窺探初中力概念的教學(xué)邏輯

劉艷輝 石 堯

(1. 北京市順義區(qū)教育研究和教師研修中心，北京 101300; 2. 北京中學(xué)，北京 100028)

1 問題的提出

“力”的概念是我國現(xiàn)行初中物理課程“運(yùn)動與相互作用”一級主題下的重要內(nèi)容,在初中物理知識框架中占據(jù)主導(dǎo)地位,是后續(xù)學(xué)習(xí)重力、摩擦力、平衡力的基礎(chǔ)．對“力”概念的深刻理解,無疑有助于學(xué)生相互作用觀和運(yùn)動觀等物理觀念的形成．然而“力”因其自身的高度抽象性與初中生自身的思維水平之間形成了明顯的“剪刀差”．一旦教學(xué)處理失當(dāng),極易阻礙學(xué)生科學(xué)概念的形成．

2 力概念教學(xué)設(shè)計(jì)的初探

2.1 學(xué)情診斷與目標(biāo)確定

首先,我們采用“問卷”的形式(題目如表1所示),對授課班學(xué)生進(jìn)行調(diào)查取證,通過學(xué)生正誤判斷與理由陳述,了解學(xué)生關(guān)于“力”概念的已有認(rèn)識,進(jìn)而確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)流程．

表1 力概念調(diào)查問卷

由答題情況來看(見表2與圖1),多數(shù)學(xué)生都能判斷正確,但卻難以給出準(zhǔn)確的解釋理由,只是通過“擠壓”、“擊打”等帶有“提示性”的施力動詞來判斷力的存在．換言之,學(xué)生只是憑借直覺、經(jīng)驗(yàn)予以判斷,并沒有對力的概念形成科學(xué)的認(rèn)識．由此可見,倘若在教學(xué)中直接從推、拉、提、壓、吸引等詞語中就概括出力的概念,而隱晦期間學(xué)生的具身體驗(yàn),必然拉大了學(xué)生的思維跨度,使其難以完成對力概念的生成．

表2 正答率統(tǒng)計(jì)

著名物理學(xué)家費(fèi)因曼曾言:“如果非要給出力的精確定義,那么你永遠(yuǎn)也得不到”．[1]因此“力”概念教學(xué)的任務(wù)絕非是讓學(xué)生準(zhǔn)確背出力的定義,而是讓學(xué)生形成對“力”概念的正確認(rèn)知,并用自己的話表述“力”的概念．故而我們將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位于學(xué)生對“力”概念的生成,即輔助學(xué)生得出“力是物體對物體的作用”．為達(dá)成這一目標(biāo),我們沿襲“由感受到感性,再到理性”的教學(xué)思路,將相應(yīng)教學(xué)分成了3個階段．第1階段是通過力的作用效果“看見力”;第2階段是使學(xué)生體驗(yàn)到力作用的相互性,并能夠準(zhǔn)確判斷施力物體和受力物體;第3階段是幫助學(xué)生在前兩個階段的基礎(chǔ)上,生成力的科學(xué)概念,并用科學(xué)的語言予以表達(dá)．

2.2 教學(xué)流程設(shè)計(jì)(如圖2所示)

(1) 引入問題情境,激發(fā)學(xué)生思考.

以問題情境為教學(xué)的切入點(diǎn),既可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,亦能豐富學(xué)生的感性認(rèn)識．這里我們設(shè)計(jì)了包括“速度大小變化、運(yùn)動方向改變及物體形狀改變”等情境,進(jìn)而為學(xué)生隨后的歸類做好鋪墊．

由于視頻資源具有可視化、形象化、持續(xù)化等優(yōu)勢,于是我們采用播放視頻抑或GIF動圖的形式,為學(xué)生呈現(xiàn)如下情景:女排比賽、蹦床比賽(如圖3，圖4所示),并依次提問:發(fā)球時,排球?yàn)槭裁茨軓闹袊?duì)員手中飛出到達(dá)對方場地?兩位中國隊(duì)員攔網(wǎng)時,排球?yàn)槭裁茨芨淖冞\(yùn)動方向落回對方場地?運(yùn)動員落回蹦床時,蹦床為什么能發(fā)生明顯形變?對此,學(xué)生一般都會得出正確結(jié)論,即排球、蹦床都受到了力的作用．此時教師應(yīng)進(jìn)一步發(fā)問,你們是怎樣“看見”力的,即判斷的依據(jù)是什么?進(jìn)而激發(fā)學(xué)生思考,為接下來的教學(xué)做好準(zhǔn)備．

圖3

圖4

(2) 層層遞進(jìn)教學(xué),具身體驗(yàn)活動.

