凸顯物理思想 去探究形式化

摘 要：以高一《牛頓第三定律》為載體進(jìn)行磨課，以探查并解決該課探究教學(xué)存在的形式化、表面化等問題。磨課結(jié)果：探究形式化、表面化等問題漸次減少，物理思想漸次凸顯，過程展開漸次充分，探究味漸次濃郁，學(xué)生收獲漸次豐富。

關(guān)鍵詞：探究教學(xué)；牛頓第三定律；磨課；形式化；物理思想

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0001-4

以高一《牛頓第三定律》為載體，與一名教師進(jìn)行合作磨課，目的是探查并解決其探究教學(xué)存在的形式化、表面化等問題。該教師在三個(gè)班施教該課，每節(jié)課相隔兩天。第一節(jié)為初始課，筆者未介入其設(shè)計(jì)。后兩節(jié)為改進(jìn)課，教師根據(jù)筆者評(píng)析與自我反思重新設(shè)計(jì)、施教。限于篇幅，本文主要聚焦于“物體間相互作用力的大小”教學(xué)片斷。

1 問題的發(fā)現(xiàn)和解決

1.1 問題的初步發(fā)現(xiàn)

【實(shí)錄】

學(xué)生兩人一組，在一條直線上對(duì)拉甲、乙兩個(gè)彈簧秤，對(duì)拉過程中變化直線的方向和力的大?。▓D1所示），同時(shí)比較兩者的讀數(shù)。

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圖1 彈簧秤直拉

實(shí)驗(yàn)后，教師提問：每次讀數(shù)大小相等嗎？

學(xué)生略有猶豫：相等。

教師追問：方向呢？

學(xué)生肯定：相反。

教師再追問：是否同在一條直線上？

學(xué)生肯定：是。

教師面露喜色，聲音提高：由此可以得出什么結(jié)論？

學(xué)生異口同聲：物體間的相互作用力總是大小相等、方向相反、在同一直線上。

【評(píng)析】

其實(shí)兩個(gè)彈簧秤的實(shí)際示數(shù)并未完全相等，但學(xué)生為何說成相等？因?yàn)榻處煹膯栴}“每次讀數(shù)大小相等嗎”是選擇題，只有相等或不相等兩個(gè)選項(xiàng)，而學(xué)生對(duì)這種選擇題式的問題早已習(xí)以為常，也長(zhǎng)期練就了察言觀色，可以輕易從中讀懂教師的心理答案?？梢哉f，學(xué)生讀的不是彈簧秤的示數(shù)，探究的不是物理規(guī)律，而是教師的心理需要，而教師不希望看到帶“毛刺”的數(shù)據(jù)，也就欣然笑納學(xué)生捧送的理想數(shù)據(jù)，“探究”就如此高效地完成了。毫無疑問，這種理想化、形式化、表面化的探究是偽探究，背離了實(shí)事求是的科學(xué)精神。另外，由幾組數(shù)據(jù)就直接概括出普遍結(jié)論，犯了以偏概全的邏輯錯(cuò)誤。總之，這種“探究”短平快、一晃就過，貌似高效，實(shí)則低效。因?yàn)閷W(xué)生收獲的只有僵化的知識(shí)，缺乏高價(jià)值的過程方法、情感態(tài)度價(jià)值觀，依然不脫應(yīng)試教學(xué)的窠臼。

1.2 問題的初步解決

【實(shí)錄】

學(xué)生兩人一組，在一條直線上對(duì)拉甲、乙彈簧秤。在對(duì)拉的過程中，教師提醒要變化直線的方向和力的大小，而且要實(shí)事求是地記錄數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)普遍不理想，教師只好選擇一組較理想的數(shù)據(jù)投影到屏幕上，進(jìn)行分析。如表1所示。

表1 兩彈簧秤的讀數(shù)

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教師提示性提問：如果忽略誤差，甲、乙兩列數(shù)據(jù)會(huì)有什么關(guān)系呢？

