王偉民 辛存良

摘? ?要：對(duì)“運(yùn)動(dòng)和力邏輯關(guān)系”的判斷上，古人及當(dāng)代沒有學(xué)習(xí)過“牛頓第一定律”的人們會(huì)有諸如“力是使物體運(yùn)動(dòng)的原因”“沒有力的作用，物體就不能運(yùn)動(dòng)”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，分析以上錯(cuò)誤觀點(diǎn)產(chǎn)生的原因，剖析一道中考物理實(shí)驗(yàn)題目問題設(shè)置不合適及參考答案不妥當(dāng)?shù)脑颉?/p>

關(guān)鍵詞：牛頓第一定律;運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系;摩擦阻力;滑行

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）2-0040-3

1? ? 原題呈現(xiàn)

例題 （2018年江蘇揚(yáng)州中考物理卷第27題）在探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)：

（1）如圖1所示，讓小車從同一個(gè)斜面的同一高度靜止釋放，目的是? ? ? ? ? ? ? ? ?。由圖可知，小車受到的阻力越來越小，小車運(yùn)動(dòng)的路程

。如果小車在絕對(duì)光滑的水平面上運(yùn)動(dòng)，小車將? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

（2）在辨析圖2小明、小華的觀點(diǎn)，研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí)，為什么設(shè)計(jì)探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，而不設(shè)計(jì)探究推力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，理由是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)是初中物理教科書中一個(gè)非常重要的演示實(shí)驗(yàn)。不同年份各種版本的初中物理教科書[1，2]在“牛頓第一定律”內(nèi)容之前，幾乎無一例外地編排了這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)?？梢钥闯?，對(duì)于上面的這道中考實(shí)驗(yàn)題目，編者的用意是通過考生對(duì)這道題目的解答，考查學(xué)生對(duì)“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的把握情況，以及由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合推理歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。筆者以為，本實(shí)驗(yàn)題目的第1小題給出的幾個(gè)問題不存在任何瑕疵，但第2小題給出的問題，雖說是一個(gè)非常不錯(cuò)的物理問題，卻不適合初中學(xué)生回答，是一個(gè)值得商榷的問題。

2? ? 教科書插入這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的必要性

從物理學(xué)力學(xué)的發(fā)展歷史來看，對(duì)于運(yùn)動(dòng)和力之間的邏輯關(guān)系，歷史上很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人們都存在一種錯(cuò)誤的判斷——要維持物體的運(yùn)動(dòng)，必須有力作用在物體上，如果沒有力作用在物體上，物體將是靜止的或要靜止下來（這也是兩千多年之前著名哲學(xué)家亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力之間關(guān)系的重要論斷）。后來的伽利略、牛頓等物理學(xué)家，用實(shí)驗(yàn)并結(jié)合邏輯推理的方法推翻了前人認(rèn)為正確、并一直被公眾信奉為真理持續(xù)近兩千年的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，總結(jié)出了以“牛頓第一定律”為代表的關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力之間關(guān)系的正確論斷。不得不指出的是，古人關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力邏輯關(guān)系的論斷雖然是錯(cuò)誤的，但這一錯(cuò)誤觀點(diǎn)卻與人們對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”關(guān)系的表象認(rèn)識(shí)非常吻合。所以，不僅是古代人，即便是當(dāng)代的人，特別是還沒有學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”的中小學(xué)生，如果將古人關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力之間關(guān)系的論斷講給學(xué)生，他們依然會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)正確的論斷，而且還能夠舉出多個(gè)諸如上面中考題插圖所示情形中小明、小華所舉例子的很多實(shí)例來進(jìn)行“佐證”。應(yīng)該說，為糾正學(xué)生因生活表象“誤導(dǎo)”而產(chǎn)生的關(guān)于“運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，更重要的是，為了在課堂教學(xué)中順利講解“牛頓第一定律”，并讓學(xué)生理解這個(gè)無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其正確性定律的內(nèi)容，課本設(shè)計(jì)的“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)是非常必要的，該演示實(shí)驗(yàn)的重要性沒有其他任何一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)可以替代。

