李永樂，中國人民大學附屬中學物理教師、科普達人
我從畢業開始一直在人大附中任職，在2017年開始在互聯網上傳播一些科普視頻，突然之間有很多人看，我也不太清楚大家為什麼來看我的視頻，也許是因為我能把課本的知識和生活現象結合起來，讓大家明白原來課本知識可以運用到生活中去的。
雖然我在互聯網上有很多粉絲，但是我還是一名老師，還是要備課。我想談談一個老師怎麼樣才能把課上好，怎麼樣才能讓學生們喜歡你的課堂。
我們在學習教育學時有這樣一種説法，説教師的發展有三個層次，第一個層次叫關注生存，第二個層次叫關注情境，第三個層次叫關注學生。什麼意思呢？先説關注生存。一個新入職的老師進入到學校之後，首先關注的是自己能不能長期在教學崗位上待下去，不被學生轟下講台，不被家長投訴，不被領導談話。教學工作熟練之後，教師會更加註重教學本身，去想怎麼樣才能提高課堂效率，活躍學生學習的氣氛。最終，這個教師會發展到關注每一個學生髮展，做到針對學生因材施教，讓每一個學生獲得充分的教育空間，這是第三個層次。
我在 2009 年加入人大附中，剛入職的時候，我顯然處於第一個階段，總是對自己的教學謹小慎微，每天晚上都要備課到很晚很晚，還害怕自己是不是有的地方沒講到，考試成績萬一出來了，學生和家長會不會有意見。為了和學生搞好關係，還要有意在課堂中加上故事、笑話，所以我那會兒天天聽郭德綱的相聲，讓學生喜歡我，覺得我有趣。課下拼命找學生談話、給學生分析錯題，在考試前總是給學生髮很多複習資料，生怕學生考不好，但是事實上事與願違。在第一次考試的時候，我教的班考試成績依然墊底。我就很困惑：你努力地提高自己的教學，為什麼還是成績不好呢？我覺得我自己對物理的理解已經很透徹了，上學的時候還參加了物理競賽，為什麼還不會教中學生了呢？
我覺得現在的我已經成功跨越了第一個階段，我已經不再需要那麼長的備課時間，也不需要花大量的時間與學生談話了，我在上課的時候也不會有意加入一些笑話了，但是現在的教學效果也比以前好的多。這麼多年來我的變化到底有哪些？也許就是我從一個佈道者的角色，更多地變成了一個引導者的角色，我希望在課堂上帶着學生感受到物理本身的美，希望學生把學習物理變成了一件充滿樂趣的事情。
長久以來，不管是學生還是老師，他們都認為課本知識是脱離實際的，學習的目的是考試、考證、考大學、找好工作。只要通過了考試，考上了大學，課本知識就再沒有任何作用。持這種觀點的學生，在學習過程中往往會感覺到疲倦。
發現學科本身之美
由於中考、高考指揮棒的原因，很多教育工作者可能也會有這樣的觀點，把過多的精力放在講授考試技巧、解題套路上，但是忽視了知識本身的美。我們經常説：興趣是最好的老師。只有讓學生髮現物理是有趣的，是有用的，他才不會在學習過程中感到枯燥，才會主動去解決學習過程中遇到的困難。
最近一段時間我在教我兒子學習的過程中才有體會，我覺得教育的最低層次是教知識，告訴他你這道題這麼做、那麼做，他會了，但是稍微換個方式他又不會了。稍微高一點的層次的是找方法，自然而然可以舉一反三。但是最高層次是重塑意識，讓他了解學習這些知識是有利的、有幫助的，對你瞭解世界是有幫助的，他才能主動去探究。不管是小孩子還是高中生，其實這套理論都是適用的。但是很遺憾我們很多人都是達到了第一、第二層次，沒有向第三個層次引導孩子的意識這個方向去努力。説得更大一些，如果讓學生感受到科學的美，對於樹立學生正確的人生觀和價值觀也是很有意義的。
以物理教學為例，在教學過程中，怎樣讓學生體會到物理教學之美呢？我説幾個例子。比如説我是一個物理教師，我就應該對這個學科的邏輯有更深的認識，並教會學生這種邏輯。教師應該讓學生懂得這個學科不管是物理、化學、生物、數學、語文、歷史、政治，它都應該是講理的、講邏輯的，而不是強迫你去接受我的觀點。為了做到這一點，老師應該把知識和生活實際相聯繫，或者在不同學科之間彼此交叉、印證，你才會發現學習之間的聯繫，學生們在學一個知識點的時候不是一把散沙，而是一抓一片，這樣學生們體會到學科彼此的聯繫和印證，他才能體會到學科之美。