學(xué)生聲音稀疏而微弱：相等。

教師提議：既然大家不那么肯定，下面我們改用更精密的傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，看看是否相等。

教師請(qǐng)兩名學(xué)生上臺(tái)協(xié)作，在一條直線上對(duì)拉、對(duì)壓兩傳感器。在拉或壓的過程中，改變兩傳感器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、直拉直壓的方向和力的大小。如圖2所示是電腦輸出的兩彈力曲線圖之一。

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圖2 兩彈力的曲線圖

教師再次提示性提問：大家看到，兩彈力曲線相對(duì)時(shí)間軸對(duì)稱，說明什么呢？

學(xué)生聲音較為肯定：兩個(gè)力大小相等、方向相反、在同一條直線上。

教師補(bǔ)充、總結(jié)：不僅這些實(shí)驗(yàn)，其他大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都表明，物體間的相互作用力總是大小相等、方向相反且在同一直線上。

【評(píng)析】

第二節(jié)課有了一定改進(jìn)，學(xué)生實(shí)事求是地記錄、分析真實(shí)數(shù)據(jù)，朝真實(shí)探究邁進(jìn)了一步。但是，仍然存在一些深層次的問題。

1）首先，由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)抽象出初步結(jié)論，然后由教師補(bǔ)充 “其他大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”，再概括上升到普遍結(jié)論，貌似證據(jù)充分、結(jié)論合理，其實(shí)不然，這個(gè)教學(xué)程序漏掉了高價(jià)值的物理思想和方法。問題在于：“其他大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”是教師居高臨下灌輸?shù)?，而且是抽象籠統(tǒng)的，它們具體是什么？在哪里？學(xué)生一無所知，毫無感覺，只得囫圇吞棗，顯然不符合學(xué)生的認(rèn)知。有人會(huì)說，課堂教學(xué)要有效率，教師就必須發(fā)揮主導(dǎo)作用，否則哪來那么多的時(shí)間、空間和器材去獲取大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？說的沒錯(cuò)，這的確是個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。但是，不妨換個(gè)角度想想，學(xué)生一定需要感知“其他大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”嗎？事實(shí)上，科學(xué)史表明，科學(xué)探究是分階段不斷推進(jìn)的，初始階段未必需要且未必可能窮盡所有現(xiàn)象，這時(shí)需要以物理思想為利器加工有限現(xiàn)象，這個(gè)物理思想就是“同類現(xiàn)象具有相似性”。可首先從有限現(xiàn)象抽象出初步結(jié)論，然后根據(jù)“相似性”推測(cè)其他同類現(xiàn)象也應(yīng)該具有類似結(jié)論。這其實(shí)是物理研究常用的不完全歸納法、類比法，類似于一葉知秋、窺斑見豹，充分體現(xiàn)了物理研究方法的簡(jiǎn)潔美，同時(shí)也說明了人類認(rèn)識(shí)錯(cuò)綜復(fù)雜的自然現(xiàn)象時(shí)的局限和無奈。因?yàn)椴煌耆珰w納法和類比法不能確保其結(jié)論的確定性，只能是或然性。

