基于科學(xué)思維 突顯因果本質(zhì)
——例析初中物理教學(xué)中的邏輯失當(dāng)

張前軍

(江蘇省南京市金陵中學(xué)仙林分校中學(xué)部,江蘇 南京 210033)

1 引言

物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動規(guī)律的一門基礎(chǔ)學(xué)科。初中物理教學(xué)的許多內(nèi)容之間存在著因果關(guān)系,判斷兩個事物形成因果關(guān)系需滿足三個條件:(1) 時間序列性。從發(fā)生順序上講,因在前,果在后。(2) 關(guān)聯(lián)性。因的變化必然帶來果的變化。(3) 特定性。排除其他可能解釋結(jié)果的因素。由于初中物理教學(xué)內(nèi)容較為基礎(chǔ)以及學(xué)生邏輯思維水平較低,一些具有因果關(guān)系內(nèi)容的教學(xué)過程看似合乎情理,實(shí)際上卻違背了因果關(guān)系的三個條件,這些教學(xué)邏輯失當(dāng)問題不容易被教師發(fā)現(xiàn),也不會被學(xué)生駁斥,以至于這種類型的錯誤長期存在。下面根據(jù)因果關(guān)系的三個條件對幾個初中物理教學(xué)邏輯失當(dāng)?shù)那闆r進(jìn)行分析。

2 反射定律中“反射角等于入射角”的教學(xué)邏輯問題

關(guān)于“光的反射定律”,為了防止學(xué)生錯誤記成“入射角等于反射角”,有教師在教學(xué)中對 “反射角等于入射角”做了重點(diǎn)強(qiáng)調(diào):這就好比生活中的一個因果關(guān)系,只能說孩子姓氏跟父母姓氏相同,不能說父母姓氏跟孩子姓氏相同;實(shí)驗(yàn)中先有入射光后有反射光,因而不能說成“入射角等于反射角”。這種教學(xué)現(xiàn)象在日常教學(xué)乃至省級優(yōu)質(zhì)課比賽中都出現(xiàn)過,可想而知,這種教學(xué)邏輯失當(dāng)不是少數(shù)教師的行為。

在光的反射中不能說成“入射角等于反射角”,真的可以用因果關(guān)系來解釋嗎?蘇科版初中物理教材是在 “實(shí)驗(yàn):探究光的反射規(guī)律”之后歸納得出以上結(jié)論的,而實(shí)驗(yàn)是探究光的反射規(guī)律,也就是回答以下問題:反射光線在哪里?光的反射遵循什么規(guī)律?反射定律是通過三個方面的表述才確定了反射光線的位置。我們并不否認(rèn)入射光線和反射光線之間滿足因果關(guān)系中的時間序列性,但反射光線是該實(shí)驗(yàn)探究的主體,根據(jù)語言文字表達(dá)習(xí)慣,在定律中就應(yīng)該把“反射光線”放在“入射光線”之前作為主體進(jìn)行表述,用因果關(guān)系解釋定律中“反射角等于入射角”是答非所問,畫蛇添足,這種教學(xué)邏輯誤用了因果關(guān)系的時間序列性。

3 平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中等效替代法的教學(xué)邏輯問題

蘇科版初中物理教材在“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中,提出:“將另一個相同的棋子B放到鏡后,使它與棋子A在平面鏡中所成的像重合,此時棋子B的位置就是棋子A的像的位置?！痹诮虒W(xué)中以及使用較為普遍的資料中關(guān)于棋子B所起等效替代作用的解釋主要有兩類:(1) 棋子B替代了棋子A的像。[1](2) 用棋子B替代棋子A比較像與物的大小關(guān)系,用棋子B替代棋子A的像以確定像的位置。[2]這兩種有代表性的說法都不否認(rèn)棋子B替代棋子A的像,只不過是應(yīng)用范圍有所區(qū)別。

等效替代法是從等同效果出發(fā),用易于研究的、本質(zhì)因素相同的事物替代不容易研究的事物的方法。這里蘊(yùn)含著兩個重要的邏輯關(guān)系:(1) 替代物不是隨意的,其本質(zhì)因素必須與原物相同,符合因果關(guān)系的關(guān)聯(lián)性和時間序列性,即原物是因,替代物是果。(2) 原物和替代物不能同時存在于研究過程中。簡而言之,等效替代的兩個代換主體具有單向性、過程具有排他性,用等效替代法測電阻、“曹沖稱象”故事都凸顯了這個邏輯。由于實(shí)驗(yàn)中棋子A的像的屬性還未知,用棋子B替代棋子A的像顯然不滿足因果關(guān)系的關(guān)聯(lián)性,選擇與已知棋子A相同的棋子B替代棋子A才合乎因果邏輯關(guān)系。

