物理教學(xué)中的感悟：悟什么怎么悟

摘 ? 要：物理的魅力在于體驗(yàn)過程、感悟方法，由此可以找到學(xué)好物理的“門道”。物理教學(xué)中的感悟，悟什么？怎么悟？值得同行思考。文章提出了：結(jié)合體驗(yàn)，深入領(lǐng)悟物理概念的關(guān)鍵詞，悟出概念的內(nèi)涵;結(jié)合實(shí)驗(yàn)，深入領(lǐng)會物理規(guī)律的因果性，悟出概念的關(guān)聯(lián);結(jié)合史實(shí)，深入領(lǐng)會物理學(xué)家的創(chuàng)造性，悟出突破的關(guān)鍵;結(jié)合課例，深入領(lǐng)悟形異質(zhì)同的同一性和形同質(zhì)異的差異性，悟出問題的類同和差異;結(jié)合課堂，深入感悟老師教學(xué)的邏輯性，悟出老師的用意。

關(guān)鍵詞：感悟;領(lǐng)悟;內(nèi)涵;關(guān)聯(lián);類同

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）10-0073-8

教師教物理的過程就是學(xué)生學(xué)物理的過程，物理學(xué)習(xí)就是學(xué)生在教師的指引下，與教學(xué)環(huán)境相互作用而產(chǎn)生的某些比較持久的相關(guān)行為或行為潛力的變化。物理的魅力正在于體驗(yàn)過程、感悟方法，由此可以找到學(xué)好物理的“門道”。筆者自上世紀(jì)90年代，始終將“體驗(yàn)”作為物理教學(xué)的靈魂，將“感悟”作為物理教學(xué)的歸宿，并提出了“富有夢想、充滿激情、體驗(yàn)過程、感悟方法”的觀點(diǎn)[1]。

1 ? ?結(jié)合體驗(yàn)，深入領(lǐng)悟物理概念的關(guān)鍵詞，悟出概念的內(nèi)涵

學(xué)者研究表明：學(xué)生建構(gòu)物理概念的過程與物理學(xué)概念形成的歷史過程有著驚人的類似，相似度達(dá)到84%以上，都要經(jīng)歷漸進(jìn)期、高原期和突變期。因此，在給學(xué)生引入新的學(xué)習(xí)內(nèi)容之前，應(yīng)該弄清歷史上物理學(xué)家相關(guān)的探索過程，遇到的障礙和怎樣克服這些障礙，弄清物理學(xué)發(fā)展歷程中相關(guān)的各種前概念、前觀念[2]，為物理學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)出經(jīng)歷與體驗(yàn)、感受與感悟、內(nèi)化與育化的科學(xué)探究活動和過程的課程實(shí)施計(jì)劃和結(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)感悟物理創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境[3]。

物理定律、定理反映了物理概念之間的聯(lián)系，如果不先掌握物理概念，就很難進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握物理定律、定理。物理概念是物理思維的細(xì)胞，是整個物理知識體系的支撐點(diǎn)。物理概念揭示了客觀事物共同具有的物理屬性和本質(zhì)特征，是在感知、體驗(yàn)大量事實(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析與綜合、抽象與概括形成的。因此，物理概念是物理知識的基本元素，是進(jìn)一步深入學(xué)好物理的基石。只有在親身體驗(yàn)、身心感受的基礎(chǔ)上，深入地理解、領(lǐng)會概念的內(nèi)涵和外延，才有可能透徹地運(yùn)用物理規(guī)律解決相關(guān)問題。當(dāng)前物理概念教學(xué)存在的問題主要有：忽視學(xué)生的知識背景或認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，忽視概念的形成，用題海強(qiáng)化概念，忽視前概念的干擾，忽視關(guān)鍵字詞，不關(guān)注定語;割裂形象思維與抽象思維的統(tǒng)一，割裂物理現(xiàn)象與本質(zhì)的辯證統(tǒng)一，割裂物理概念個性與共性的辯證統(tǒng)一，割裂物理概念量與質(zhì)的辯證統(tǒng)一[4]。