2）兩個(gè)彈簧秤的每次示數(shù)幾乎都不相等，為什么忽略誤差后就會(huì)變成相等呢？雖然傳感器精度提高了，但憑目視就能判斷兩個(gè)傳感器的彈力曲線完全對(duì)稱嗎？使用軟件的鏡像功能，繞時(shí)間軸翻轉(zhuǎn)任一曲線，可輕易看出兩者是否完全重合或?qū)ΨQ，為什么不用該功能呢？顯然事出有因。從表面上看，是教師想回避麻煩的誤差分析，擔(dān)心使用鏡像功能會(huì)使兩曲線的不完全重合或?qū)ΨQ露餡，于是通過提示“如果忽略誤差”“兩彈力曲線對(duì)稱”誘導(dǎo)學(xué)生而忽悠過去，而學(xué)生對(duì)教師的心理需要心領(lǐng)神會(huì)，配合默契，探究就這樣順利完成了。這種浮光掠影似的探究過程，仍是應(yīng)試思維在作祟。從深層次上看，是師生都存在狹隘的慣性思維，認(rèn)為只要數(shù)據(jù)接近相等，結(jié)果就一定會(huì)相等。試想一下，假如我們是人類首次探究物體間的兩個(gè)相互作用力，頭腦中沒有兩力相等的既定結(jié)論，誰敢肯定兩力一定會(huì)相等？應(yīng)該說，兩力相等的確具有很大可能，但會(huì)不會(huì)還有其他不相等的可能性呢？按照建構(gòu)主義觀點(diǎn)，這有可能。[1]建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)是建構(gòu)的產(chǎn)物，而不是發(fā)現(xiàn)的結(jié)果?！鞍l(fā)現(xiàn)”意味著，不管你發(fā)沒發(fā)現(xiàn)，它都存在著，具有客觀的獨(dú)立性，而“建構(gòu)”則意味著，知識(shí)是人滲透著主觀立場(chǎng)而創(chuàng)造出來的產(chǎn)物，具有主觀性、暫時(shí)性、可變性、相對(duì)性和多樣性，這意味著一切可以質(zhì)疑，可以修正，甚至可以推倒重來。雖然“建構(gòu)”觀有所偏激，但在科學(xué)史上也不乏例證。上述之做法，由于省略了重要的“建構(gòu)”過程，窄化、異化了科學(xué)探究，把可能結(jié)論唯一化、絕對(duì)化，顯然有礙于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、批判和創(chuàng)新精神。教師不妨提醒學(xué)生：首先，誤差不可避免，而且每個(gè)數(shù)據(jù)的誤差方向和大小也無法知道，科學(xué)史上不少科學(xué)家就因不輕易忽略數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的細(xì)微差異而獲得與人不同的結(jié)論。因此，需要我們持開放的心態(tài)和思維，大膽假設(shè)并檢驗(yàn)各種可能，相等只是可能之一，而不是唯一。其次，對(duì)于各種可能的假設(shè)，不僅要用事實(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，還要用物理美學(xué)思想進(jìn)行審視。限于課堂時(shí)空和器材，這里并非要求學(xué)生在課堂上假設(shè)并檢驗(yàn)各種可能，而是提醒、點(diǎn)撥一下學(xué)生，為學(xué)生打開一扇窗戶，拓展視野，促其警覺知識(shí)唯一化、絕對(duì)化的思維定勢(shì)，培養(yǎng)質(zhì)疑的態(tài)度、批判的精神、創(chuàng)新的意識(shí)。

1.3 問題的深入解決

【實(shí)錄】

與第二節(jié)課類似，學(xué)生各小組直拉兩個(gè)彈簧秤，并記錄讀數(shù)。一組上臺(tái)與教師協(xié)作，在不同方向上直拉、直壓兩個(gè)傳感器，并改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，得到兩力的多幅曲線圖，然后把任一力的曲線翻轉(zhuǎn)，又得到對(duì)應(yīng)的鏡像圖。圖3、4、5為其中3幅鏡像圖。

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圖3 兩彈力曲線的鏡像圖1

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圖4 兩彈力曲線的鏡像圖2

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圖5 兩彈力曲線的鏡像圖3

實(shí)驗(yàn)后，教師通過提問，創(chuàng)設(shè)虛擬情境：假如前人沒有研究過物體間的兩個(gè)相互作用力，我們是首次研究者，那么根據(jù)這些數(shù)據(jù)和鏡像圖，我們會(huì)得出兩個(gè)力有什么關(guān)系呢？

