种科学研究方法.在中学物理教学中，物理概念的建立、规律的发现以及物理理论的提出等，都离不开物理实验.物理实验不仅是物理发生和发展的科学基础，同时也是物理教学的基础.新课标中明确指出：“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础.实验对培养学生的观察和动手能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，具有不可代替的重要作用.”
物理实验范式结构大致分为预测、观察、解释三个阶段.
1.1 预测阶段
在做实验前，让每个学生了解学习活动的情境或实验，并在此基础上对实验或事件中某些现象或结果做出预测，并阐述自己预测的理由.
1.2 观察阶段
在实验过程中，让每个学生观察实验或事件发生的过程，独立记录下他们所观察到的现象或结果，并对现象或结果进行分析.
1.3 解释阶段
让每个学生对预测与观察之间的异同进行讨论，做出合理解释，思考并研究和自己观察与预测的是否一致.
2 物理实验范式结构的特点
物理实验范式结构的观点有别于经典观点传统的实验观点，表现为以下方面的特点.
2.1 在观察观方面
摒弃经典观中认为观察是客观的、中立的观点，认为观察并非客观的、中立的，而是渗透着理论，在某一实验过程中，所有学生观察到的现象和得出的结论不是千篇一律的，由于不同学生有着各自不同的经历，在观察同一现象时允许得出不同的结论.
2.2 在科学发生观方面
传统实证主义基础上的一种教学模式认为，知识的学习始于观察，学生通过反复的观察归納、证实科学理论，学习的过程无疑就是记忆在实验中被证实的科学理论.而物理实验范式结构的观点认为科学理论先于观察，观察和实验均离不开理论，科学认识的发生是从问题开始的.在承认学生具有前概念的前提下，认为教学过程是学生的认知被不断深化的过程，预测为学生前概念的自由表达提供平台，实验演示为学生的认知发生冲突提供机会，解释、讨论为实现学生的概念构建提供条件.
2.3 在教学观方面
传统模式下的学生被看作是白板，是知识的容器，他们只是被动地接受知识.教师是知识的源头，是课堂的中心，学生处于次要的位置.信息是从教师到学生的单向传递，教学目的是让学生记牢教师所讲的内容.在教学时，只要教师把教学内容讲解清楚，学生认真听讲就能完成教学任务.与此相反，物理实验范式结构的观点认为，学生不是空着脑袋走进课堂，他们头脑中已存在对科学某种程度的认知.学生知识的获得既是自主建构的过程，也是不断自我否定的过程.教学目的是实现学生概念的构建，学生是课堂的中心，而教师只是教学的组织者和引导者，教学应该创设出使学生认知发生冲突的条件和学生能自由表达个人观点的环境.在课堂上，信息的传递是多元的、双向的，有师生间信息传递，同样也有生生之间信息传递.
3 伽利略自由落体思想实验
关于自由落体运动的研究可以追溯到亚里士多德对物体运动及其原因的探讨，他假设：宇宙中四大元素（依次为土、水、气和火）存在各自静止的“自然位置”.任何物体存在着向其组成元素比例决定的“自然位置”运动的趋势，这种运动称为“自然运动”.所以，所有物体在不受外界作用时的运动决定于其组成比例最大元素.进而，亚里士多德在《论天》中阐述了一个重要的推论：
一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；较重的重量在较短的时间内通过同样的距离，即时间和重量成反比.例如，一个物体的重量是另一个的两倍，则它通过给定距离只需要另一个的一半时间.
关键词： 物理语言；表征；范式结构；教学策略；自由落体
范式的概念是美国科学哲学家库恩在其被喻为“新时代科学哲学的圣经”的《科学革命的结构》一书中提出的.通俗来讲，科学范式就是一些被大多数科学家共同接受的基本理论和定律，共同使用的一套用以逻辑推理和数学演算的符号系统，共同信任的仪器和实验方法，以及解决问题的典型方式等.实验是物理教学的重要组成部分，通过实验，不仅构建起严谨、科学、系统的学科知识体系，而且也是学生发现物理现象、探究物理原理、获取物理知识、提升科学素养的重要路径.表征是指可反复指代某一外部的或想象的事物的任何符号或符号集，是问题解决的一个中心环节，物理语言表征问题有三种基本形式：文字叙述、数学公式表达和图形图象表示.下面结合伽利略关于自由落体定律的经典实验探析物理语言表征问题的范式结构教学策略.