3? ? 該演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)順序不可以隨意顛倒

實(shí)際上，課本設(shè)計(jì)的每一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)都是有特定目的的，不可能是為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)。就“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”演示實(shí)驗(yàn)而言，若單純地是為了探究“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”，那么，如果也采取“控制變量法”進(jìn)行探究的話，我們只需改變研究對(duì)象（比如小車）在運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力的大小，觀察在阻力改變之后，物體運(yùn)動(dòng)速度的改變情況即可，根本不需要考慮物體所受的阻力是按照從大到小的順序進(jìn)行改變，還是按照由小到大的順序進(jìn)行改變。但是，如果考慮該實(shí)驗(yàn)的“終極”目的——為引入“牛頓第一定律”作準(zhǔn)備，那么，研究對(duì)象小車所受阻力的變化就必須人為地按照從大到小的順序來進(jìn)行更替：讓具有一定初速度的小車先在表面粗糙程度最大、所受摩擦阻力最大的毛巾表面滑行，直至小車停止，觀察小車速度改變的情況，記錄小車滑行的水平距離以及滑行這段距離所用時(shí)間的長(zhǎng)短。之后，在小車初速度不變的情況下，讓小車在表面相對(duì)前者較光滑、所受摩擦阻力相對(duì)較小的棉布表面滑行，觀察并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。最后，讓小車仍以相同的初速度在表面最光滑、所受摩擦阻力最小的木板表面滑行。在學(xué)生有了“以一定初速度運(yùn)動(dòng)的小車，在滑行過程中所受的摩擦阻力越小，它在水平面上運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng)，滑行的時(shí)間越長(zhǎng)，其速度減小得越慢”的感性認(rèn)識(shí)之后，再向?qū)W生提出諸如“如果用更光滑的水平玻璃板代替木板，小車的運(yùn)動(dòng)情形會(huì)發(fā)生怎樣的變化？”“如果小車初速度不變時(shí)，水平路面一點(diǎn)摩擦力也沒有，小車的運(yùn)動(dòng)情形又將是怎樣的呢？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理想化推理之后，我們就會(huì)非常自然地引入“牛頓第一定律”。這樣的引入不僅能夠糾正學(xué)生對(duì)先前的關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，而且還會(huì)對(duì)“牛頓第一定律”的內(nèi)涵有深刻的認(rèn)識(shí)和理解（對(duì)初中學(xué)生來說，“牛頓第一定律”應(yīng)該是比較費(fèi)解的，畢竟該定律的正確性無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證）。

如果在實(shí)驗(yàn)過程中更改了阻力大小的變化順序，先讓小車在表面最光滑的水平木板表面上以一定的初速度向前滑行，之后分別讓小車在棉布表面、毛巾表面以同樣的初速度水平滑行，觀察各情況下小車的運(yùn)動(dòng)情況，并根據(jù)記錄的小車滑行距離、滑行時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，也一定能夠得出“初速度相同時(shí)，摩擦阻力越大，小車滑行的距離越小，所用的時(shí)間越短，速度減小得越快”的“正確”結(jié)論，但這樣的結(jié)論只能是“單一”的“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)入“牛頓第一定律”的課堂教學(xué)來說沒有絲毫的作用。

這樣看來，教科書設(shè)計(jì)的“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)，如果單從實(shí)驗(yàn)名稱來看，好像就是為了探究“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)有什么影響”;但實(shí)際上“醉翁之意不在酒”，其“真實(shí)”實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫閷?dǎo)出“牛頓第一定律”而作的必要準(zhǔn)備。當(dāng)然，從教學(xué)的角度來說，也是為了使學(xué)生更好地理解“牛頓第一定律”的內(nèi)涵。

4? ? 該中考卷給出的實(shí)驗(yàn)問題是一個(gè)不適合初中學(xué)生回答的物理問題

我們回頭再分析這道中考實(shí)驗(yàn)題第2小題給出的實(shí)驗(yàn)問題。

從題目給出的插圖（圖2）可以看出，題目先擺出了兩個(gè)學(xué)生關(guān)于“運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系”的觀點(diǎn)（學(xué)習(xí)過“牛頓第一定律”內(nèi)容之后，相信絕大多數(shù)考生會(huì)很容易判斷出他們的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的），小明認(rèn)為“靜止的小車，如果不去推它，它就不會(huì)運(yùn)動(dòng)，這說明，沒有力的作用物體就不能運(yùn)動(dòng)”;小華的觀點(diǎn)是“風(fēng)吹樹搖，風(fēng)停樹靜，這說明，力是物體運(yùn)動(dòng)的原因”，之后便向考生拋出了問題：辨析二人的觀點(diǎn)時(shí)“為什么設(shè)計(jì)探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，而不設(shè)計(jì)探究推力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，理由是_________”。