學(xué)生回答：肯定相等，應(yīng)該相等，可能相等。

教師引出新問題：有道理。如果寫成公式，相等就是F■=F■。剛才一些同學(xué)說應(yīng)該、可能，還不太肯定，帶有猜測(cè)性質(zhì)，是不是意味著還有其他可能的關(guān)系呢？學(xué)生茫然不解，似不適應(yīng)教師的新問題。

教師降低問題臺(tái)階，變換問題角度：任何實(shí)驗(yàn)都有誤差，但我們?cè)趺粗勒`差的方向（正負(fù)）和大小呢？例如：某次甲力9.52 N，乙力9.46 N，你是怎么得出兩力都是9.50 N呢？

A學(xué)生回答：四舍五入。

教師擴(kuò)展問題視角，進(jìn)一步啟發(fā)：這是粗略做法，相當(dāng)于假設(shè)9.52 N比實(shí)際偏大，同時(shí)9.46 N比實(shí)際偏小。有沒有可能9.52 N比實(shí)際偏小，同時(shí)9.46 N比實(shí)際偏大呢？還會(huì)不會(huì)有其他可能呢？大家可以討論一下，看有什么奇思妙想。

一陣討論之后，教師點(diǎn)名積極討論的B學(xué)生，B說：一切皆有可能！全班發(fā)笑。B繼續(xù)說：兩個(gè)力可能只是接近相等，但不一定相等，可能還有什么復(fù)雜關(guān)系，但一下想不出來。

教師類比啟發(fā)：暫時(shí)想不出來沒關(guān)系。這有點(diǎn)類似于我們要搞一臺(tái)晚會(huì)，全班討論出的方案可能不止一個(gè)，它們都有合理性。一樣地，如果有時(shí)間、有興趣，我們根據(jù)這些數(shù)據(jù)、圖像，也有可能會(huì)討論出幾個(gè)合理的、可能的關(guān)系或公式。如果要優(yōu)選一個(gè)關(guān)系或公式出來，我們會(huì)選哪個(gè)呢？

C學(xué)生說：把數(shù)據(jù)代進(jìn)去，看哪個(gè)公式與數(shù)據(jù)最吻合。

教師追問：如果幾個(gè)公式與數(shù)據(jù)都比較吻合，怎么辦呢？學(xué)生沉默。

教師提示：這時(shí)物理學(xué)家通常會(huì)采用美學(xué)思想進(jìn)行取舍，哪個(gè)簡(jiǎn)潔就優(yōu)選哪個(gè)。那么，哪個(gè)簡(jiǎn)潔呢？

D學(xué)生：肯定是F■=F■。

……

教師：公式F■=F■反映的僅是彈簧或傳感器之間的彈力。但還有其他力（如摩擦力、重力、電力、磁力等），其他物體也多如牛毛。相對(duì)而言，我們得出的僅是初步結(jié)論，相當(dāng)于九牛一毛。如果要得出普遍結(jié)論，我們要不要繼續(xù)觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

E學(xué)生反對(duì)：哪來那么多時(shí)間？

F學(xué)生建議：那就分成很多組，一組做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，合起來就多了。

G學(xué)生質(zhì)疑：去哪里找那么多器材？

教師類比啟發(fā)：看來沒辦法在課堂上研究其他情況了。大家想一下，央視每年都發(fā)布全國(guó)觀眾對(duì)春晚的滿意調(diào)查結(jié)果，這個(gè)結(jié)果是調(diào)查每個(gè)觀眾得來的嗎？

學(xué)生H似有所悟：調(diào)查一些觀眾。那我們也不用做那么多實(shí)驗(yàn)了，把我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推廣到其他情況。

教師：有道理。雖然我們還沒有研究其他情況，但由于自然界同類現(xiàn)象具有相似性，我們可以猜測(cè)其他情況與彈簧或傳感器之間的彈力也類似，通過類推得出物體間的相互作用力總是相等的。這種方法其實(shí)就是物理研究經(jīng)常采用的不完全歸納法和類推法，簡(jiǎn)捷了當(dāng)，省時(shí)省力。但是，這樣得來的結(jié)論絕對(duì)可靠嗎？

