趙曉丹　洪正平

物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)相互作用和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科.筆者通過(guò)分析大量《力的合成》教學(xué)案例，發(fā)現(xiàn)教師對(duì)教學(xué)過(guò)程的安排，基本都是從生活中豐富的感性材料入手，然后由表及里發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的規(guī)律，最后上升到思維活動(dòng)（形成定律）高級(jí)階段.為了探究其原由，筆者學(xué)習(xí)了皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識(shí)論，發(fā)現(xiàn)上述方法蘊(yùn)含了認(rèn)識(shí)論的哲學(xué)思想.本文將用認(rèn)識(shí)論理論分析《力的合成》教學(xué)規(guī)律.

1 皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識(shí)論

馬修斯說(shuō)過(guò)：任何令人滿意的學(xué)習(xí)理論都包含著認(rèn)識(shí)論的思考.皮亞杰的發(fā)生認(rèn)識(shí)論把認(rèn)識(shí)看作是一種連續(xù)不斷的建構(gòu)過(guò)程.發(fā)生認(rèn)識(shí)論研究各種認(rèn)識(shí)的起源，從最低級(jí)的認(rèn)識(shí)形式開(kāi)始，追蹤認(rèn)識(shí)向各個(gè)水平發(fā)展，直到復(fù)雜的科學(xué)思維.本文所依據(jù)的是皮亞杰晚期的理論成果，皮亞杰晚期的研究通過(guò)對(duì)科學(xué)的分析，探尋思維的心理發(fā)生與科學(xué)發(fā)展歷史之間的聯(lián)系，證明了科學(xué)領(lǐng)域知識(shí)發(fā)展的機(jī)制與心理發(fā)生領(lǐng)域認(rèn)知發(fā)展的機(jī)制存在緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系.也就是說(shuō)科學(xué)發(fā)展從一個(gè)時(shí)期到下一個(gè)歷史時(shí)期的轉(zhuǎn)變機(jī)制，類似于思維從一個(gè)心理發(fā)生階段到下一個(gè)心理發(fā)生階段的轉(zhuǎn)變機(jī)制.這就是在所有領(lǐng)域和所有階段都存在的辯證的三個(gè)階段：從內(nèi)階段到間階段再到外階段，這是一切認(rèn)知發(fā)展的普遍過(guò)程.

皮亞杰的內(nèi)間外理論在不同的階段有不同的特點(diǎn)，內(nèi)階段是對(duì)客體的描述，在內(nèi)階段對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解讀，分離出相關(guān)變量，并對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量和描述.但對(duì)每一個(gè)變量并沒(méi)有深入分析，只是把它們納入到一般概括之中.間階段是對(duì)關(guān)系和轉(zhuǎn)變的研究，它是根據(jù)內(nèi)階段對(duì)現(xiàn)象的觀察、測(cè)量所獲得的資料，概括出一種關(guān)系或定律，也就是用內(nèi)在的變化體系來(lái)概括和代替外在的現(xiàn)象變化，其中內(nèi)在的變化是推理的結(jié)果，這個(gè)過(guò)程蘊(yùn)含著一定的因果關(guān)系和解釋現(xiàn)象的邏輯步驟.首先是概括客體所表現(xiàn)出的關(guān)系，然后借助理論去結(jié)合現(xiàn)實(shí)的情境，最后通過(guò)思維活動(dòng)，對(duì)現(xiàn)象和過(guò)程做出解釋.外階段是結(jié)構(gòu)的形成.在發(fā)生認(rèn)識(shí)論中，認(rèn)知結(jié)構(gòu)不是實(shí)在的，不是先于思維運(yùn)算而預(yù)先存在的東西，而是代表在認(rèn)知結(jié)構(gòu)過(guò)程中思維運(yùn)算所達(dá)到的某種平衡方式，它表現(xiàn)為一個(gè)有限的結(jié)構(gòu)在一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)中的整合和超越，是一種建構(gòu)過(guò)程.我們?cè)谛睦戆l(fā)生和科學(xué)發(fā)展歷史中，在從一個(gè)階段到下一個(gè)階段的轉(zhuǎn)變中，都能發(fā)現(xiàn)它們的存在.