第1層，借助作用效果,反映力的存在.

這一層有兩個任務(wù),在任務(wù)1中,我們將課堂還給學(xué)生,讓學(xué)生利用提供的器材,如氣球、橡皮泥、磁鐵、小球等,設(shè)計(jì)并展示“看見”力的實(shí)驗(yàn)操作,籍此體驗(yàn)用轉(zhuǎn)換法尋找“看見”力的證據(jù)．例如，用手拉動靜止在桌面上的小車,小車從靜止到運(yùn)動,從而“看見”手對車的力;小車在桌面上運(yùn)動一段距離后停下來,從而“反映”桌面對小車的阻力;用手捏氣球,氣球形狀改變,從而“顯示出”手對氣球有力的作用;兩磁鐵分別放在兩小車上,兩小車相互靠近,從而“顯化”磁鐵間的吸引力……此外,教師還可以適時予以補(bǔ)充，例如借助磁鐵改變小球的運(yùn)動方向、利用“轉(zhuǎn)換法”放大微小形變等．

在任務(wù)2中,我們讓學(xué)生對“看到”的力(即力的作用效果)進(jìn)行歸類,籍此促進(jìn)學(xué)生對現(xiàn)象本質(zhì)的梳理．這里學(xué)生大都會分為4類——從靜到動、從動到靜、開始轉(zhuǎn)彎以及發(fā)生形變．此時教師應(yīng)進(jìn)一步帶領(lǐng)學(xué)生概括出上述情境的物理本質(zhì),將非規(guī)范用語科學(xué)化，即物體從靜到動、從動到靜、由快到慢、由慢到快都是速度大小發(fā)生變化,而物體“拐彎”則是速度方向發(fā)生變化,這些統(tǒng)稱為“物體運(yùn)動狀態(tài)的改變”;而物體自身形狀的改變,則簡稱為“發(fā)生形變”．今后當(dāng)“看到”這兩類情況,即出現(xiàn)這兩類作用效果時,我們便可判斷該物體受到了力的作用．這樣將力這一抽象概念形象化、可視化,幫助學(xué)生從物體自身形狀變化、運(yùn)動狀態(tài)變化等現(xiàn)象感知力的存在．

第2層，感受力的作用,明確力的特點(diǎn).

在后續(xù)教學(xué)中,為幫助學(xué)生意識到力的相互作用具有普遍性,做好“力”概念生成的必要鋪墊,筆者又設(shè)計(jì)了3個側(cè)重點(diǎn)不同的體驗(yàn)情境．情境1是體驗(yàn)物體發(fā)生形變時,物體間存在相互作用力,情境2是體驗(yàn)物體運(yùn)動狀態(tài)變化時,物體間存在相互作用力,情境3則是體驗(yàn)不接觸物體間的相互作用力．同時,筆者還設(shè)置了相應(yīng)的問題串,以輔助學(xué)生思維鏈形成,深化對力作用相互性的認(rèn)識．

體驗(yàn)情境1:手拉彈簧拉力健身器，如圖5.

圖5

問題:彈簧形變,說明受到了力的作用,施力物體是誰?手有什么感受?施力物體又是誰?

結(jié)論:彈簧是受力物體,也是施力物體;手是施力物體,也是受力物體．

體驗(yàn)情境2:推動小車前進(jìn)，如圖6.

圖6

問題:小車由靜止開始運(yùn)動，施力物體是誰？手有什么感覺？施力物體又是誰？

結(jié)論:小車和手既可以是受力物體，也可以是施力物體，主要在于研究對象的選取.

體驗(yàn)情境3:兩強(qiáng)磁鐵相互吸引，如圖7.

圖7

問題:左手磁鐵對右手磁鐵有吸引力，右手能感覺到，那么右手磁鐵對左手磁鐵是否有吸引力呢？

結(jié)論:左手磁鐵對右手磁鐵的力與右手磁鐵對左手磁鐵的力是一對相互作用力，力的作用是相互的.

