張羽燕

摘 要：物理規(guī)律教學(xué)要基于學(xué)生的原有認(rèn)識(shí)，遵循其思維發(fā)展規(guī)律，創(chuàng)設(shè)物理問(wèn)題情境，幫助其突破物理思維障礙，引領(lǐng)其探尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，使其從物理視角循序漸進(jìn)地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象及物理過(guò)程本質(zhì)的、內(nèi)在的聯(lián)系。教師要圍繞反映教學(xué)內(nèi)容邏輯的知識(shí)序這棵“藤”，引領(lǐng)學(xué)生摸到科學(xué)思維的“瓜”，通過(guò)“順藤摸瓜”的學(xué)習(xí)過(guò)程，在探尋規(guī)律過(guò)程中提高認(rèn)識(shí)，發(fā)展科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：物理思維障礙；科學(xué)思維；牛頓第一定律

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）1-0032-4

物理規(guī)律是一類(lèi)物理現(xiàn)象及物理過(guò)程本質(zhì)的、內(nèi)在的聯(lián)系在人們頭腦中的反映。物理規(guī)律是物理學(xué)理論體系中最核心的內(nèi)容，物理規(guī)律的教學(xué)是物理教學(xué)的核心內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。

然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時(shí)存在著思維障礙。因此，筆者在物理規(guī)律的教學(xué)中，針對(duì)學(xué)生的思維障礙，以知識(shí)為載體，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，以達(dá)成學(xué)生主動(dòng)探尋規(guī)律的目的。物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)符合其認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)活動(dòng)沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的思維過(guò)程，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律。如果將物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程比作“藤”，科學(xué)思維就是“藤”上結(jié)出的“瓜”。物理規(guī)律教學(xué)中，教師要基于學(xué)生物理思維障礙的突破，引導(dǎo)學(xué)生沿著探尋物理規(guī)律的過(guò)程，發(fā)展科學(xué)思維，力爭(zhēng)將科學(xué)思維的培養(yǎng)融入物理規(guī)律的探尋過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)“順藤摸瓜”的教學(xué)效果，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

物理思維障礙指的是學(xué)生由于物理思維中心點(diǎn)不明確、思維對(duì)象不確定、思維方向不正確、思維邏輯不連貫、思維受到無(wú)關(guān)因素的干擾等原因，導(dǎo)致在認(rèn)識(shí)客觀物理事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)部規(guī)律以及物理事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系時(shí)，思維出現(xiàn)偏差或中斷， 從而造成了物理學(xué)習(xí)困難。[1]

因此，教師在教學(xué)中要基于學(xué)生物理思維障礙的突破，創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、探究的過(guò)程，運(yùn)用科學(xué)的思維方法思考并自主探尋規(guī)律，并將科學(xué)思維內(nèi)化為自己的思維和行為方式，以培養(yǎng)用科學(xué)思維探求新知識(shí)、研究新問(wèn)題的習(xí)慣和能力。

牛頓第一定律是在機(jī)械運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)快慢、力的基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的深入思考，是初中建立運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的基礎(chǔ)，是后面學(xué)習(xí)二力平衡、物體浮沉條件及應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，也是高中學(xué)習(xí)牛頓第一定律、牛頓第二定律的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容由“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”“牛頓第一定律”兩部分組成。牛頓第一定律是經(jīng)典力學(xué)的核心內(nèi)容之一，是力學(xué)的基礎(chǔ)，是將運(yùn)動(dòng)和力聯(lián)系起來(lái)的紐帶。能否正確領(lǐng)會(huì)這一物理規(guī)律，不僅會(huì)影響學(xué)生對(duì)本章的學(xué)習(xí)，還會(huì)影響運(yùn)動(dòng)和相互作用物理觀念的建立和形成?！白枇?duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”是培養(yǎng)科學(xué)探究以及質(zhì)疑與創(chuàng)新、解釋與論證等科學(xué)思維的知識(shí)載體，“牛頓第一定律”是培養(yǎng)科學(xué)推理、科學(xué)建模的科學(xué)思維的知識(shí)載體。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察、思維建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程，則是培養(yǎng)尊重事實(shí)、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新、探索自然、理論聯(lián)系實(shí)際、辯證唯物主義的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的良好載體。

