知物明理在物理教学中的应用

李明金+李天芬

摘 要 本文从人的认知规律出发，提出知物明理的教学原则和策略，遵循“理”从“物”来，再到“物”去的学科思想和方法，实现物理课堂教学的有效性和物理学科的多元价值。

关键词 知物 明理 物理教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.07.061

Application of Knowledge and Sensible in Physics Teaching

LI Mingjin[1]， LI Tianfen[2]

（[1] Ganzi Vocational School， Ganzi， Sichuan 626100;

[2] Physics Team， Guilin No.8 Middle School， Guilin， Guangxi 541003）

Abstract In this paper， starting from the law of human cognition， put forward sensible teaching principles and strategies， follow the "truth" from "objects"， to "material" discipline ideas and methods to achieve the effectiveness of classroom teaching and Physics， multiple value disciplines.

Key words knowledge; sensible; physics teaching

物理学作为研究和探讨物质世界最基本、最普遍的运动规律和物质基本结构的科学，其内容涉及技术、社会、生活和环境的诸多方面，它的发展直接和间接带来了人类历史上的三次技术革命，促进了当代一系列高新技术的诞生。因而物理教学也应充分反映物理学科的上述特点，遵循“理”从“物”来，再到“物”去的学科思想和方法，让学生认识到生产技术、生活中处处有物理，社会的发展和进步离不开物理，在“知物明理”的过程中养成探究事物之理的良好习惯和掌握探究事物之理的科学方法，提升科学素养。

1 知物明理内涵

所谓“知物明理”就是指通过视、听、触等感官系统感觉和知觉“物”，形成表象，在感性基础上认识、提炼、建构物理学的概念、原理和规律，到达明“理”;然后再将这些概念、原理和规律等“理”应用于“物”，去解释物质世界的现象，揭示物质结构的奥秘、探究物质运动的规律。从而让学生真正认识到物理学不仅仅是一种知识，一门科学，更是一种智慧和一种文化，能为人们认识世界提供指导和帮助。因此物理教学须充分重视知识的形成过程，重视实验、观察等研究手段对感性认识的获取和丰富，在注重定量计算的同时也同等关注定性知识的学习和掌握，在运用物理知识解决问题时加强与生活、自然环境和科学技术相联系，将抽象的“理”与具体的“物”紧密相连，融为一体，激发学生探究的热情和学会探究的方法，在知物明理中实现对物理知识、技能的掌握与应用，并进一步升华为认知世界、解决问题的科学态度、方法与智慧。

2 知物明理的必要性

一位德国学者说过这样一个比喻，将15克盐放在你面前，无论如何是难以下咽的，但将15克盐放入美味可口的汤和菜肴中，你就会在不知不觉地将15克盐全部吸收。知物明理就是将高度浓缩凝练的物理知识还原、稀释、回归他们赖以存在的物理现象和物质世界，物理现象和物质世界好比菜、汤的配料与溶剂，通过教师精心的教学设计就像经厨师精湛的厨艺加工，从而将物理知识“烹调”为美味鲜浓的菜肴和汤，让学生享受和吸收。我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授生前也曾说过：物理、物理，就是要研究物理现象的道理，要讲清楚它的道理，就必须就物说理。即让学生明确“理”从“物”中来，“物”“理”不可分割。否则“理”就不能被认识主体所理解和应用，成为无源之水和无本之木。

3 知物明理的原则

（1）“显性”原则：事物都是普遍联系的，本质和非本质特征，主要和次要因素交织在一起，错综复杂，因此“择物”时应精选具有典型代表性，主要因素和本质联系明显、现象与结论间存在直接和间接因果联系的 “物”。避免选择外显性和次要因素过于丰富的“物”。因为这样的物会造成对本质特征的干扰，难以直接从“物”中抽象我们所需的物理知识。如：从“走钢丝的表演者为什么手持长长的棍子”引入转动惯量的学习，其现象和概念之间的联系就比较单一和明确，学生能立刻联系到是为了增强平衡，由此进入下一步的学习。但若以“太空中宇航员如何称量体重？”的问题切入简谐振动的教学，因其包含的除简谐振动的知识外，还涉及失重和弹簧组的相关问题，作为新课的“知物”，尽管其本身有很强的吸引性，但却是不恰当的。

（2）“有意义”学习原则：有意义学习是学生理解物理知识内涵和价值的真正渠道，只有“有意义”学习才能帮助学生建构系统的、相互关联的知识体系，避免让知识变成由零散的符号、概念、公式和现象拼凑起来的一盘沙粒。 “知物”的过程就是要让学生明确物理知识的学习与生活、自然、社会之间的关联，让学生在物理学习中感受到其解决问题、训练思维和探索未知的功能。

4 知物的途径和方式

知物的途径可来自日常生活、生产技术、自然现象、实验现象以及实物、模型、图片、动画、视频等多个方面。具体可以从以下几个角度实现。

（1）选择生活中熟悉但却不能说清楚“理”的“物”：提出学生似曾相识，但又“欲言而不能”的问题，刺激求知欲望。如为理解内力做功，提出“为什么荡秋千没有外力推动，也能越荡越高”？学习力矩知识，提出“两人抬一重物上楼，前面的人省力还是后面的人省力” ？认识绝对、牵连、相对速度的关系，以“坐在运动的汽车上，为什么看到雨的下落方向会改变”？等问题切入，让学生在学习中体验到物理知识与生活息息相关。

