凸显物理思想 去探究形式化

摘 要：以高一《牛顿第三定律》为载体进行磨课，以探查并解决该课探究教学存在的形式化、表面化等问题。磨课结果：探究形式化、表面化等问题渐次减少，物理思想渐次凸显，过程展开渐次充分，探究味渐次浓郁，学生收获渐次丰富。

关键词：探究教学；牛顿第三定律；磨课；形式化；物理思想

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0001-4

以高一《牛顿第三定律》为载体，与一名教师进行合作磨课，目的是探查并解决其探究教学存在的形式化、表面化等问题。该教师在三个班施教该课，每节课相隔两天。第一节为初始课，笔者未介入其设计。后两节为改进课，教师根据笔者评析与自我反思重新设计、施教。限于篇幅，本文主要聚焦于“物体间相互作用力的大小”教学片断。

1 问题的发现和解决

1.1 问题的初步发现

【实录】

学生两人一组，在一条直线上对拉甲、乙两个弹簧秤，对拉过程中变化直线的方向和力的大小（图1所示），同时比较两者的读数。

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图1 弹簧秤直拉

实验后，教师提问：每次读数大小相等吗？

学生略有犹豫：相等。

教师追问：方向呢？

学生肯定：相反。

教师再追问：是否同在一条直线上？

学生肯定：是。

教师面露喜色，声音提高：由此可以得出什么结论？

学生异口同声：物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、在同一直线上。

【评析】

其实两个弹簧秤的实际示数并未完全相等，但学生为何说成相等？因为教师的问题“每次读数大小相等吗”是选择题，只有相等或不相等两个选项，而学生对这种选择题式的问题早已习以为常，也长期练就了察言观色，可以轻易从中读懂教师的心理答案。可以说，学生读的不是弹簧秤的示数，探究的不是物理规律，而是教师的心理需要，而教师不希望看到带“毛刺”的数据，也就欣然笑纳学生捧送的理想数据，“探究”就如此高效地完成了。毫无疑问，这种理想化、形式化、表面化的探究是伪探究，背离了实事求是的科学精神。另外，由几组数据就直接概括出普遍结论，犯了以偏概全的逻辑错误。总之，这种“探究”短平快、一晃就过，貌似高效，实则低效。因为学生收获的只有僵化的知识，缺乏高价值的过程方法、情感态度价值观，依然不脱应试教学的窠臼。

1.2 问题的初步解决

【实录】

学生两人一组，在一条直线上对拉甲、乙弹簧秤。在对拉的过程中，教师提醒要变化直线的方向和力的大小，而且要实事求是地记录数据。由于数据普遍不理想，教师只好选择一组较理想的数据投影到屏幕上，进行分析。如表1所示。

表1 两弹簧秤的读数

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教师提示性提问：如果忽略误差，甲、乙两列数据会有什么关系呢？

学生声音稀疏而微弱：相等。

教师提议：既然大家不那么肯定，下面我们改用更精密的传感器进行实验，看看是否相等。

教师请两名学生上台协作，在一条直线上对拉、对压两传感器。在拉或压的过程中，改变两传感器的运动状态、直拉直压的方向和力的大小。如图2所示是电脑输出的两弹力曲线图之一。

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图2 两弹力的曲线图

教师再次提示性提问：大家看到，两弹力曲线相对时间轴对称，说明什么呢？

学生声音较为肯定：两个力大小相等、方向相反、在同一条直线上。

教师补充、总结：不仅这些实验，其他大量实验现象都表明，物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反且在同一直线上。

【评析】

第二节课有了一定改进，学生实事求是地记录、分析真实数据，朝真实探究迈进了一步。但是，仍然存在一些深层次的问题。

1）首先，由两个实验抽象出初步结论，然后由教师补充 “其他大量实验现象”，再概括上升到普遍结论，貌似证据充分、结论合理，其实不然，这个教学程序漏掉了高价值的物理思想和方法。问题在于：“其他大量实验现象”是教师居高临下灌输的，而且是抽象笼统的，它们具体是什么？在哪里？学生一无所知，毫无感觉，只得囫囵吞枣，显然不符合学生的认知。有人会说，课堂教学要有效率，教师就必须发挥主导作用，否则哪来那么多的时间、空间和器材去获取大量的实验现象？说的没错，这的确是个现实问题。但是，不妨换个角度想想，学生一定需要感知“其他大量实验现象”吗？事实上，科学史表明，科学探究是分阶段不断推进的，初始阶段未必需要且未必可能穷尽所有现象，这时需要以物理思想为利器加工有限现象，这个物理思想就是“同类现象具有相似性”。可首先从有限现象抽象出初步结论，然后根据“相似性”推测其他同类现象也应该具有类似结论。这其实是物理研究常用的不完全归纳法、类比法，类似于一叶知秋、窥斑见豹，充分体现了物理研究方法的简洁美，同时也说明了人类认识错综复杂的自然现象时的局限和无奈。因为不完全归纳法和类比法不能确保其结论的确定性，只能是或然性。

