何秀鳳

摘 ? ?要：教學(xué)設(shè)計(jì)是否尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律是課堂成敗的關(guān)鍵，而學(xué)生認(rèn)知的核心是思維邏輯。這要求教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要從學(xué)生的邏輯起點(diǎn)出發(fā)，給予學(xué)生邏輯思考的空間，既要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯論證，又要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會邏輯表達(dá)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì);認(rèn)知;思維邏輯

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）6-0011-3

牛頓第一定律是經(jīng)典物理學(xué)的基石，是初中物理關(guān)于“運(yùn)動和力”的重要內(nèi)容，也是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條基礎(chǔ)性定律。然而，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)之后對牛頓第一定律的內(nèi)容并不能真正理解，更不會運(yùn)用這一定律去解決一些實(shí)際問題。究其緣由，其中一個(gè)很重要的原因是教師在教學(xué)中沒有尊重學(xué)生在認(rèn)知過程中的思維邏輯。換句話說，學(xué)生是被動接受知識結(jié)果，而未真正明白其所以然。所以，筆者認(rèn)為，要讓學(xué)生對牛頓第一定律有真正融會貫通的理解，必須讓學(xué)生以邏輯思維的體驗(yàn)貫穿始終，這就要求教師對這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)也必須以尊重學(xué)生認(rèn)知的思維邏輯為前提。

1 ? ?引入——基于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的邏輯起點(diǎn)

設(shè)計(jì)策略：拋出討論話題，讓學(xué)生亮出自我觀點(diǎn)。

關(guān)于運(yùn)動和力，學(xué)生自我感覺并不陌生，他們都或多或少有著一些憑著自己的經(jīng)驗(yàn)而積累的固有認(rèn)識，所以，引入時(shí)教師可以拋出討論性的話題：（1）生活中我們看到很多物體都在運(yùn)動，運(yùn)動的物體是否受到了力的作用？舉例說明;（2）物體要是不受力的作用，會運(yùn)動嗎？何以見得？對于第一個(gè)話題，學(xué)生在討論中能夠一致得出“運(yùn)動的物體可能受到力的作用，也可能不受力的作用”的結(jié)論。而對于第二個(gè)話題，學(xué)生的意見就不太統(tǒng)一，有的說“物體必須受到力才會運(yùn)動”，有的說“物體不受力還是會運(yùn)動的”，有的說“物體不受力到底會不會運(yùn)動不能確定”，有的說“物體不受力應(yīng)該可以運(yùn)動的，就是不知道會做怎樣的運(yùn)動”。

用這兩個(gè)話題引入，目的就是要讓學(xué)生站在自己的邏輯起點(diǎn)上去思考、去探索。這兩個(gè)話題背后的邏輯起點(diǎn)就是運(yùn)動是物體自身存在的一種狀態(tài)，而力是一個(gè)物體和另一個(gè)物體發(fā)生聯(lián)系時(shí)的相互作用;力的作用效果之一是力可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài);物體受到力時(shí)可能在運(yùn)動也可能不運(yùn)動，反之，物體不受力時(shí)同樣可能運(yùn)動也可能不運(yùn)動。基于這樣的認(rèn)識，學(xué)生的思維自然而然地朝著一個(gè)方向發(fā)展，那就是運(yùn)動和力之間不可能沒有關(guān)系，運(yùn)動和力應(yīng)該存在著一定的聯(lián)系。如果力與運(yùn)動有聯(lián)系，那么力是維持物體運(yùn)動的還是改變物體運(yùn)動的？力又是怎樣改變物體運(yùn)動狀態(tài)的？

2 ? ?問題——始于學(xué)生認(rèn)知變化的邏輯思考

設(shè)計(jì)策略：創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生不斷產(chǎn)生問題。

運(yùn)動和力究竟有著怎樣的內(nèi)在聯(lián)系，這是一個(gè)籠統(tǒng)的宏觀問題，憑借學(xué)生的現(xiàn)有水平是無法直接正確回答的。教學(xué)中需要教師創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生一系列連貫性的具體的小問題，引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知朝著正確的方向發(fā)生變化。教師可以創(chuàng)設(shè)分步式的情境加以啟發(fā)：

（1）實(shí)驗(yàn)一：用手推動原本靜止的木塊讓它在水平面上運(yùn)動。

學(xué)生在觀察中產(chǎn)生問題：木塊為什么會運(yùn)動？木塊又為什么會靜止下來？

（2）實(shí)驗(yàn)二：用力猛推一下靜止的木塊迅速將手移開，木塊運(yùn)動一段距離后靜止下來。

學(xué)生思考分析：用力推木塊，使木塊由靜止變運(yùn)動，是推力改變了木塊的運(yùn)動狀態(tài);當(dāng)手離開木塊后木塊仍能運(yùn)動，說明物體的運(yùn)動不需要由力來維持;最后木塊又慢慢變?yōu)殪o止，是因?yàn)槟緣K受到了水平面對它的摩擦力作用，是摩擦力再次改變了木塊的運(yùn)動狀態(tài)。