1 物理实验范式结构
库恩指出“如果没有范式理论规定问题并担保有一个稳定解的存在，就不可能构思出这些精心的实验工作，也不可能做任何一个实验”；“实际上，定性范式与定量定律之间的关系是如此的普遍和紧密，以致伽利略以来，在能够设计出仪器以实验来确定它们之前好多年，这些定律就经常借助范式而被正确地猜想出来了”；“有了伽利略的范式后，单摆之类物体的规律性几乎唾手可得了”.在库恩看来，我们今天当成教学重点的一些规律（如单摆的规律）并不是重点（至少不是唯一的重点），而诞生这一规律的伽利略的范式才更为重要.这些思想对物理教学，尤其对物理实验教学有相当大的启发意义.
物理实验是指通过实验的手段和方法，在人为控制条件下，有目的、有计划地运用仪器、设备，排除次要因素干扰，使物理现象反复出现，获取大量资料的一种科学研究方法.在中学物理教学中，物理概念的建立、规律的发现以及物理理论的提出等，都离不开物理实验.物理实验不仅是物理发生和发展的科学基础，同时也是物理教学的基础.新课标中明确指出：“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础.实验对培养学生的观察和动手能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，具有不可代替的重要作用.”
物理实验范式结构大致分为预测、观察、解释三个阶段.
1.1 预测阶段
在做实验前，让每个学生了解学习活动的情境或实验，并在此基础上对实验或事件中某些现象或结果做出预测，并阐述自己预测的理由.
1.2 观察阶段
在实验过程中，让每个学生观察实验或事件发生的过程，独立记录下他们所观察到的现象或结果，并对现象或结果进行分析.
1.3 解释阶段
让每个学生对预测与观察之间的异同进行讨论，做出合理解释，思考并研究和自己观察与预测的是否一致.
2 物理实验范式结构的特点
物理实验范式结构的观点有别于经典观点传统的实验观点，表现为以下方面的特点.
2.1 在观察观方面
摒弃经典观中认为观察是客观的、中立的观点，认为观察并非客观的、中立的，而是渗透着理论，在某一实验过程中，所有学生观察到的现象和得出的结论不是千篇一律的，由于不同学生有着各自不同的经历，在观察同一现象时允许得出不同的结论.
2.2 在科学发生观方面
传统实证主义基础上的一种教学模式认为，知识的学习始于观察，学生通过反复的观察归納、证实科学理论，学习的过程无疑就是记忆在实验中被证实的科学理论.而物理实验范式结构的观点认为科学理论先于观察，观察和实验均离不开理论，科学认识的发生是从问题开始的.在承认学生具有前概念的前提下，认为教学过程是学生的认知被不断深化的过程，预测为学生前概念的自由表达提供平台，实验演示为学生的认知发生冲突提供机会，解释、讨论为实现学生的概念构建提供条件.
2.3 在教学观方面
传统模式下的学生被看作是白板，是知识的容器，他们只是被动地接受知识.教师是知识的源头，是课堂的中心，学生处于次要的位置.信息是从教师到学生的单向传递，教学目的是让学生记牢教师所讲的内容.在教学时，只要教师把教学内容讲解清楚，学生认真听讲就能完成教学任务.与此相反，物理实验范式结构的观点认为，学生不是空着脑袋走进课堂，他们头脑中已存在对科学某种程度的认知.学生知识的获得既是自主建构的过程，也是不断自我否定的过程.教学目的是实现学生概念的构建，学生是课堂的中心，而教师只是教学的组织者和引导者，教学应该创设出使学生认知发生冲突的条件和学生能自由表达个人观点的环境.在课堂上，信息的传递是多元的、双向的，有师生间信息传递，同样也有生生之间信息传递.
3 伽利略自由落体思想实验
关于自由落体运动的研究可以追溯到亚里士多德对物体运动及其原因的探讨，他假设：宇宙中四大元素（依次为土、水、气和火）存在各自静止的“自然位置”.任何物体存在着向其组成元素比例决定的“自然位置”运动的趋势，这种运动称为“自然运动”.所以，所有物体在不受外界作用时的运动决定于其组成比例最大元素.进而，亚里士多德在《论天》中阐述了一个重要的推论：
一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；较重的重量在较短的时间内通过同样的距离，即时间和重量成反比.例如，一个物体的重量是另一个的两倍，则它通过给定距离只需要另一个的一半时间.