2）两个弹簧秤的每次示数几乎都不相等，为什么忽略误差后就会变成相等呢？虽然传感器精度提高了，但凭目视就能判断两个传感器的弹力曲线完全对称吗？使用软件的镜像功能，绕时间轴翻转任一曲线，可轻易看出两者是否完全重合或对称，为什么不用该功能呢？显然事出有因。从表面上看，是教师想回避麻烦的误差分析，担心使用镜像功能会使两曲线的不完全重合或对称露馅，于是通过提示“如果忽略误差”“两弹力曲线对称”诱导学生而忽悠过去，而学生对教师的心理需要心领神会，配合默契，探究就这样顺利完成了。这种浮光掠影似的探究过程，仍是应试思维在作祟。从深层次上看，是师生都存在狭隘的惯性思维，认为只要数据接近相等，结果就一定会相等。试想一下，假如我们是人类首次探究物体间的两个相互作用力，头脑中没有两力相等的既定结论，谁敢肯定两力一定会相等？应该说，两力相等的确具有很大可能，但会不会还有其他不相等的可能性呢？按照建构主义观点，这有可能。[1]建构主义认为，知识是建构的产物，而不是发现的结果。“发现”意味着，不管你发没发现，它都存在着，具有客观的独立性，而“建构”则意味着，知识是人渗透着主观立场而创造出来的产物，具有主观性、暂时性、可变性、相对性和多样性，这意味着一切可以质疑，可以修正，甚至可以推倒重来。虽然“建构”观有所偏激，但在科学史上也不乏例证。上述之做法，由于省略了重要的“建构”过程，窄化、异化了科学探究，把可能结论唯一化、绝对化，显然有碍于培养学生的质疑、批判和创新精神。教师不妨提醒学生：首先，误差不可避免，而且每个数据的误差方向和大小也无法知道，科学史上不少科学家就因不轻易忽略数据或现象的细微差异而获得与人不同的结论。因此，需要我们持开放的心态和思维，大胆假设并检验各种可能，相等只是可能之一，而不是唯一。其次，对于各种可能的假设，不仅要用事实进行检验，还要用物理美学思想进行审视。限于课堂时空和器材，这里并非要求学生在课堂上假设并检验各种可能，而是提醒、点拨一下学生，为学生打开一扇窗户，拓展视野，促其警觉知识唯一化、绝对化的思维定势，培养质疑的态度、批判的精神、创新的意识。

1.3 问题的深入解决

【实录】

与第二节课类似，学生各小组直拉两个弹簧秤，并记录读数。一组上台与教师协作，在不同方向上直拉、直压两个传感器，并改变运动状态，得到两力的多幅曲线图，然后把任一力的曲线翻转，又得到对应的镜像图。图3、4、5为其中3幅镜像图。

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图3 两弹力曲线的镜像图1

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图4 两弹力曲线的镜像图2

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图5 两弹力曲线的镜像图3

实验后，教师通过提问，创设虚拟情境：假如前人没有研究过物体间的两个相互作用力，我们是首次研究者，那么根据这些数据和镜像图，我们会得出两个力有什么关系呢？

学生回答：肯定相等，应该相等，可能相等。

教师引出新问题：有道理。如果写成公式，相等就是F■=F■。刚才一些同学说应该、可能，还不太肯定，带有猜测性质，是不是意味着还有其他可能的关系呢？学生茫然不解，似不适应教师的新问题。

教师降低问题台阶，变换问题角度：任何实验都有误差，但我们怎么知道误差的方向（正负）和大小呢？例如：某次甲力9.52 N，乙力9.46 N，你是怎么得出两力都是9.50 N呢？

A学生回答：四舍五入。

教师扩展问题视角，进一步启发：这是粗略做法，相当于假设9.52 N比实际偏大，同时9.46 N比实际偏小。有没有可能9.52 N比实际偏小，同时9.46 N比实际偏大呢？还会不会有其他可能呢？大家可以讨论一下，看有什么奇思妙想。