我舉個例子，我以前也教過數學，教數學上講圓錐曲線時，如果我們用一個平面切割圓錐，橫着切是圓形，斜一點是橢圓，再斜一點是拋物線，再斜一點就是雙曲線了。我們已經知道了圓錐曲線的漸變過程。我們在講物理的時候又講什麼呢？我們講天體運動的軌道，如果速度合適就是個圓，速度不合適是橢圓，速度再大就是拋物線，更大就是雙曲線，為什麼呢？你可以把數學和物理聯繫起來，因為它是一個漸變的過程。你進而可以問學生，為什麼開普勒告訴我們行星運動是橢圓而不是圓啊？因為圓是一種狀態，而橢圓是一個範圍，學生很快就可以明白。因為能量的不同，天體運動軌道會出現一些差別，就會把數學和物理的知識聯繫起來，他們會感覺到科學之間是相通的，你並不是讓我死記這個觀點，你是跟我講道理的。
再比如説如果我們拋一個小球的速度比較快，這個小球可以成為一顆人造衞星繞地球運動，這就是所謂的“牛頓大炮”。當速度沒有到達最低宇宙速度，小球會怎麼樣呢？會落地。它落地的軌道是什麼？很多學生跟我説是拋物線，因為速度慢，可不就是拋物線落地嗎？實際不是。如果數學上來講，我們橫着切一刀是圓形，往下歪一點是橢圓，往上歪一點依然是切出一個橢圓，所以速度不夠依然是橢圓，只是速度很慢的時候接近於拋物線而已。把這個邏輯線給同學們講清楚，物理和數學知識就融會貫通了。
其實有一年北京高考的時候就考了這麼一個問題，為什麼扔小球速度慢是拋物線，速度快就變成圓，再快就變成橢圓？這個問題每個人都有不同的回答，如果我們講課的時候把這個問題講清楚了，學生可以很輕鬆地回答出這個問題的。
讓課堂變得有趣
除了物理學本身嚴謹的邏輯性之美之外，物理學家研究物理的過程也是很有趣的，任何一個學科的研究過程都是非常有趣的，如果你能在上課過程中把物理學史的知識介紹給學生，學生一定感覺這個老師很有意思，這門學科很有趣，學生就會知道物理學家們並不是書本上印着的冷冰冰的名字，而是一個活生生的人，他們也有喜怒哀樂，他們也會互相鬥爭，也會有八卦故事，這些都能夠有效激勵學生的興趣。
比如在講述牛頓發現了萬有引力定律，牛頓怎麼發現的？牛頓在蘋果樹下坐着被蘋果砸了，就發現了萬有引力。這是小學老師也會講的故事，到了初中也會説。到了高中，老師説這個故事不一定是真的，你們記住了。事實是怎麼回事兒呢？事實上牛頓的確有一段時間坐在蘋果樹下，那是第三次世界鼠疫大流行的時候，英國死了幾十萬人，牛頓回到家鄉躲避瘟疫，在此期間做了著名了光的色散實驗，後來疫情結束他又回到了劍橋大學，給物理學會提交了一篇報告，説我研究了光的特點，説光是一種粒子。但是當時英國皇家學會主要的科學家名字叫胡克，他認為光是波，牛頓這個年輕人不講武德。倆人因此有些嫌隙，但他們沒有完全決裂。
那個時代人們已經知道了開普勒定律，知道了天上的星球是圍繞太陽轉的，而且轉的過程中能走出一個橢圓來。於是有人思考為什麼是橢圓呢？牛頓跟胡克之間有通信，胡克就跟牛頓討論問題。牛頓説，您説物體在地球的重力是不是一樣的？胡克説不一樣，哪個地方的重力有大有小，離的越遠重力越小，有平方反比的關係。換句話説，這個關係的確是胡克告訴牛頓的。
1687 年，牛頓寫成了《自然哲學的數學原理》，提出了牛頓三大定律和萬有引力。寫完這本書之後胡克不幹了，胡克説明明這個萬有引力的理念是我告訴你的，你怎麼能把它寫到自己的書呢？我真是太感謝你了，你把我的研究成果發表出來了。牛頓就非常非常生氣，於是就有了那句著名的話，“如果説我看得遠，那是因為我站在巨人的肩膀上。”用於諷刺胡克個子非常矮小，而且是個駝背。
因為這些問題，牛頓和胡克老死不相往來。最後在悲憤交加之中胡克被氣死了。胡克被氣死之後，牛頓就成了英國皇家學會的會長，他乾的第一件事就是搬家，把皇家學會從一個地方搬到另一個地方，而在搬家過程中又不慎遺失了胡克的所有畫像和著作以及所有的研究成果。萬有引力的發現是這樣一個過程。如果我們能把這個過程講給孩子們聽，其實並不需要跟大家講什麼笑話，這樣的故事足以讓同學們記住這些偉大科學家的名字了。
還有，我們要在課堂教學過程中教會學生如何辯證的看問題，因為物理學是不斷進步的科學，我們不會因為今天的成就去否定古代先賢們的發現，我們也不會自我膨脹到認為已經掌握了宇宙真理。我們總是在前人的基礎上再進一步。互聯網非常發達，任何人都可以在網上留言，如果學生們沒有辯證的看待問題的思想就很容易被極端的言論所左右，對學生的發展是不利的。