（2）利用实验知“物”：选取的实验既可以是物理学发展史上经典实验的再现，让学生重温科学家们探究的历程，也可以是教材现有和自行改进设计的实验，并着力突出 “新”与“奇”的特点，即便是司空见惯的事物也能旧貌换新颜，引领学生进入奇妙的物理世界。如 “立蛋”，虽然鸡蛋可以象陀螺一样旋转竖立起来，但若在教学中直接让鸡蛋竖立在桌面，势必能激发学生强烈的探究兴趣，然后引入重心概念，再分析增大支持面、降低重心对维持物体平衡的作用;同样利用“砸不烂的鸡蛋”（四枚鸡蛋放入泡沫塑料或细沙中，上面再依次覆盖木板和砖头，然后用铁锤敲击，鸡蛋完好无损）认识动量定理;通过充放电明亮的火花和响亮的爆炸声进入电容器的学习;观察“不沉的硬币”引入表面张力等，这不仅能让学生感受到物理学的魅力，也能从中体会学习物理的乐趣。

（3）巧妙利用“小玩具”提供“物”的感知：许多玩具都包含着对物理学知识的利用，如 “万花筒”、“望远镜”、“回力车”、“橡皮筋动力飞机”、“玩具潜艇”、“发光陀螺”、“孔明灯”等，从中找到切入点，就可顺势进入相关物理知识的学习。如通过“电动玩具小车”演示摩擦力的方向、作用以及分析汽车的驱动力;展示“光纤小手电”说明全反射;利用“光控玩具”进入光电效应的学习等，让学生在学习中感受知识的学以致用。

（4）对难以从上述途径感知的“物”，比如：行星的运动，火箭的发射，完全失重，波的形成等既可以利用教育技术手段将internet网丰富的视频、动画模拟、图片等资源展现，也可以通过模型、简笔画甚至形象的肢体语言给学生呈现。另外物理学发展史上很多发人深省的事件和故事也是知物的一个良好渠道。通过上述诸途径，将物理学知识与“物”巧妙切合，给学生呈现一个鲜活的物理世间，在真实的情景中巧妙地切入问题，引导学生“见物”，即分析题中所叙述的物理现象，弄清研究对象的物理状态和物理过程。

5 明理的要点和策略

我们知道事物非本质属性的多样性和外显性常常会掩盖本质属性的单一性和内在性，使感性认识难以自动上升为理性认识。学生虽然看到了弹簧、绳子、斜面、滑车等问题中的实物，但却不能像物理学家那样看到问题背后的物理概念和隐含的规律，所以由感知的“物”上升到“理”还要通过分析、抽象、概括、推理等一系列思维活动，通过对本质与非本质属性的仔细鉴别，摒弃非本质属性，形成对客观事物的正确认识，即物中之“理”，而这一过程就是“明理”。为顺利实现从感性上升到理性的过程则需注意以下几方面的问题：

（1）重视学生的前概念，他们在学习某一物理知识之前，在日常生活经验和以往学习中的定势思维习惯下对一些物理现象和问题已形成自己的看法和认识，并得出了一些与科学概念不尽一致甚至相悖和完全错误的观念及其特殊的思维模式，这就是前概念。一类前概念虽与科学概念不尽一致，但有合理的成分，是科学认知的基石，教师在此基础上稍加引导就可导入物理实质。而另一类前概念则因非本质属性的外显性和长期刺激与科学概念相左和矛盾，成为物理学习中的一大障碍。如认为拔河比赛谁的力气大谁就会获胜;做离心运动的物体是因为受到了离心力;高速行驶的汽车惯性更大等等，这类前概念则必须经历认知的冲突和反思，通过实验、推理和理论论证暴露其荒谬性，才能真正被瓦解。

（2）建立科学思维与方法实现形象到抽象的转变。为什么学生看到了弹簧、绳子、斜面、滑车等问题中的实物，但却不能像物理学家那样看到问题背后的物理概念和隐含的规律？这是因为在我们的教学中，常常只满足于从现象和实验中通过简单的归纳而直接得出科学结论，缺少让学生经历科学思维、理论分析和推导过程的训练。如：关于对匀速圆周运动的认识，学生之所以会认为是匀速运动或匀变速运动，就是未建立起物体运动与其所受外力之间的逻辑关联这一科学思维。因此在教学中需要高度重视学生科学思维的建立和训练，让学生建构起根据牛顿定律从力的角度识别运动特征的科学思维。又如关于圆周运动加速度方向的认识，在感性基础之上，若能引导学生过渡到应用矢量运算法则分析其速度矢量与速度矢量的变化量之间的关系，得出结论，使学生在知识学习的过程中同时得到科学方法的训练，必将帮助学生逐渐建立从形象到抽象的转换，实现明理。

总之，让学生在丰富的感性材料下“知物”，基于清晰的物理现象和物理过程明“理”，这不仅可以使物理学习变得生动活泼、充满探究的氛围;同时鲜活的场景、生动的画面和图像能被右脑清晰牢固地储存在大脑中，让“物”与“理”彼此结合，烙下深深印迹，必将有利于学生学习兴趣的激发和学习效果的增强。