教学设计要尊重学生认知的思维逻辑

何秀凤

摘    要：教学设计是否尊重学生的认知规律是课堂成败的关键，而学生认知的核心是思维逻辑。这要求教师在进行教学设计时，要从学生的逻辑起点出发，给予学生逻辑思考的空间，既要引导学生进行逻辑论证，又要指导学生学会逻辑表达。

关键词：教学设计;认知;思维逻辑

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）6-0011-3

牛顿第一定律是经典物理学的基石，是初中物理关于“运动和力”的重要内容，也是学生后续学习物理学的一条基础性定律。然而，在现实教学中，很多学生在学习之后对牛顿第一定律的内容并不能真正理解，更不会运用这一定律去解决一些实际问题。究其缘由，其中一个很重要的原因是教师在教学中没有尊重学生在认知过程中的思维逻辑。换句话说，学生是被动接受知识结果，而未真正明白其所以然。所以，笔者认为，要让学生对牛顿第一定律有真正融会贯通的理解，必须让学生以逻辑思维的体验贯穿始终，这就要求教师对这节课的教学设计也必须以尊重学生认知的思维逻辑为前提。

1    引入——基于学生已有经验的逻辑起点

设计策略：抛出讨论话题，让学生亮出自我观点。

关于运动和力，学生自我感觉并不陌生，他们都或多或少有着一些凭着自己的经验而积累的固有认识，所以，引入时教师可以抛出讨论性的话题：（1）生活中我们看到很多物体都在运动，运动的物体是否受到了力的作用？举例说明;（2）物体要是不受力的作用，会运动吗？何以见得？对于第一个话题，学生在讨论中能够一致得出“运动的物体可能受到力的作用，也可能不受力的作用”的结论。而对于第二个话题，学生的意见就不太统一，有的说“物体必须受到力才会运动”，有的说“物体不受力还是会运动的”，有的说“物体不受力到底会不会运动不能确定”，有的说“物体不受力应该可以运动的，就是不知道会做怎样的运动”。

用这两个话题引入，目的就是要让学生站在自己的逻辑起点上去思考、去探索。这两个话题背后的逻辑起点就是运动是物体自身存在的一种状态，而力是一个物体和另一个物体发生联系时的相互作用;力的作用效果之一是力可以改变物体的运动状态;物体受到力时可能在运动也可能不运动，反之，物体不受力时同样可能运动也可能不运动。基于这样的认识，学生的思维自然而然地朝着一个方向发展，那就是运动和力之间不可能没有关系，运动和力应该存在着一定的联系。如果力与运动有联系，那么力是维持物体运动的还是改变物体运动的？力又是怎样改变物体运动状态的？

2    问题——始于学生认知变化的逻辑思考

设计策略：创设问题情境，让学生不断产生问题。

运动和力究竟有着怎样的内在联系，这是一个笼统的宏观问题，凭借学生的现有水平是无法直接正确回答的。教学中需要教师创设情境，引发学生产生一系列连贯性的具体的小问题，引导学生的认知朝着正确的方向发生变化。教师可以创设分步式的情境加以启发：

（1）实验一：用手推动原本静止的木块让它在水平面上运动。

学生在观察中产生问题：木块为什么会运动？木块又为什么会静止下来？

（2）实验二：用力猛推一下静止的木块迅速将手移开，木块运动一段距离后静止下来。

学生思考分析：用力推木块，使木块由静止变运动，是推力改变了木块的运动状态;当手离开木块后木块仍能运动，说明物体的运动不需要由力来维持;最后木块又慢慢变为静止，是因为木块受到了水平面对它的摩擦力作用，是摩擦力再次改变了木块的运动状态。

学生的认知在上述问题情境中不断发生变化，他们越来越清晰地认识到：运动和力之间确实存在着一定的联系，即力是改变物体运动状态的原因。

（3）教师追问：如果水平面对木块的摩擦力小一点，那它的运动会怎样？

学生马上回答：“那它的运动距离会长一点，停下来会慢一点。”

至此，在学生的思维逻辑中，显然已经把头脑中产生的问题一步步细化，由最初的“运动和力是否有关系”到“力和物体的运动状态之间有一种怎样的内在联系”到“力的大小发生改变导致物体运动状态发生改变的快慢会怎样”。

3    研究——忠于学生思维发展的逻辑论证

设计策略：通过实验研究，让学生自主解决问题。

科学学习的一个重要特征是获取实证，即像科学家一样边实验边研究。本节课中，当学生的问题越来越明朗化，其思维也一步一步向纵深发展的时候，教师就得适时引导学生研究并解决问题，研究需要通过实验获取事实证据，需要依据实验结果进行逻辑论证。当然，基于教师的主导作用，教师先得引入小车作为研究对象，并给出相应的实验器材（斜面、小车、长木板、毛巾、棉布等）供学生选择。这一研究过程大致可分为四步：