在用棋子B替代棋子A的像并進(jìn)行大小比較的過程中,發(fā)現(xiàn)棋子B與棋子A的像大小相等,此時它們的空間位置自然也相同,位置量可以相互等量代換,至于誰代換了誰只是為了運(yùn)算方便而進(jìn)行的選擇罷了。這也就是說等量代換的兩個量是可以在同一過程中共存的,代換主體也沒有單向性,這與等效替代法蘊(yùn)含的內(nèi)在邏輯關(guān)系是明顯不同的。因此,“棋子B代換了棋子A的像以確定像的位置”用的是等量代換法,說成具有因果關(guān)系的等效替代法在邏輯上是錯誤的。

4 “探究壓力的作用效果”教學(xué)設(shè)計中的邏輯尷尬

關(guān)于“探究壓力的作用效果”實(shí)驗(yàn)中要不要考慮受力物體的材質(zhì),比較流行的看法是:在按現(xiàn)教材的表述開展“壓強(qiáng)”概念教學(xué)時,我們認(rèn)同受力物體的材質(zhì)是影響壓力作用效果的因素之一,但在實(shí)際教學(xué)中通常會回避對該因素的研究。[3]文獻(xiàn)[3]的編輯在編后語中指出:教材安排活動“探究壓力的作用效果”,目的是引入壓強(qiáng)的概念,而非探究壓力引起形變的規(guī)律,教材在各種實(shí)例中都是以相同材料的受力物進(jìn)行對比的,實(shí)驗(yàn)結(jié)論也只限于力的大小和受力面積,從而邏輯地引出了壓強(qiáng)的概念。

我們都認(rèn)同該實(shí)驗(yàn)是為了引出壓強(qiáng)概念,但該實(shí)驗(yàn)并不等同于探究影響壓強(qiáng)的因素(壓力大小和受力面積)而需要回避“受力物體的材質(zhì)”。從該實(shí)驗(yàn)的表述分析,教學(xué)中是無法規(guī)避“壓力作用的效果與受力物體的材質(zhì)有關(guān)”的猜想給教學(xué)所帶來的尷尬,否則就違背了因果關(guān)系的特定性。

筆者認(rèn)為,改變教材的表達(dá)邏輯,一切就會釋然。建議該實(shí)驗(yàn)表述為“活動:探究壓力對作用效果的影響”。調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)表述并不否認(rèn)受力物體的材質(zhì)對作用效果的影響,而且明確表示只是從壓力角度研究對作用效果的影響。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生首先猜想影響壓力作用效果(形變)的因素,學(xué)生的猜想中自然會包括受力物體的材質(zhì),但它不是該實(shí)驗(yàn)所要研究的影響因素,它在該實(shí)驗(yàn)中恰恰是需要“控制不變的量”。

類似問題的解決方法在蘇科版初中物理教材八年級下冊的 “牛頓第一定律”一節(jié)中已經(jīng)出現(xiàn)過。教材在“牛頓第一定律”之前編排了“活動:探究阻力對物體運(yùn)動的影響”,在這個活動中,利用“小車在水平面上運(yùn)動的距離”來反映“阻力對物體運(yùn)動的影響”,但影響“小車在水平面上運(yùn)動的距離”的因素不僅有阻力的大小,還有小車到達(dá)水平面的初速度,因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程必須控制不變的量是“小車到達(dá)水平面的初速度”,只改變阻力大小(改變水平面材料)。顯然,對這部分內(nèi)容的教學(xué)我們是沒有爭議的,也沒有出現(xiàn)教學(xué)邏輯上的尷尬。

在調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)中,要引導(dǎo)學(xué)生從力的三要素角度來改變壓力。由于壓力概念已經(jīng)明確了壓力的方向與受力物體的表面垂直,在這里也只能從力的大小和作用點(diǎn)角度來研究壓力對作用效果的影響。改變力的大小比較簡單,但對改變力的作用點(diǎn)的分析需要一個思維轉(zhuǎn)變的過程:在我們之前的教學(xué)中,學(xué)生已經(jīng)形成了力作用位置在一個“點(diǎn)”上的認(rèn)知,在后面的學(xué)習(xí)中,只要涉及 “力”,學(xué)生頭腦中已經(jīng)把它抽象成了“有向線段”的理想模型,在該實(shí)驗(yàn)中需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注事實(shí)細(xì)節(jié),壓力作用的位置不是一個理想的“點(diǎn)”,實(shí)際是一個“面”,這樣將影響作用效果的壓力的兩個方面因素歸結(jié)為 “壓強(qiáng)”就順理成章了。

5 結(jié)語

科學(xué)思維具有嚴(yán)密的邏輯性,是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。[4]因此,教師要真正做到用教材教而不是教教材,加強(qiáng)對教材的研究,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,基于證據(jù)和邏輯進(jìn)行合乎科學(xué)思維的教學(xué),這樣才能幫助學(xué)生形成物理觀念、提高科學(xué)思維能力,絕不能為了鞏固一些物理知識,對一些錯誤的教學(xué)邏輯習(xí)以為?；蛲泼摓椴坏靡讯鵀橹?。至于在邏輯上容易產(chǎn)生混淆且非重要的內(nèi)容,教師需要將它們的內(nèi)在邏輯關(guān)系研究透徹,在教學(xué)中可以不說,但不能說錯,更不能以訛傳訛。