2 《力的合成》認(rèn)識(shí)論分析

《力的合成》這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)學(xué)習(xí)力的合成所遵循的平行四邊形定則，進(jìn)一步理解矢量運(yùn)算法則.通過(guò)分析大量的《力的合成》教學(xué)案例，發(fā)現(xiàn)教案中呈現(xiàn)的課堂教學(xué)一般分為四步.

第一步：新課導(dǎo)入.通過(guò)展示圖片或讓學(xué)生示范（如下圖），使學(xué)生明白一個(gè)力作用與兩個(gè)力同時(shí)作用可產(chǎn)生相同的效果，它們之間是等效替代的關(guān)系，并且是合力與分力的關(guān)系.

情境1：用雙手握單杠使身體平衡（如圖1）.

情境2：用單手握單杠使身體平衡（如圖2）.

第一步中選取的材料是學(xué)生手握單杠使身體平衡，所選對(duì)象是發(fā)生在學(xué)生日常生活中的具體例子，具有一定的現(xiàn)實(shí)性.教師在對(duì)相關(guān)變量和現(xiàn)象進(jìn)行解讀時(shí)，僅僅對(duì)該現(xiàn)象的直觀感受進(jìn)行描述，只說(shuō)明該現(xiàn)象中雙手拉單杠與單手拉單杠這兩個(gè)情境有相同的效果，并不進(jìn)行深層次的分析.在對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行分析時(shí)，引入力的概念，用合力與分力來(lái)定性地解釋這個(gè)等效關(guān)系，也不進(jìn)行具體深入分析.第一步的特點(diǎn)正好符合認(rèn)識(shí)論中內(nèi)階段的特點(diǎn)：對(duì)客體的描述.

第二步：簡(jiǎn)化生活情境.把與單杠對(duì)胳膊的作用力簡(jiǎn)化為輕繩對(duì)鉤碼的拉力（如右圖）.并讓學(xué)生進(jìn)一步親自體驗(yàn)等效關(guān)系.

情境1：用兩根輕繩拉鉤碼，使其平衡（如圖3）.

情境2：用一根輕繩拉鉤碼，使其平衡（如圖4）.

第二步是對(duì)第一步的簡(jiǎn)化.因?yàn)檩p繩的彈力是沿著細(xì)繩收縮的方向，所以用細(xì)繩可以更形象直觀地讓學(xué)生感受作用力的存在.在第一步中學(xué)生只是以觀察者的身份來(lái)認(rèn)識(shí)合力與分力的關(guān)系，這樣得到的認(rèn)識(shí)并不利于學(xué)生的理解.通過(guò)第二步的安排，學(xué)生對(duì)力有了親身的感受，這樣可以更進(jìn)一步理解合力與分力的等效關(guān)系.而且輕繩的使用可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到拉力的方向應(yīng)該沿著細(xì)繩收縮的方向.第二步的特點(diǎn)還屬于認(rèn)識(shí)論中內(nèi)階段的特點(diǎn)，但是安排這一步是為下一步將力進(jìn)行抽象起一個(gè)過(guò)渡的作用.

第三步：抽象分析，得出結(jié)論（如下圖）.

情境1：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉鉤碼，使其平衡，用力的圖示表示（如圖5）.

情境2：用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉鉤碼，使其平衡，用力的圖示表示（如圖6）.

第三步要對(duì)合力與分力的等效關(guān)系進(jìn)行解釋.在這一步中首先測(cè)量出所要研究的力的大小和方向，將力抽象為數(shù)學(xué)符號(hào)，用箭矢把三個(gè)力分別表示出來(lái).這樣，物理現(xiàn)實(shí)中一個(gè)力與兩個(gè)力就被抽象為數(shù)學(xué)中一個(gè)矢量F與兩個(gè)矢量F1、F2.而物理現(xiàn)實(shí)中一個(gè)力與兩個(gè)力是等效的關(guān)系，那么在數(shù)學(xué)抽象中一個(gè)矢量F與兩個(gè)矢量F1、F2是什么樣的關(guān)系呢？我們知道在數(shù)學(xué)中，矢量之間的運(yùn)算遵循平行四邊形法則，那么力矢量的運(yùn)算也應(yīng)該遵循這一法則.由此利用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行思維運(yùn)算，猜想三個(gè)矢量F與F1、F2之間的關(guān)系也應(yīng)符合平行四邊形法則，然后用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.從而得出力矢量運(yùn)算遵循的規(guī)律——平行四邊形定則.第三步的特點(diǎn)正好符合認(rèn)識(shí)論中間階段的特點(diǎn)：對(duì)關(guān)系和轉(zhuǎn)變的研究.將內(nèi)階段觀測(cè)到的等效現(xiàn)象概括為力矢量運(yùn)算遵循的規(guī)律.