（1）提出问题，建立假设

问题：如果所受摩擦力不同，小車在水平面上运动距离会一样吗？

假设：如果所受摩擦力不同，小车在水平面上运动距离会不一样，摩擦力越小，小车在水平面上的运动距离越长。

（2）实验方案设计

学生设计实验时，需要教师的适度指导，指点他们围绕系列问题进行设计：小车在水平面上运动距离的长短意味着其速度减小得快还是慢？如何给小车提供一个初速度？变量与控制变量是什么？观察什么？比较什么？记录什么？

（3）实验活动实施

观察从同一斜面同一高度处由静止开始滑下的小车在不同水平面（木板、毛巾、棉布）上的运动距离的长短，获取事实并作记录。

（4）分析与论证

首先，之所以让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下是为了控制小车在水平面上有同样的初速度;其次，在长木板上铺上毛巾和棉布是为了改变摩擦力这个因素;其三，根据实验中获取的“小车在光滑的木板上运动距离最长，在铺有毛巾的木板上运动距离最短”的事实，说明小车在水平面上受到的摩擦阻力越小，速度减小得越慢，运动时间越长，运动距离也越远。最后，如果长木板足够长，且做得非常光滑，小车可能会沿木板一直运动到很远。

4    结论——成于学生认知完善的逻辑表达

设计策略：了解科学史实，让学生不断完善结论。

牛顿第一定律是科学家们基于大量的实验事实并加以合理的逻辑分析和推理而得到的，教学中光凭学生设计的实验模拟得到结论，这是很不科学的，与科学教学“要体现科学本质”的要求不符。因此，在学生自己通过实验进行研究之后，必须要让学生进一步了解在科学发展史上这一内容的知识演变过程，让他们真正经历一次“像科学家一样思考”的过程，使他们的认知不断得以完善。同时，教师不断加以引导，使学生能以自己的思维逻辑来表达自身的认知结論。

（1）意大利科学家伽利略的理想实验

具有某一速度的小球在光滑斜面向下运动，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运动，重力是使它速度减小的原因;而若具有某一速度的小球在光滑水平面上运动时，重力既不会使它速度增大也不会使它速度减小，又不存在阻力，则小球将在光滑水平面上以这一速度一直运动下去。

学生的思维表达是：小球若沿光滑斜面向下运动，是重力使它的运动状态不断改变，因为此时重力是动力，所以速度越来越大;小球若沿光滑斜面向上运动，也是重力使它的运动状态不断改变，因为此时重力是阻力，所以速度越来越小;小球若沿光滑水平面运动，则重力无法改变它的运动状态，如果又不存在其他阻力，则小球将在光滑水平面上以原有的速度一直运动下去。

（2）法国科学家笛卡尔的研究

进一步发展了伽利略的思想，得出的结论是：一个运动的物体如果不受任何力的作用，不仅速度大小不变，它的运动方向也不会改变。

学生的思维表达是：因为力是改变物体运动状态的原因，所以当一个运动的物体不受任何力的作用，它原有的运动状态不会发生改变，即速度大小不变，运动方向也不会改变。

（3）英国物理学家牛顿的研究

牛顿传承了前人的研究结论，并在前人的研究基础上进一步改进实验，根据“运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动时间就越长”的实验事实加以推理，得出结论：一切物体在没有受到外力作用时，它们的运动状态保持不变，包括保持静止或保持匀速直线运动状态。

学生的思维表达是：“力是改变物体运动状态的原因”适合于所有物体，如果一个物体原先静止，在不受任何外力作用时，它的运动状态不改变，将永远静止下去;如果一个物体原先运动，在不受任何外力作用时，它的运动状态也不改变，即以原有的速度大小沿原来的运动方向一直运动下去，而速度大小不变、方向不变的运动只能是匀速直线运动。

至此，学生真正明白了牛顿第一定律的意义在于：它直接告诉人们的是物体在没有力作用时将做什么运动——静止或匀速直线运动;它间接指出了力和运动的关系——力不是维持物体运动的原因而是改变物体运动状态的原因。最终，学生以自己完善的认知思维对牛顿第一定律作出了简洁的逻辑表达，那就是：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持原来的运动状态不变。同时，学生也能清晰地认识到“物体没有受到外力作用”是一种理想化的条件，现实生活中是不可能的，故而在研究过程中必须以实验为基础进行合理推理。由此，他们对于“理想实验法”这一科学方法及其对科学研究的重要性的理解也就水到渠成了。

总之，通过上述教学设计，使学生在学习“牛顿第一定律”时凸显意义和价值，因为他们没有了那种“为学定律而学定律”的茫然与突兀，也不再对“牛顿第一定律”的内容感到遥不可及。他们依照自己的思维逻辑，认知一步步向前发展，而且越来越逼近科学的本质，那就是——牛顿第一定律定性阐述了力是怎样改变物体的运动的，它首次从本质上厘清了运动和力的关系。当然，教师还可以从科学不断发展的角度引导学生深入思考，学生不难明白：今后在牛顿第一定律的基础上，科学上一定还可以找到定量的方法来进一步研究运动和力的关系。

（栏目编辑    赵保钢）