由此，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)力涉及兩個物體,并且受力物體與施力物體在一定條件下(研究對象的選取)可以相互轉(zhuǎn)換．在此,教師還可以進(jìn)一步與“相對運(yùn)動”的有關(guān)知識進(jìn)行適當(dāng)類比(如表3所示)．即與“判斷物體的靜止與運(yùn)動,在于參照物的選取”有異曲同工之妙．

表3

第3層，借助語言工具,完成概念生成.

前蘇聯(lián)心理學(xué)家維果茨基曾言:語言文字是心理的“工具”．只有用自己的語言對大腦中生成的概念予以準(zhǔn)確描述,才能促進(jìn)概念的理解與深化．通過前兩個環(huán)節(jié)的體驗(yàn)感受,學(xué)生已經(jīng)發(fā)掘出“潛藏”于生活實(shí)例與自身經(jīng)驗(yàn)中“力”的科學(xué)概念．接下來,學(xué)生只需綜合前兩個環(huán)節(jié)的感悟,用科學(xué)的語言將頭腦中關(guān)于力的碎片化概念加以整合與凝練,即可完成對力科學(xué)概念的自我生成．需要強(qiáng)調(diào)的是,學(xué)生由于自身認(rèn)知水平所限,在構(gòu)建及表述力的概念時,往往會處于一種想說又難以表達(dá)的矛盾心理之中,具體表現(xiàn)為停頓、結(jié)巴、用詞不規(guī)范等．這時教師應(yīng)適時幫助學(xué)生厘清思路,以舉反例等方式誘導(dǎo)學(xué)生規(guī)范自己的表述,正所謂孔子的“不悱不發(fā)”,這同時也是教師教學(xué)智慧的集中體現(xiàn)．此外,在本階段的教學(xué)處理中,教師還應(yīng)盡量多地給學(xué)生留出一些思考的時間,并結(jié)合小組討論等形式,促進(jìn)學(xué)生對力概念的生成．

(3) 應(yīng)用所學(xué)知識,解決實(shí)際問題.

在教學(xué)的最后環(huán)節(jié),為使學(xué)生習(xí)得的知識真正“活”起來,我們以一道原始物理問題收官．雞蛋掉到地上,地面對雞蛋有力的作用,那么雞蛋對地面有力的作用嗎?如果有,怎樣“看見”雞蛋對地面的作用?面對這種開放性極強(qiáng)的物理問題,學(xué)生的思維很快就會發(fā)生非線性的相互作用,萌發(fā)各種新奇的想法．如在地面上放置海綿,使雞蛋落到海綿上,通過海綿形變“看見”雞蛋對海綿有力的作用;在沙坑上方釋放雞蛋,借助沙子被雞蛋砸出的坑反映雞蛋對沙子有力的作用;將小桌立在沙坑中,在桌腿上標(biāo)記埋沒位置,使雞蛋砸中小桌(雞蛋可能會碎),小桌將向下運(yùn)動陷入沙坑,再次在桌腿上標(biāo)記出沙子埋沒的位置．通過比較兩次的標(biāo)記位置,便可證明雞蛋對小桌有力的作用．

3 啟示與思考

教學(xué)邏輯是指教學(xué)過程中諸要素呈現(xiàn)的先后次序．教學(xué)邏輯在物理教學(xué)中扮演著至關(guān)重要的角色,一個概念或規(guī)律從哪里來,到哪里去,中間又經(jīng)歷怎樣的過程,都應(yīng)有所依照．澳大利亞著名心理學(xué)家,認(rèn)知負(fù)荷理論創(chuàng)始人斯威勒先生曾指出,知識本身的難易程度決定著學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷,是無法改變的,而教師對知識的呈現(xiàn)方式則決定著外在認(rèn)知負(fù)荷,受控于教師本身．[2]由此可見,教師對物理知識呈現(xiàn)的邏輯是至關(guān)重要的．只有教學(xué)活動的邏輯與學(xué)生概念形成的規(guī)律車軌共文,才能有效降低阻礙學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷,促進(jìn)有效教學(xué)的發(fā)生．有鑒于此,在力概念的教學(xué)中,我們在充分考察學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上,以“遵循知識形成過程”為教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯動因,將本節(jié)知識進(jìn)一步細(xì)化分層,努力為學(xué)生搭建起力概念生成的“踏腳點(diǎn)”,引導(dǎo)學(xué)生依次經(jīng)歷“看見力”、感受力、表述力,以及應(yīng)用力解決現(xiàn)實(shí)問題等一系列過程,最終促進(jìn)學(xué)生對力概念生成的拾級而上．