2017年度諾貝爾物理學(xué)獎獲得者雷納·韋斯接受《文匯報(bào)》采訪時(shí)說：無聊的教學(xué)和課程會抹殺學(xué)生的興趣，最糟糕的科學(xué)教學(xué)就是“記住這個公式”。在批閱作業(yè)或評卷時(shí)，會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生即使記住了概念的文字表述和公式表述，仍因處于模糊不清的狀態(tài)而亂套公式，表現(xiàn)為公式中物理量的含義及適用條件含糊不清、概念的內(nèi)涵及外延含糊不清。課堂上建構(gòu)一個概念需要經(jīng)歷一個過程，理解并把握一個概念，絕不是一節(jié)課就能完成的，有時(shí)可能需要經(jīng)歷一段更長的時(shí)間，如加速度概念的建立，幾乎需要高一兩個學(xué)期。因此，在教學(xué)中要創(chuàng)造條件讓學(xué)生多次感知，并在后續(xù)學(xué)習(xí)中及時(shí)補(bǔ)充，不斷豐富學(xué)生已學(xué)物理概念內(nèi)涵的心理體驗(yàn)和思維體驗(yàn)的經(jīng)歷，然后通過比較和歸納、原型啟發(fā)和類比加工，再悟出這類事實(shí)的道理，形成對概念物理意義、來龍去脈、概念間的邏輯性與非邏輯性的感悟。

物理概念教學(xué)的核心是領(lǐng)悟概念。物理概念的內(nèi)涵是指物理概念所反映的物理對象、物理現(xiàn)象、物理過程所特有的本質(zhì)屬性，是該事物區(qū)別于其他事物的本質(zhì)特征，它揭示了“是什么”，是對物理概念作出質(zhì)的規(guī)定。物理概念的外延是指具有物理概念所反映本質(zhì)屬性的全體對象，物理概念適用的范圍和條件，它揭示了“哪些是”。概念教學(xué)的關(guān)鍵是使學(xué)生意會概念的內(nèi)涵和外延，不能光從專業(yè)術(shù)語的字面上看概念，將物理概念文字化，如加速度、超重與失重、勻速圓周運(yùn)動;也不能只從數(shù)學(xué)公式的形式上看概念，將物理概念符號化，如a、W=Fscosα。

定義是明確概念內(nèi)涵和外延的依據(jù)，為了找出概念的內(nèi)涵和外延，務(wù)必從分析概念的定義入手。按描述物理概念的方法劃分，定義物理概念有直接定義法、比值定義法、乘積定義法、差值定義法、和值定義法、極限思維定義法和函數(shù)定義法[5]。物理定義，或描述物理現(xiàn)象的名稱，或反映物體間的相互作用關(guān)系，或反映物理事件的某種性質(zhì)，或揭示物理事件的本質(zhì)屬性。但在多年教學(xué)實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)概念教學(xué)往往不被師生重視，有不少的教師只是用課件展示一下定義的內(nèi)容，然后脫離定義，照搬備課資料對概念進(jìn)行講解;教師沒教好概念的示范，造成了有不少的學(xué)生誤認(rèn)為掌握概念就是一字不漏地把概念的定義背誦下來。如對“彈力”定義的教學(xué)，筆者聽了好幾節(jié)彈力相關(guān)的公開課，這些課都有一個通病，就是用課件展示彈力的定義并說記住后，將“外力作用等原因、相互擠壓或拉伸、發(fā)生彈性形變、產(chǎn)生彈力”詳解為彈力產(chǎn)生的過程。說教式地介紹判斷彈力的有無的幾種方法，再介紹如何判斷繩子、支持物、擠壓物等彈力的方向并拓展到點(diǎn)面接觸。整個過程并沒有緊扣彈力的定義，給學(xué)生的感覺是教師講的這些內(nèi)容找不到源頭，未能理解其因果關(guān)系和邏輯關(guān)系。概念教學(xué)中正因?yàn)榇嬖谶@種現(xiàn)象，在高三學(xué)生關(guān)于物理概念教學(xué)的問卷調(diào)查中，有90%以上的學(xué)生選擇通過“大量做題”來理解一個新的概念，就不出所料了。學(xué)生由于沒有在概念教學(xué)過程中理解概念，只能依賴大量練習(xí)，即使會做了，也并不意味著他們真正理解概念，因?yàn)椤皶觥笔峭ㄟ^大量試錯訓(xùn)練基礎(chǔ)上的“會”。