從題目交待的情景我們不難發(fā)現(xiàn)，小明和小華兩位同學(xué)之所以出現(xiàn)對(duì)“運(yùn)動(dòng)和力邏輯關(guān)系”判斷的錯(cuò)誤，其原因與我們前文提到的以亞里士多德為代表的古人以及當(dāng)代還沒有學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”內(nèi)容的中小學(xué)生對(duì)“運(yùn)動(dòng)和力邏輯關(guān)系”出現(xiàn)誤判的原因相同，都是被所看到的表面現(xiàn)象誤導(dǎo)，分別由“不推小車，小車就不會(huì)動(dòng)”“風(fēng)停樹靜”的表面現(xiàn)象錯(cuò)誤地推理出“沒有力的作用物體就不能運(yùn)動(dòng)”“力是物體運(yùn)動(dòng)的原因”的結(jié)論，沒有考慮到“小車在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到地面的摩擦阻力”“樹梢在隨風(fēng)搖動(dòng)時(shí)會(huì)受到樹干的阻力”這些因素。因此，要想用實(shí)驗(yàn)來反駁二人的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，找出二人在推理過程中的錯(cuò)誤原因，就必須從二人在推理過程中“無意”忽略的因素——“運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)受到阻力”這一角度來進(jìn)行，必須設(shè)計(jì)“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)。反之，如果不考慮阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，而是想當(dāng)然地設(shè)計(jì)出“動(dòng)力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)，那么，我們觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，依然只能得出“車不推它就不動(dòng)，推力越大它動(dòng)得越快”“風(fēng)停樹靜、風(fēng)起樹搖”的結(jié)果，這一結(jié)果不僅不能成為推翻小明和小華錯(cuò)誤觀點(diǎn)的論據(jù)，反倒成了二人觀點(diǎn)“正確性”的有力“佐證”。

這樣看來，試卷參考答案給出的辨析小明和小華二人的觀點(diǎn)時(shí)，之所以設(shè)計(jì)“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”，不設(shè)計(jì)“推力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”的原因是“很難控制推力在運(yùn)動(dòng)過程中不變”或“阻力在運(yùn)動(dòng)過程中是恒力”的答案，是不成立的，當(dāng)然也是無法讓人信服的。

筆者以為，這道中考實(shí)驗(yàn)題在第2小題里給出的這個(gè)實(shí)驗(yàn)問題，如果作為物理教師招聘考試中考查物理教師對(duì)教科書理解和駕馭能力的題目倒是非常合適的，其答案應(yīng)該是：

雖然我們也可以設(shè)計(jì)出“推力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)（應(yīng)該說，對(duì)初中學(xué)生來說設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)不存在什么難點(diǎn)，只不過沒有這個(gè)必要罷了。退一步，假如真的設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)出現(xiàn)試卷參考答案給出的實(shí)驗(yàn)時(shí)“很難控制推力在運(yùn)動(dòng)過程中不變”的情形，控制推力的大小應(yīng)該是一個(gè)非常容易解決的技術(shù)問題），但是，小明和小華“對(duì)運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系”出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷的原因是沒有考慮到物體在受外力運(yùn)動(dòng)過程中，還要受到阻力的影響（分別是小車所受地面的摩擦阻力和樹枝所受樹干的阻力），設(shè)計(jì)出的“推力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能說明二人觀點(diǎn)的錯(cuò)誤原因，只有設(shè)計(jì)出“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理出阻力減小為零這種理想狀況下物體運(yùn)動(dòng)和力正確關(guān)系的結(jié)論（即牛頓第一定律），才可以此為論據(jù)反駁二人的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。

顯然，這樣的答案是不適合初中學(xué)生回答的。

參考文獻(xiàn)：

[1]義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書編寫組.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)全一冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012：126-127.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：17.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）