1 學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”的物理思維障礙

為了了解學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時(shí)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平，筆者設(shè)計(jì)前測(cè)題，對(duì)117名學(xué)生進(jìn)行前測(cè)。解答前測(cè)題時(shí)需要學(xué)生自己構(gòu)建模型。通過(guò)對(duì)前測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析，可以看出：

知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)與技能方面：73%的學(xué)生認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持，原因是學(xué)生缺乏對(duì)現(xiàn)象的觀察，混淆了運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，對(duì)力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的認(rèn)識(shí)停留在識(shí)記層面；35%的學(xué)生知道如何控制從斜面上自由滑下的小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)的初速度大小。

思維、方法和能力方面：73%的學(xué)生缺乏分階段研究物理過(guò)程的方法；61%的學(xué)生缺乏運(yùn)用證據(jù)反駁或說(shuō)明觀點(diǎn)的科學(xué)論證能力；84%的學(xué)生缺乏將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，從實(shí)際情境中提煉物理概念、物理過(guò)程的科學(xué)建模能力和意識(shí)。

以上問(wèn)題，究其原因是學(xué)生缺乏分階段研究物理過(guò)程的方法，存在邏輯思維障礙。在思考問(wèn)題時(shí)，缺乏目的性、條理性，對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題，往往不依據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析，而是憑感覺(jué)去判斷，不依據(jù)理論按照一定邏輯關(guān)系去推理，而是主觀臆斷。

2 突破思維障礙，“順藤摸瓜”培養(yǎng)科學(xué)思維的教學(xué)策略

“牛頓第一定律”一節(jié)內(nèi)容隸屬于“運(yùn)動(dòng)與相互作用”部分，反映了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。教學(xué)中必須以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展為目標(biāo)，考慮學(xué)生探尋規(guī)律的“思維關(guān)鍵點(diǎn)”，幫助學(xué)生突破思維障礙，循序漸進(jìn)地探尋規(guī)律。

筆者針對(duì)學(xué)生的思維障礙，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，通過(guò)一連串的問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思維，圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)的“思維關(guān)鍵點(diǎn)”，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷體驗(yàn)、探究、論證、推理、建模過(guò)程，糾正錯(cuò)誤認(rèn)知，從有限次實(shí)驗(yàn)結(jié)果過(guò)渡到理想實(shí)驗(yàn)規(guī)律。教學(xué)策略如圖1所示：

這一過(guò)程，筆者圍繞反映教學(xué)內(nèi)容邏輯的知識(shí)序這棵“藤”，引領(lǐng)學(xué)生摸到了科學(xué)思維的“瓜”，“順藤摸瓜”的學(xué)習(xí)過(guò)程，有效地達(dá)成了引領(lǐng)學(xué)生在探尋規(guī)律的過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維的目的。

3 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的“順藤摸瓜”的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

探尋規(guī)律的過(guò)程要遵循學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律，以“思維關(guān)鍵點(diǎn)”為依托，創(chuàng)設(shè)物理問(wèn)題情境，突破學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，促進(jìn)其在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上通過(guò)科學(xué)推理總結(jié)、理解規(guī)律。所以，圍繞“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系—探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響—牛頓第一定律”的知識(shí)序，筆者合理安排課堂教學(xué)的時(shí)空順序——教學(xué)序，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生自主探尋規(guī)律、發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的目標(biāo)。

3.1 【環(huán)節(jié)1】 運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系

活動(dòng)一（實(shí)驗(yàn)）：在水平桌面上，用手推小車(chē)，運(yùn)動(dòng)一段路程后松手，小車(chē)又運(yùn)動(dòng)一段路程，最后停下來(lái)。