為此，筆者特意命制了如下一道考試題來討論概念教與學(xué)。

案例1 用一根輕彈簧豎直懸掛一個小球，小球和彈簧的受力圖如圖1所示，下列說法中正確的是（ ? ? ）

A.F3與F4是一對相互作用力

B.F4是由彈簧形變產(chǎn)生的

C.F3是由小球形變產(chǎn)生的

D.F2的反作用力是F1

此題素材取自“滬科教版”必修1，考查力的相互作用，考查形變與彈力概念。測試結(jié)果選擇A、B選項(xiàng)的特多，說明學(xué)生沒有很好地理解彈力的定義。領(lǐng)悟概念的建構(gòu)過程是概念教學(xué)的前提，領(lǐng)悟概念表述中的關(guān)鍵字詞是概念教學(xué)的關(guān)鍵。物理定義是高度抽象、概括，語言簡潔、精練，研讀物理概念不能像閱讀報(bào)紙走馬觀花似的，要逐字逐句地結(jié)合親身經(jīng)歷中的感受、體驗(yàn)深度解讀，特別是關(guān)鍵字詞及定語要反復(fù)認(rèn)真推敲，教師在教學(xué)中務(wù)必示范引領(lǐng)。如以“彈力”的定義為例，課本中“彈力”的定義是“發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，就會對與它接觸使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力”，是學(xué)生在結(jié)合自己經(jīng)歷“壓”鋼尺—“推”“拉”彈簧—壓縮的彈簧推小車、拉伸的彈簧拉小車的感覺、知覺、體驗(yàn)、觀念，再經(jīng)過反復(fù)比較、分析、抽象、概括，拋棄物理現(xiàn)象中一些非本質(zhì)的屬性形成的。抓住“發(fā)生……物體”“由于要……”“對與它接觸”“使它發(fā)生……的物體”等表述中的關(guān)鍵字詞，結(jié)合彈力概念建構(gòu)過程中“壓”“推”“拉”彈簧的感受與體驗(yàn)，悟出彈力產(chǎn)生的條件、彈力的施力物體、彈力的受力物體、彈力的方向;悟出“彈力與形變始終相伴、形影不離”;悟出“彈力是由發(fā)生形變的物體產(chǎn)生的（即施力物體的形變而引起的），作用在使它發(fā)生形變的其他物體或物體的其他部分上”;悟出彈力是形變物體對使它發(fā)生形變的物體的力的作用;悟出彈力反映了物體間的相互作用關(guān)系，即悟出彈力的內(nèi)涵;悟出彈力的定義反映的是具有這特有屬性的所有的力，如支持力、壓力、拉力、推力等具體的力本質(zhì)上都是彈力。只有這樣，抓住彈力的定義，才能在理解彈力內(nèi)涵與外延的基礎(chǔ)上，建立彈力與形變的因果關(guān)聯(lián)，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生“知識關(guān)系建構(gòu)”的能力，形成形變是產(chǎn)生彈力的條件，形成彈力不能離開形變的物質(zhì)觀，形成物體受到了力不一定形變而物體受到了彈力一定有另一物體形變的物質(zhì)觀和作用觀，形成產(chǎn)生彈力的物體間存在相互作用觀，進(jìn)而從物質(zhì)觀、能量觀和相互作用觀初步形成對力、彈力、形變的整體認(rèn)識。

2 ? ?結(jié)合專題，深入領(lǐng)會物理規(guī)律的因果性，悟出概念的關(guān)聯(lián)

要學(xué)好物理，應(yīng)借助物理規(guī)律，領(lǐng)會規(guī)律的特性屬性，領(lǐng)悟內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)。物理規(guī)律具有局限性、客觀性、普通性、因果性和必然性五個屬性，其中因果性最為重要。物理規(guī)律是物理知識的核心，是理性認(rèn)識的結(jié)果，是物理知識的骨架，它表現(xiàn)出若干物理概念之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[6]。所以，學(xué)好物理的前提是學(xué)好概念，但即使學(xué)好了物理概念，弄懂了概念的內(nèi)涵、外延，并不意味著真正學(xué)好了概念。因?yàn)槲锢碇R并不像積木，由眾多概念堆積而成，而是通過物理規(guī)律將不同的物理概念關(guān)聯(lián)起來，建構(gòu)一個有關(guān)聯(lián)的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，要學(xué)好物理規(guī)律，關(guān)鍵是理解概念之間內(nèi)在的因果關(guān)系，領(lǐng)會影響物理量的決定因素，意會引起物理變化的原因，領(lǐng)悟概念之間內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)，從而找到解決物理問題的鑰匙。