什麼是辯證的思維？比如在講天體運動的時候首先從托勒密的“地心説”開始，托勒密認為地球是宇宙的中心，行星和太陽圍繞着地球轉。後來哥白尼説不對，説太陽在那兒待着，地球圍繞太陽轉啊轉。於是我們很多老師會講托勒密錯了，而哥白尼是正確的。真的是這樣嗎？真正運動是相對的，所謂相對的就是你既可以認為太陽不動，也可以認為地球不動，這本身並沒有什麼差別。你認為地球不動就是太陽圍繞太陽轉，太陽不動就是地球圍繞太陽轉，二者本質上只是參照系選取的不同，並沒有絕對的對與不對。
後來牛頓出現了，他説根據萬有引力定理認為，只有以太陽為中心這個問題才是可解的，所以人們再一次拋棄了地心説的觀點，認為日心説是正確的。
不過我們要明白，愛因斯坦説參考系的選取是相對的，沒有一個絕對靜止的參考系，所有的物理規律在所有的參考系下都保持不變，這個叫做廣義相對性原理。既然已經有了廣義相對性原理，我們到底取日心和地心就變得不是那麼重要了，牛頓定律只是一個近似的理論，牛頓定律並不一定是正確的。
我們現在已經知道了不管是開普勒、伽利略還是牛頓，他們可能都不是那麼完美。愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論是我們目前所知道的最完美的科學理論，但是我們有信心説愛因斯坦一定是對的嗎？不一定。也許在未來愛因斯坦的理論也會被人推翻，我們説所有的科學理論都是待證偽的理論，沒有絕對正確的理論，只有待證偽的科學理論。正因為如此，我們看待問題的時候可以從不同的角度看待。也讓學生明白，當我們看到一個觀點的時候，可能我們不着急確認它，或者否認它，當看看與它相對的觀點，才能綜合起來判斷。
在這個過程中，我給同學們解釋科學是一點點進步的，托勒密並不是完全錯的，哥白尼、愛因斯坦也並不一定是完全正確的。讓學生們從更多的角度看待問題也是教師的責任。
讓學科走向生活
最後一點，我想讓同學們能夠明白，物理學和生活是相聯繫的，你學習了物理學確實可以理解生活中的一種現象。現在有一種觀點，認為只有能賺錢的才是有用的學問，不能賺錢的學問就不是有用的學問，所以學習好的學生希望學習經濟管理，學習差的學生要去學汽修烹飪。而物理學、數學這種基礎學科，許多人認為是不能賺錢的。這實際上是一種誤區。我經常給學生講，物理學和生活是緊密聯繫的，學好物理學，不光可以讓你更深刻的認識世界，同時也能改造世界，讓你獲得你想要的回報。
我有一個同學是學量子力學的，看起來好像與生活距離很遠，但是他現在回國之後創立了一個公司，使用量子力學的方法計算藥物結構，為許多大型藥企提供設計，還獲得了騰訊和谷歌幾千萬美元的投資。我們在教學過程中，也應該讓學生感受到書本知識與現實生活的聯繫。例如近年中美貿易戰，美國對我國進行芯片制裁。物理課本中就有數字電路一章，很多老師可能不講，因為考試不考，但是每次我在教學時都會專門抽出時間來講。我會給大家講三種基本門電路、以及與非門、或非門、與或非門，我會講如何利用二極管實現這些門電路，以及如何用這些門電路實現加法器。我還會講如何通過光刻的方法將我們的設計變成芯片，以及芯片製作過程中的難度究竟在哪裏。後來學生髮現：一個基本的物理元件居然真的可以製造出計算機這麼神奇的東西，他在這其中感受到了物理的美。
我始終認為，作為一名教師，讓學生們考試考出好成績，這隻達到了教師發展的第一階段——生存。當我們做了一段時間教師，教學工作熟練之後，應該通過關注情境，進而達到關注學生個體的發展。這需要教師本身首先扭轉觀念，認識到向學生傳達科學觀、展現科學之美也是教師的職責。為了讓學生體會科學之美，教師首先要體會科學之美，這也是教師的責任。為了讓學生體會到學習之美，這就需要教師終身學習，多讀書、多看論文、多思考，不能落到一套教案走天涯的舒適區，而要把課程常講常新。
我曾經在一篇文章中讀到一句話：教師並不應該被比作園丁，因為園丁會把花草修剪成他們喜歡的樣子。教師應該是導遊，他把學生帶到科學的花園裏，讓學生感受到科學的美。
（本文根據李永樂在2021搜狐教育盛典演講內容整理，有刪減。）
作者：李永樂
編輯：顧軍
責任編輯：許琦敏
轉載：中國教師報、搜狐教育
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