提問(wèn)：看到什么現(xiàn)象？想到什么？

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并區(qū)分物體運(yùn)動(dòng)和物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，引導(dǎo)學(xué)生將小車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分階段描述，分析其在水平方向的受力情況。

活動(dòng)二（播放視頻）：用力踢足球，踢出去的足球在草地上繼續(xù)滾動(dòng)，最后停下來(lái)。endprint

提問(wèn)：看到什么現(xiàn)象？想到什么？

活動(dòng)三（演示實(shí)驗(yàn)）：小車(chē)在氣墊導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生分析，認(rèn)識(shí)到物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，力的作用是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。介紹亞里士多德的觀點(diǎn)和伽利略的觀點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)說(shuō)明】

通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)、事例分析等活動(dòng)，結(jié)合分階段研究物理過(guò)程的方法，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激活學(xué)生思維，有效突破了學(xué)生混淆運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的思維障礙點(diǎn)，糾正了“物體受力才運(yùn)動(dòng)”和“物體運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持”的錯(cuò)誤前認(rèn)知，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷從實(shí)際情境中提煉物理概念、物理過(guò)程的科學(xué)建模過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了依托“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”，通過(guò)運(yùn)用證據(jù)反駁或說(shuō)明觀點(diǎn)的方式發(fā)展科學(xué)論證、科學(xué)建模、解釋的科學(xué)思維，感受物理與生活的密切聯(lián)系，形成了尊重事實(shí)和敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

3.2 【環(huán)節(jié)2】 探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響

（1）引出探究問(wèn)題

引導(dǎo)學(xué)生將問(wèn)題轉(zhuǎn)換成可探究的科學(xué)問(wèn)題——探究阻力的大小對(duì)物體運(yùn)動(dòng)速度變化快慢的影響。

（2）引出探究實(shí)驗(yàn)裝置

提出問(wèn)題：怎樣用斜面、水平長(zhǎng)木板設(shè)計(jì)在運(yùn)動(dòng)方向上不受動(dòng)力的小車(chē)？

展示實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2所示），每組三個(gè)裝置的斜面部分完全相同，水平面由粗糙程度不同的木板構(gòu)成，小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)受到的阻力分別為3 N、2 N、1 N。

（3）設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)

引導(dǎo)學(xué)生從變量識(shí)別、操作變量的角度思考，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)。學(xué)生認(rèn)識(shí)到：

①自變量是小車(chē)在水平面受的阻力大小，需要改變、知道大??；

②控制變量是小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)的初速度大小，控制其不變的方法引導(dǎo)過(guò)程如下：

展示圖1所示的裝置，問(wèn)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)在哪個(gè)水平面停下來(lái)快？學(xué)生預(yù)測(cè)后演示，遮住斜面部分，讓相同的小車(chē)從斜面不同高度自由滑下（用攝像頭拍攝），使小車(chē)在摩擦力大的水平面停下。學(xué)生推測(cè)原因，播放實(shí)驗(yàn)拍攝的視頻。

演示：將兩個(gè)圖2所示的裝置并排放在水平桌面上，兩端對(duì)齊，讓完全相同的小車(chē)分別從兩個(gè)軌道最高點(diǎn)由靜止開(kāi)始同時(shí)自由滑下，觀察兩小車(chē)是否一直并排滑動(dòng)，直到軌道零刻度線處。對(duì)調(diào)兩小車(chē)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

③因變量是小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢，對(duì)其測(cè)量轉(zhuǎn)換成小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

④實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格如表1所示。

（4）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究，收集證據(jù)

（5）分析論證，交流合作

【設(shè)計(jì)說(shuō)明】

引導(dǎo)學(xué)生“探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”時(shí)，通過(guò)“引出探究問(wèn)題—轉(zhuǎn)化科學(xué)探究問(wèn)題—引出探究實(shí)驗(yàn)裝置—引導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)—分析論證”等一系列循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，保證了科學(xué)探究活動(dòng)的高效、有序開(kāi)展?？茖W(xué)探究過(guò)程，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)論證、質(zhì)疑與創(chuàng)新、解釋的科學(xué)思維的發(fā)展，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力，促進(jìn)了學(xué)生不斷探索、合作交流的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的形成。