案例2 牛頓三大運(yùn)動定律教學(xué)。牛頓三大運(yùn)動定律學(xué)完之后，很多學(xué)生沒有弄清牛頓三大運(yùn)動定律之間的關(guān)系，很難建立其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而制約著學(xué)生對力學(xué)知識的整體把握和核心素養(yǎng)的提升。因此，學(xué)完牛頓三大運(yùn)動定律后，有必要花一定的時(shí)間將牛頓三大運(yùn)動定律關(guān)聯(lián)起來，使之成為一個初步的動力學(xué)體系，消除學(xué)生認(rèn)為牛頓第二定律最重要的看法。牛頓第一定律包含著極富成果的科學(xué)概念，直接定義了“力”“慣性”和“參考系”三個力學(xué)基本概念，定性地指出了力與運(yùn)動的關(guān)系，明確了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，表述了力的本質(zhì)和力的效果，回答了慣性表現(xiàn)為外力改變物體運(yùn)動狀態(tài)的難易程度，申明了物體靜止?fàn)顟B(tài)與勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的等價(jià)性。因此，牛頓第一定律是動力學(xué)的基石，也是動力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)。牛頓第二定律解決力與運(yùn)動的定量關(guān)系，既揭示了力與加速度的因果關(guān)系，又揭示了加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系，還解決了怎樣確定力的操作性定義和如何量度物體的慣性等問題。牛頓第三定律進(jìn)一步描述了力的相互作用的性質(zhì)和相互作用力產(chǎn)生的機(jī)制，拓展了牛頓第二定律的適用范圍，進(jìn)而把涉及的一切物體的運(yùn)動關(guān)聯(lián)起來。因此，力的概念完全是由牛頓三大運(yùn)動定律定義的，牛頓第一定律和牛頓第二定律分別定性和定量地明確了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，牛頓第三定律指出了力是物體間的相互作用，而且是能夠改變運(yùn)動狀態(tài)的作用。牛頓三大運(yùn)動定律中的力將重力、彈力、摩擦力關(guān)聯(lián)起來，由于物體不受力的作用是不可能的，因此牛頓第一定律是理想實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的定律;為了分析物體間的相互作用，使用隔離法和整體法兩個工具;為了求兩個力的合力，使用力的平行四邊形定則;為了求多個力的合力，使用正交分解法工具;加速度與力即時(shí)、正比、同向;牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用涉及兩類動力學(xué)題型，進(jìn)而將力與運(yùn)動學(xué)知識關(guān)聯(lián)起來;當(dāng)物體受到的合外力等于零時(shí)，物體的加速度等于零，物體處于平衡狀態(tài)，而靜止?fàn)顟B(tài)與勻速直線運(yùn)動狀態(tài)是等價(jià)的，進(jìn)而將建模與應(yīng)用模型關(guān)聯(lián)起來，提升學(xué)生終生必備的解決問題的實(shí)踐能力。整個過程，學(xué)生需完成回憶和提取、辨識和確認(rèn)、概括和關(guān)聯(lián)、說明和論證等物理學(xué)習(xí)理解活動，形成對“機(jī)械運(yùn)動與物理模型”“相互作用與運(yùn)動規(guī)律”相互關(guān)聯(lián)整合的完整認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)知識的系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化。

要學(xué)好物理，應(yīng)將物理概念、物理規(guī)律和科學(xué)方法有效整合成相互關(guān)聯(lián)的體系。學(xué)生覺得物理難學(xué)，其中一個主要原因是學(xué)生學(xué)到的物理知識是零散、分離、缺失、碎片式的，沒有將所獲得的物理概念、物理規(guī)律和科學(xué)方法有效整合成相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)或體系，造成認(rèn)知結(jié)構(gòu)不完善，而實(shí)際問題涉及面寬、綜合性強(qiáng)，在解決問題過程中需要檢索、調(diào)用多個概念、規(guī)律、過程與方法。物理問題解決的過程是學(xué)生頭腦中新舊知識相互影響、相互作用的過程，若僅僅孤立地知道概念和規(guī)律，無法建構(gòu)物理知識體系的高樓大廈。當(dāng)面臨問題解決、探究實(shí)踐或生活中應(yīng)用物理知識，學(xué)生會無法回憶提取、辨識確認(rèn)。只有將學(xué)生頭腦中零散、分離的知識與技能組織起來并通過提煉和升華，才能形成超越碎片化知識與技能的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動與相互作用、能量的物理觀念，建立一個對完整物理世界的認(rèn)知;才能發(fā)展學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括能力和推理能力;才能引領(lǐng)學(xué)生有效排布、關(guān)聯(lián)梳理，將概念、規(guī)律、關(guān)系、方法建立成一個有效的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，便于記憶、檢索、提取，逐步發(fā)展認(rèn)知關(guān)聯(lián)整合能力，發(fā)展學(xué)生知識關(guān)系建構(gòu)能力、核心概念整合能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知方式的發(fā)展[7]。