學(xué)生的認(rèn)知在上述問題情境中不斷發(fā)生變化，他們越來越清晰地認(rèn)識到：運(yùn)動和力之間確實(shí)存在著一定的聯(lián)系，即力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。

（3）教師追問：如果水平面對木塊的摩擦力小一點(diǎn)，那它的運(yùn)動會怎樣？

學(xué)生馬上回答：“那它的運(yùn)動距離會長一點(diǎn)，停下來會慢一點(diǎn)?！?/p>

至此，在學(xué)生的思維邏輯中，顯然已經(jīng)把頭腦中產(chǎn)生的問題一步步細(xì)化，由最初的“運(yùn)動和力是否有關(guān)系”到“力和物體的運(yùn)動狀態(tài)之間有一種怎樣的內(nèi)在聯(lián)系”到“力的大小發(fā)生改變導(dǎo)致物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的快慢會怎樣”。

3 ? ?研究——忠于學(xué)生思維發(fā)展的邏輯論證

設(shè)計(jì)策略：通過實(shí)驗(yàn)研究，讓學(xué)生自主解決問題。

科學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)重要特征是獲取實(shí)證，即像科學(xué)家一樣邊實(shí)驗(yàn)邊研究。本節(jié)課中，當(dāng)學(xué)生的問題越來越明朗化，其思維也一步一步向縱深發(fā)展的時(shí)候，教師就得適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生研究并解決問題，研究需要通過實(shí)驗(yàn)獲取事實(shí)證據(jù)，需要依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行邏輯論證。當(dāng)然，基于教師的主導(dǎo)作用，教師先得引入小車作為研究對象，并給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材（斜面、小車、長木板、毛巾、棉布等）供學(xué)生選擇。這一研究過程大致可分為四步：

（1）提出問題，建立假設(shè)

問題：如果所受摩擦力不同，小車在水平面上運(yùn)動距離會一樣嗎？

假設(shè)：如果所受摩擦力不同，小車在水平面上運(yùn)動距離會不一樣，摩擦力越小，小車在水平面上的運(yùn)動距離越長。

（2）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要教師的適度指導(dǎo)，指點(diǎn)他們圍繞系列問題進(jìn)行設(shè)計(jì)：小車在水平面上運(yùn)動距離的長短意味著其速度減小得快還是慢？如何給小車提供一個(gè)初速度？變量與控制變量是什么？觀察什么？比較什么？記錄什么？

（3）實(shí)驗(yàn)活動實(shí)施

觀察從同一斜面同一高度處由靜止開始滑下的小車在不同水平面（木板、毛巾、棉布）上的運(yùn)動距離的長短，獲取事實(shí)并作記錄。

（4）分析與論證

首先，之所以讓小車從同一斜面的同一高度由靜止滑下是為了控制小車在水平面上有同樣的初速度;其次，在長木板上鋪上毛巾和棉布是為了改變摩擦力這個(gè)因素;其三，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中獲取的“小車在光滑的木板上運(yùn)動距離最長，在鋪有毛巾的木板上運(yùn)動距離最短”的事實(shí)，說明小車在水平面上受到的摩擦阻力越小，速度減小得越慢，運(yùn)動時(shí)間越長，運(yùn)動距離也越遠(yuǎn)。最后，如果長木板足夠長，且做得非常光滑，小車可能會沿木板一直運(yùn)動到很遠(yuǎn)。

4 ? ?結(jié)論——成于學(xué)生認(rèn)知完善的邏輯表達(dá)

設(shè)計(jì)策略：了解科學(xué)史實(shí)，讓學(xué)生不斷完善結(jié)論。

牛頓第一定律是科學(xué)家們基于大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)并加以合理的邏輯分析和推理而得到的，教學(xué)中光憑學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M得到結(jié)論，這是很不科學(xué)的，與科學(xué)教學(xué)“要體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)”的要求不符。因此，在學(xué)生自己通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究之后，必須要讓學(xué)生進(jìn)一步了解在科學(xué)發(fā)展史上這一內(nèi)容的知識演變過程，讓他們真正經(jīng)歷一次“像科學(xué)家一樣思考”的過程，使他們的認(rèn)知不斷得以完善。同時(shí)，教師不斷加以引導(dǎo)，使學(xué)生能以自己的思維邏輯來表達(dá)自身的認(rèn)知結(jié)論。