學(xué)生若有所思：好像不絕對(duì)。

教師肯定：對(duì)了。假如我們是人類首次研究這個(gè)問題，這個(gè)結(jié)論仍然是初步的、假設(shè)的、暫時(shí)的，還有待我們或后人進(jìn)一步驗(yàn)證，可能被證實(shí)，也可能被修改補(bǔ)充，也可能被推翻。

……

【評(píng)析】

第三節(jié)課以全新的“建構(gòu)”觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以物理思想引領(lǐng)學(xué)生探究未知、建構(gòu)知識(shí)，讓學(xué)生弄清知識(shí)的來龍去脈，減少了形式化，提高了內(nèi)涵度，充分體現(xiàn)了科學(xué)探究精神。為了讓學(xué)生真正探究未知，教師創(chuàng)設(shè)前無研究的虛擬歷史情境，淡化自己先學(xué)先知的知識(shí)優(yōu)勢(shì)，降低自己習(xí)以為常的權(quán)威地位，以此提高學(xué)生的主體地位，激活學(xué)生的探究熱情和思維能量。開始時(shí)，習(xí)慣了教師傳授知識(shí)、知識(shí)唯一化的學(xué)生還回不過神，出現(xiàn)茫然等不適癥狀，教師通過降低問題臺(tái)階、轉(zhuǎn)換問題角度、擴(kuò)展問題視角等手段，運(yùn)用簡(jiǎn)潔美、相似性、類推法、不完全歸納法等物理思想和方法，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想、想象、推理，漸入真實(shí)、自然的探究狀態(tài)，逐步建構(gòu)知識(shí)，這樣學(xué)生收獲的不僅有知識(shí)，還有方法，以及積極的情感體驗(yàn)，較好地落實(shí)了新課程的三維目標(biāo)。值得一提的是，與傳統(tǒng)教學(xué)把知識(shí)唯一化、絕對(duì)化迥然不同，這節(jié)探究課涉及了知識(shí)的暫時(shí)性、發(fā)展性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、批判和創(chuàng)新精神。

2 結(jié) 語

此次磨課的教學(xué)理念、教學(xué)行為和教學(xué)效果發(fā)生漸次變化，形式化和表面化的問題漸次減少，而物理思想漸次凸顯，知識(shí)形成過程的展開漸次充分，探究真實(shí)味漸次濃郁，學(xué)生的收獲相應(yīng)漸次豐富。尤其是最后一節(jié)課，學(xué)生學(xué)到的不再是僵化的知識(shí)，還有高價(jià)值的思想和方法，以及積極的情感體驗(yàn)，較好地落實(shí)了新課程的三維目標(biāo)?？梢韵胂?，如果我們持之以恒，學(xué)生學(xué)習(xí)方式換擋升級(jí)，從舊常態(tài)駛?cè)胄鲁B(tài)，在更高的平臺(tái)上學(xué)習(xí)，其發(fā)展將更具可持續(xù)性。當(dāng)然，在學(xué)習(xí)方式換擋升級(jí)過程中，學(xué)生的主體地位上升了，教師居高臨下的權(quán)威地位則下降了，教學(xué)過程的不確定性隨之增加，教師素質(zhì)所受的挑戰(zhàn)也水漲船高，尤其需要教師加強(qiáng)物理素養(yǎng)諸如物理思想、思維或方法的學(xué)習(xí)，并在教學(xué)實(shí)踐中不斷反思、改進(jìn)，積累實(shí)踐知識(shí)，提升實(shí)踐智慧。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅國(guó)忠.基于后現(xiàn)代科學(xué)觀的創(chuàng)新精神培養(yǎng)[J].山西師大學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007（5）：123—126.

（欄目編輯 廖伯琴）