3 ? ?結(jié)合史實(shí)，深入領(lǐng)會物理學(xué)家的創(chuàng)造性，悟出突破的關(guān)鍵

物理學(xué)史實(shí)隱含著豐富的物理觀念、科學(xué)思維、人文底蘊(yùn)和科學(xué)精神。愛因斯坦指出“在建立一個物理學(xué)理論時(shí)，基本觀念起了最主要的作用。物理書上充滿了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，但是所有的物理學(xué)理論都是起源于思維與觀念，而不是公式”，由于歷史和認(rèn)識的局限性，物理觀念隨著物理學(xué)的發(fā)展而發(fā)展。由此可見，物理學(xué)家的思維與觀念是學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維最寶貴的素材，物理學(xué)家研究的歷程是學(xué)生克服困難、樹立科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任經(jīng)典的范例。物理學(xué)家在面對山窮水盡疑無路的絕境時(shí)，如何克服科學(xué)研究道路上的障礙，實(shí)現(xiàn)柳暗花明又一村的歷程中，隱含著豐富的學(xué)生發(fā)展理性內(nèi)涵、人文價(jià)值和精神價(jià)值等核心素養(yǎng)教學(xué)案例。將隱蔽于后臺的科學(xué)史實(shí)素材中的過程與方法引入物理課程，讓學(xué)生身臨其境，豐富物理學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，感悟科學(xué)家在解決問題時(shí)如何運(yùn)用類比、對稱、直覺等方法突破困局，感悟大師們的研究方法、科學(xué)思想、科學(xué)精神，用科學(xué)家的智慧武裝學(xué)生頭腦，發(fā)展學(xué)生建模能力和問題解決能力。學(xué)者對100位物理教師進(jìn)行調(diào)查[8]，在四個選項(xiàng)中，認(rèn)為在物理教學(xué)中“非常有必要”滲透物理學(xué)史的占46%，認(rèn)為“有必要”的占54%，認(rèn)為“無所謂”或“沒必要”的沒有;但在實(shí)際教學(xué)中，“經(jīng)?！睗B透的只占27%，大部分只是“偶爾”或“幾乎沒有”，而所謂的經(jīng)常滲透也只是簡要介紹物理學(xué)家的生平，并沒有科學(xué)研究歷程的“還原”和科學(xué)精神、科學(xué)方法等方面的講解。若將大師們認(rèn)識自然的曲折頑強(qiáng)而又閃爍著智慧的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐活動的歷史擦去，就無法領(lǐng)悟到大師的智慧、激情與物理科學(xué)臻美。

案例3 《萬有引力定律及其應(yīng)用》[9]一章教學(xué)，要解決兩個問題：行星運(yùn)動學(xué)問題及其發(fā)展歷程;行星動力學(xué)問題及其發(fā)展歷程。

首先，展示行星運(yùn)動學(xué)問題及其發(fā)展的三個歷程。一是地球概念的確立;二是從地心說到日心說;三是從第谷到開普勒，數(shù)理“聯(lián)姻”的典范。整個課程教學(xué)所具有的鮮活性和豐富性得到了充分地激發(fā)，讓學(xué)生感受亞里士多德運(yùn)用直覺思維的方法及古希臘人的智慧，感受亞里士多德應(yīng)用演繹和邏輯推理推出一系列結(jié)論的典范;感受直覺印象與日常觀察的局限性;感受把直觀印象與科學(xué)觀察區(qū)別開來，把物體的視運(yùn)動和實(shí)際運(yùn)動區(qū)分開來，是哥白尼由地心說進(jìn)展到日心說的關(guān)鍵之一;感受哥白尼當(dāng)時(shí)所面對的壓力與挑戰(zhàn);感受哥白尼、布魯諾、伽利略堅(jiān)持真理的科學(xué)精神;感受開普勒在整理第谷天文觀測資料時(shí)采用的是先分析后綜合的思維方法;感受開普勒的頭腦與第谷的眼睛的結(jié)合，成就天文學(xué)奇跡，進(jìn)而感受第谷精確觀測的數(shù)據(jù)是開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)，放棄勻速圓周運(yùn)動理念是開普勒發(fā)現(xiàn)天體運(yùn)動規(guī)律的關(guān)鍵，數(shù)形結(jié)合是開普勒發(fā)現(xiàn)天體運(yùn)動規(guī)律的重要工具。