一阵讨论之后，教师点名积极讨论的B学生，B说：一切皆有可能！全班发笑。B继续说：两个力可能只是接近相等，但不一定相等，可能还有什么复杂关系，但一下想不出来。

教师类比启发：暂时想不出来没关系。这有点类似于我们要搞一台晚会，全班讨论出的方案可能不止一个，它们都有合理性。一样地，如果有时间、有兴趣，我们根据这些数据、图像，也有可能会讨论出几个合理的、可能的关系或公式。如果要优选一个关系或公式出来，我们会选哪个呢？

C学生说：把数据代进去，看哪个公式与数据最吻合。

教师追问：如果几个公式与数据都比较吻合，怎么办呢？学生沉默。

教师提示：这时物理学家通常会采用美学思想进行取舍，哪个简洁就优选哪个。那么，哪个简洁呢？

D学生：肯定是F■=F■。

……

教师：公式F■=F■反映的仅是弹簧或传感器之间的弹力。但还有其他力（如摩擦力、重力、电力、磁力等），其他物体也多如牛毛。相对而言，我们得出的仅是初步结论，相当于九牛一毛。如果要得出普遍结论，我们要不要继续观察和实验呢？

E学生反对：哪来那么多时间？

F学生建议：那就分成很多组，一组做几个实验，合起来就多了。

G学生质疑：去哪里找那么多器材？

教师类比启发：看来没办法在课堂上研究其他情况了。大家想一下，央视每年都发布全国观众对春晚的满意调查结果，这个结果是调查每个观众得来的吗？

学生H似有所悟：调查一些观众。那我们也不用做那么多实验了，把我们的实验结果推广到其他情况。

教师：有道理。虽然我们还没有研究其他情况，但由于自然界同类现象具有相似性，我们可以猜测其他情况与弹簧或传感器之间的弹力也类似，通过类推得出物体间的相互作用力总是相等的。这种方法其实就是物理研究经常采用的不完全归纳法和类推法，简捷了当，省时省力。但是，这样得来的结论绝对可靠吗？

学生若有所思：好像不绝对。

教师肯定：对了。假如我们是人类首次研究这个问题，这个结论仍然是初步的、假设的、暂时的，还有待我们或后人进一步验证，可能被证实，也可能被修改补充，也可能被推翻。

……

【评析】

第三节课以全新的“建构”观进行设计，以物理思想引领学生探究未知、建构知识，让学生弄清知识的来龙去脉，减少了形式化，提高了内涵度，充分体现了科学探究精神。为了让学生真正探究未知，教师创设前无研究的虚拟历史情境，淡化自己先学先知的知识优势，降低自己习以为常的权威地位，以此提高学生的主体地位，激活学生的探究热情和思维能量。开始时，习惯了教师传授知识、知识唯一化的学生还回不过神，出现茫然等不适症状，教师通过降低问题台阶、转换问题角度、扩展问题视角等手段，运用简洁美、相似性、类推法、不完全归纳法等物理思想和方法，引导学生联想、想象、推理，渐入真实、自然的探究状态，逐步建构知识，这样学生收获的不仅有知识，还有方法，以及积极的情感体验，较好地落实了新课程的三维目标。值得一提的是，与传统教学把知识唯一化、绝对化迥然不同，这节探究课涉及了知识的暂时性、发展性，有助于培养学生的质疑、批判和创新精神。

2 结 语

此次磨课的教学理念、教学行为和教学效果发生渐次变化，形式化和表面化的问题渐次减少，而物理思想渐次凸显，知识形成过程的展开渐次充分，探究真实味渐次浓郁，学生的收获相应渐次丰富。尤其是最后一节课，学生学到的不再是僵化的知识，还有高价值的思想和方法，以及积极的情感体验，较好地落实了新课程的三维目标。可以想象，如果我们持之以恒，学生学习方式换挡升级，从旧常态驶入新常态，在更高的平台上学习，其发展将更具可持续性。当然，在学习方式换挡升级过程中，学生的主体地位上升了，教师居高临下的权威地位则下降了，教学过程的不确定性随之增加，教师素质所受的挑战也水涨船高，尤其需要教师加强物理素养诸如物理思想、思维或方法的学习，并在教学实践中不断反思、改进，积累实践知识，提升实践智慧。

参考文献：

[1]罗国忠.基于后现代科学观的创新精神培养[J].山西师大学报（社会科学版），2007（5）：123—126.

（栏目编辑 廖伯琴）