3.3 【環(huán)節(jié)3】 牛頓第一定律

（1）從有限次實(shí)驗(yàn)結(jié)果過(guò)渡到理想實(shí)驗(yàn)規(guī)律

如果做第4次實(shí)驗(yàn)，讓小車(chē)在水平面受的阻力更怎樣？小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間比第3次怎樣？小車(chē)速度變化快慢比第3次怎樣？

如果做第10次、100次、1 000次、10 000次實(shí)驗(yàn)，甚至更多，如果每次讓小車(chē)在水平面受的阻力比上次更小，小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間會(huì)比上次怎樣？小車(chē)速度變化快慢比上次怎樣？

假如小車(chē)在完全光滑的水平面上運(yùn)動(dòng)，一點(diǎn)阻力都不受，小車(chē)在水平面運(yùn)動(dòng)時(shí)間會(huì)怎樣？小車(chē)速度變化快慢會(huì)怎樣？小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向會(huì)不會(huì)改變？小車(chē)將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？

（2）牛頓第一定律

介紹物理學(xué)史

①伽利略的觀點(diǎn)

介紹伽利略理想實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)推理。明示以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合科學(xué)推理得出結(jié)論是重要的科學(xué)研究方法。

②笛卡爾的觀點(diǎn)

如果運(yùn)動(dòng)物體不受任何力的作用，不僅速度大小不變，且運(yùn)動(dòng)方向也不變，將沿原來(lái)的方向運(yùn)動(dòng)下去。

③牛頓的補(bǔ)充

靜止的物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，將保持靜止?fàn)顟B(tài)。

（牛頓第一定律的內(nèi)容）

解讀牛頓第一定律：

教師引導(dǎo)學(xué)生從如下層面思考，并解答相關(guān)問(wèn)題：

①對(duì)牛頓第一定律內(nèi)容的分析：研究對(duì)象、條件、觀點(diǎn)。②能否用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？③總結(jié)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：物體不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)不會(huì)改變？怎樣才能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？運(yùn)動(dòng)物體一定受力嗎？維持運(yùn)動(dòng)需不需要力？

【設(shè)計(jì)說(shuō)明】

在實(shí)驗(yàn)條件不允許的條件下，師生共同演繹從假如做第4次實(shí)驗(yàn)，到假如做第10 000次實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生順利從有限次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)科學(xué)推理過(guò)渡到理想實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)了科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑與創(chuàng)新、科學(xué)建模、解釋的科學(xué)思維的發(fā)展。

總之，物理規(guī)律的教學(xué)中，教師要了解學(xué)生的已有認(rèn)知水平和能力水平，基于學(xué)生物理思維障礙的突破，結(jié)合認(rèn)知目標(biāo)和科學(xué)思維兩個(gè)維度安排學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過(guò)提出問(wèn)題—猜想假設(shè)—實(shí)驗(yàn)探究—科學(xué)推理等論證的過(guò)程，達(dá)成從物理視角循序漸進(jìn)地認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律，并在解決問(wèn)題的過(guò)程中提高認(rèn)識(shí)的目的。這個(gè)過(guò)程中，教師要圍繞反映教學(xué)內(nèi)容邏輯的知識(shí)序這棵“藤”，引領(lǐng)學(xué)生摸到科學(xué)思維的“瓜”，通過(guò)“順藤摸瓜”的學(xué)習(xí)過(guò)程，有效發(fā)展其科學(xué)建模、科學(xué)推理、解釋與論證、質(zhì)疑與創(chuàng)新的科學(xué)思維。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚文友.高中生物理學(xué)習(xí)思維障礙分析及教學(xué)策略的研究[D].南京：南京師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[2]閻金鐸.物理教學(xué)論[M].南京：江蘇教育出版社，1991.endprint