在课堂教学中，教师更多关注物理观念的形成过程，为了避免学生的误解，刻意规避规律研究过程中的“失败”经验及理论，用40分钟浓缩了几十年甚至千年的知识形成过程，致使学生产生了物理知识的形成是一蹴而就的观念，缺少了知识探索的过程，最终停留在浅层的学习中，成为知识的被动接受者。 《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出：“遵循高中生的认知规律及物理学科特点，设计循序渐进的必修与选择性必修课程内容。纳入物理学的基本学习内容，既关注全体学生的共同基础，又兼顾部分学生进一步学习的需求。”[1]教师在教学中立足于有效失败理论，基于高中物理学史中的“失败”案例，开展“有效失败”的教学，注重体现物理学科的本质，帮助学生走出物理学史中的“失败”误区，培养学生物理学科核心素养。 一、核心概念 （一）有效失败理论 2008年，心理学家马努，卡普尔（Manu Kapur）提出了“有效失败”的新概念。他把成功分为有效成功（productive success）和无效成功（unproductive success），失败分成有效失败（productive failure）和无效失败（unproductive failure）。学生在学习过程中表现出困难和挣扎，在短时间内学习结果是失败的，但从长远来看这种失败是有效的。学生通过知识迁移经历了动脑思考，失败后的反思、知识的整合、分析修正失败，获得了学习结果和行为的共同成功，即为有效失败[2]。将上述概念延伸后，物理学史中物理学家、哲学家基于生活情境和思考整理总结出的“错误”理论，也属于“有效失败”的理论范围。 （二）物理学史 物理学史不仅要包含历史资料，还要包含科学家的科学方法、思想和态度[3]。物理学史不但可以激发学生的学习兴趣，还能够提升学生对科学本质的认识，进而树立正确的价值观，培养他们的创新精神和能力[4]。 在“上科版”高中物理必修一至必修三中存在大量进行“失败”实验或提出“失败”理论的物理学史案例，如情境重现中亚里士多德对于运动和力关系的归纳总结，托勒密的“地心说”，科拉顿有关电磁感应的实验等。 二、创新实践过程 （一）课程资源的深度挖掘 设计初期，仔细研读三册必修教材，深度挖掘“有效失败”的物理学史教学资源，如物理学家的贡献，时代背景下提出假设的事实依据，研究过程中的思考与探索，实验的原始数据等，力求形式多样化（见下页表1）。 教材中对于上述“失败”的实验过程仅用寥寥数语进行了描述，学生能初步了解在物理学探究过程中会经历失败，但对于“失败”中蕴含的价值却不甚了解。因此，在课程设计初期，对失败的过程充分延展，将失败分为“观察猜想失败”“实验操作失败”“实验结论失败”和“失败中经历成功”四个类型。 （二）基于四个“失败”类型的教学实践探索 1.观察猜想失败 物理学源于自然哲学，如牛顿所著的《自然哲学的数学原理》，欧美现仍将物理博士学位称为哲学博士（Doctor of Philosophy），由此可见物理学与哲学的渊源。早期关于自然的认识都建立在“思辨”的基础上，即观察、猜想及归纳。这源于当时的时代背景，许多哲学家、思想家成为物理学科的先行者，提出了许多有事实依据作为支撑的理论。回顾史料不难知晓，亚里士多德早在《物理学》中就提出了物理学的公设，并非是通过简单的生活例子，而是在严谨的理论逻辑之下得出的观点，他是能够做到自圆其说的[5]。
基于上述时代背景，提出“思辨”主题，以头脑风暴的形式展开辩论，如“亚里士多德的理论是否为不切实际”“亚里士多德的四元素说如何解释当时的生活现象”等，暂且摆脱物理结论源于实验基础的束缚，以讨论、辩论、解释的形式感受哲学家们的智慧。 2.实验操作失败 物理是一门实验科学，高中物理实验教学包含了演示实验、学生实验等类型，通过实际情境的猜想、实验的设计、数据处理与分析等得到物理规律。上述多种实验类型往往是给定学生实验器材，根据教学要求进行实验探究，借助信息化处理系统、计算器等就可以得到实验结论。因此，学生在学习过程中了解“实验操作失败”的物理学史部分时，往往会觉得他们运气不佳、错失良机等。如科拉顿在研究电磁感应现象的过程中，经历了一次“成功的失败”，实验装置设计得完全正确，如果不将电流计放到另一个房间，那么他将观测到电流计指针的偏转现象。物理学规律的发现有时候也伴随着运气的成分，因此在对科拉顿表示遗憾的同时，也要关注科拉顿对于实验的巧妙设计。 因此，我们将“实验操作失败”聚焦于“设计”二字，在课堂教学中掌握了电磁场的相关知识后，布置了实验设计作业，即如何自主搭建物理实验验证电磁场现象中某一条规律的准确性，可以是电流周围存在磁场、感应电流产生的条件、安培力等，该作业为小组合作形式，力求培养学生的创新能力。图1为某小组设计的电磁感应秋千，能够持续摆动的原因之一就是通电导体在磁场中受到了力的作用。