（1）意大利科學(xué)家伽利略的理想實(shí)驗(yàn)

具有某一速度的小球在光滑斜面向下運(yùn)動，重力是使它速度增大的原因;具有某一速度的小球在光滑斜面向上運(yùn)動，重力是使它速度減小的原因;而若具有某一速度的小球在光滑水平面上運(yùn)動時(shí)，重力既不會使它速度增大也不會使它速度減小，又不存在阻力，則小球?qū)⒃诠饣矫嫔弦赃@一速度一直運(yùn)動下去。

學(xué)生的思維表達(dá)是：小球若沿光滑斜面向下運(yùn)動，是重力使它的運(yùn)動狀態(tài)不斷改變，因?yàn)榇藭r(shí)重力是動力，所以速度越來越大;小球若沿光滑斜面向上運(yùn)動，也是重力使它的運(yùn)動狀態(tài)不斷改變，因?yàn)榇藭r(shí)重力是阻力，所以速度越來越小;小球若沿光滑水平面運(yùn)動，則重力無法改變它的運(yùn)動狀態(tài)，如果又不存在其他阻力，則小球?qū)⒃诠饣矫嫔弦栽械乃俣纫恢边\(yùn)動下去。

（2）法國科學(xué)家笛卡爾的研究

進(jìn)一步發(fā)展了伽利略的思想，得出的結(jié)論是：一個(gè)運(yùn)動的物體如果不受任何力的作用，不僅速度大小不變，它的運(yùn)動方向也不會改變。

學(xué)生的思維表達(dá)是：因?yàn)榱κ歉淖兾矬w運(yùn)動狀態(tài)的原因，所以當(dāng)一個(gè)運(yùn)動的物體不受任何力的作用，它原有的運(yùn)動狀態(tài)不會發(fā)生改變，即速度大小不變，運(yùn)動方向也不會改變。

（3）英國物理學(xué)家牛頓的研究

牛頓傳承了前人的研究結(jié)論，并在前人的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)“運(yùn)動物體受到的阻力越小，速度減小得越慢，運(yùn)動時(shí)間就越長”的實(shí)驗(yàn)事實(shí)加以推理，得出結(jié)論：一切物體在沒有受到外力作用時(shí)，它們的運(yùn)動狀態(tài)保持不變，包括保持靜止或保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。

學(xué)生的思維表達(dá)是：“力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”適合于所有物體，如果一個(gè)物體原先靜止，在不受任何外力作用時(shí)，它的運(yùn)動狀態(tài)不改變，將永遠(yuǎn)靜止下去;如果一個(gè)物體原先運(yùn)動，在不受任何外力作用時(shí)，它的運(yùn)動狀態(tài)也不改變，即以原有的速度大小沿原來的運(yùn)動方向一直運(yùn)動下去，而速度大小不變、方向不變的運(yùn)動只能是勻速直線運(yùn)動。

至此，學(xué)生真正明白了牛頓第一定律的意義在于：它直接告訴人們的是物體在沒有力作用時(shí)將做什么運(yùn)動——靜止或勻速直線運(yùn)動;它間接指出了力和運(yùn)動的關(guān)系——力不是維持物體運(yùn)動的原因而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。最終，學(xué)生以自己完善的認(rèn)知思維對牛頓第一定律作出了簡潔的邏輯表達(dá)，那就是：一切物體在沒有受到外力作用的時(shí)候，總保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變。同時(shí)，學(xué)生也能清晰地認(rèn)識到“物體沒有受到外力作用”是一種理想化的條件，現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的，故而在研究過程中必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行合理推理。由此，他們對于“理想實(shí)驗(yàn)法”這一科學(xué)方法及其對科學(xué)研究的重要性的理解也就水到渠成了。

總之，通過上述教學(xué)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”時(shí)凸顯意義和價(jià)值，因?yàn)樗麄儧]有了那種“為學(xué)定律而學(xué)定律”的茫然與突兀，也不再對“牛頓第一定律”的內(nèi)容感到遙不可及。他們依照自己的思維邏輯，認(rèn)知一步步向前發(fā)展，而且越來越逼近科學(xué)的本質(zhì)，那就是——牛頓第一定律定性闡述了力是怎樣改變物體的運(yùn)動的，它首次從本質(zhì)上厘清了運(yùn)動和力的關(guān)系。當(dāng)然，教師還可以從科學(xué)不斷發(fā)展的角度引導(dǎo)學(xué)生深入思考，學(xué)生不難明白：今后在牛頓第一定律的基礎(chǔ)上，科學(xué)上一定還可以找到定量的方法來進(jìn)一步研究運(yùn)動和力的關(guān)系。

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）