第四步：結(jié)構(gòu)形成

將第三步得到的矢量運(yùn)算法則歸入矢量知識(shí)體系，加深對(duì)矢量認(rèn)識(shí).

在學(xué)習(xí)力的合成與分解之前，學(xué)生對(duì)矢量的認(rèn)識(shí)是：有大小有方向的物理量就是矢量.通過(guò)對(duì)力的合成學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)矢量有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，知道矢量不只是有大小和方向，而且矢量在運(yùn)算時(shí)還遵循平行四邊形法則.這樣，學(xué)生對(duì)矢量的認(rèn)識(shí)有進(jìn)一步加深，即明確判斷一個(gè)物理量是不是矢量有兩個(gè)條件，一個(gè)是有大小和方向，另一個(gè)是運(yùn)算遵循平行四邊形定則.第四步的特點(diǎn)正好符合認(rèn)識(shí)論中外階段的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)的形成.外階段在間階段的基礎(chǔ)上，把間階段得到的結(jié)論作為矢量的一個(gè)子系統(tǒng)，整合到矢量這個(gè)更大的系統(tǒng)中，完成矢量知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，使學(xué)生的思維得到超越.

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，《力的合成》教學(xué)案例中教學(xué)步驟的安排符合認(rèn)識(shí)論理論中關(guān)于對(duì)事物認(rèn)識(shí)的普遍規(guī)律.其理論依據(jù)正是皮亞杰發(fā)生認(rèn)識(shí)論中的內(nèi)間外理論.

3 教學(xué)建議

調(diào)查發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀是：雖然教師在講課時(shí)都是按照這樣的步驟來(lái)進(jìn)行，但是教師卻不一定能從理論上去解釋為什么要進(jìn)行這樣的安排.有些案例中也有近乎以上四步的安排，但是每一部之間缺少必要的聯(lián)系，其后果就是教師所講授的內(nèi)容之間沒(méi)有合理的推理.教師會(huì)誤認(rèn)為在每個(gè)環(huán)節(jié)完成本環(huán)節(jié)的任務(wù)就已達(dá)到要求，和其它環(huán)節(jié)沒(méi)有關(guān)系.并且在選取實(shí)例時(shí)，只考慮實(shí)例本身能不能引起學(xué)生的興趣，而沒(méi)有考慮實(shí)例在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中所起的作用.這樣的教學(xué)就像一個(gè)一個(gè)片段的組合，那么得到的知識(shí)也是分離的.知識(shí)之間沒(méi)有聯(lián)系，學(xué)生頭腦中對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)就不能形成一個(gè)完整體系，達(dá)不到認(rèn)知要求.

以上從認(rèn)識(shí)論的角度解釋了力的合成知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程.而學(xué)生對(duì)知識(shí)正確的認(rèn)識(shí)過(guò)程應(yīng)該是與知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程相吻合的，所以教師對(duì)教學(xué)活動(dòng)的安排也應(yīng)符合此規(guī)律.如果教師理解這個(gè)教學(xué)理論，在教學(xué)中就會(huì)有目的地選取一些代表性的實(shí)例，并且實(shí)例中的每一步之間都有一定的呼應(yīng)，這樣，每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)目的性會(huì)非常明確，由易到難，從現(xiàn)實(shí)到抽象，環(huán)環(huán)相扣，步步深入，最后完成知識(shí)的建構(gòu)，這是一個(gè)完整的推理過(guò)程.因?yàn)橹挥型评聿拍苷f(shuō)出現(xiàn)實(shí)之間的關(guān)系.