然后，展示行星動力學(xué)問題及其發(fā)展歷程。一是早期天體引力的假設(shè)，引力思想的萌芽：英國醫(yī)生吉爾伯特根據(jù)磁體間相互作用，猜測行星是依靠著從太陽發(fā)出的像輪輻一樣的磁力牽絆圍繞太陽運(yùn)行;開普勒也意識到太陽有一種支配行星運(yùn)行的“力”，猜想這個“力”和行星與太陽的距離成反比;法國的笛卡兒根據(jù)浮在水面上的麥草被水的旋渦所捉住提出了“旋渦”假設(shè)，并猜想地球是兩極伸長的長球體，惠更斯根據(jù)攪拌水產(chǎn)生的旋渦把砂石聚向碗心的實(shí)驗(yàn)，支持笛卡兒的觀點(diǎn)，牛頓早期也傾向此觀點(diǎn)。二是針對圓周運(yùn)動，平方反比假設(shè)的提出：哈雷和雷恩根據(jù)開普勒第三定律和向心加速度公式，按圓軌道導(dǎo)出了平方反比關(guān)系;胡克在給牛頓的信中提出了平方反比假設(shè)，并指出了困難在于太陽和行星都是巨大的天體，將它們的質(zhì)量看作集中在它們各自的中心點(diǎn)來處理缺乏理論上的論證。三是解決引力問題遇到的困難：胡克、哈雷和雷恩不能徹底解決引力問題的原因是因?yàn)橛龅搅巳齻€障礙，即：如何將圓軌道中得到的平方反比關(guān)系應(yīng)用到橢圓軌道中去，如何計(jì)算天體的各部分所產(chǎn)生的總效果，如何解決行星間的相互作用對軌道的影響等復(fù)雜問題。四是牛頓怎樣突破三個障礙，建立萬有引力定律：第一，牛頓受平方反比啟示，結(jié)合向心力公式和開普勒行星運(yùn)動第三定律，推導(dǎo)出太陽對行星的引力跟太陽、行星質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離平方成反比;第二，牛頓進(jìn)行“月—地檢驗(yàn)”，證明地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力與地球?qū)υ虑虻囊κ峭恍再|(zhì)的力，都遵從相同的規(guī)律;第三，牛頓借助微積分證明在研究太陽對行星的引力時(shí)，能將太陽、行星視為質(zhì)點(diǎn)，并證明橢圓軌道上的引力平方反比關(guān)系，猜想地球兩極扁。五是驗(yàn)證萬有引力定律最有力的四個事實(shí)：包括法國兩個測量遠(yuǎn)征隊(duì)實(shí)地測量地球形狀的結(jié)果、哈雷彗星的預(yù)報(bào)、卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)測定萬有引力常數(shù)、海王星的發(fā)現(xiàn)[10]。

學(xué)生感悟到開普勒的成功，不僅與他對天體運(yùn)動的指導(dǎo)思想、一絲不茍的工作作風(fēng)以及敢于探索、敢于創(chuàng)新等可貴品質(zhì)有關(guān)，也與他擅長數(shù)學(xué)方法有關(guān)。（1）科學(xué)的觀念是正確行動的指南。學(xué)習(xí)開普勒抓住傳統(tǒng)圓軌道與第谷的實(shí)際觀測結(jié)果相差8弧分的主要矛盾，因突破傳統(tǒng)的圓軌道觀念，歷時(shí)九年終于發(fā)現(xiàn)各行星運(yùn)動之間的聯(lián)系。（2）實(shí)踐與理論完美結(jié)合的典范。沒有第谷豐富、準(zhǔn)確的天文觀測資料，開普勒再聰明也只是一個空想象而已;相反沒有開普勒的理論概括，第谷的觀測資料也不能發(fā)揮其價(jià)值。（3）分析必須以綜合為歸宿。學(xué)習(xí)開普勒將整體分解為部分、將復(fù)雜事物分解為簡單的要素來分別加以研究的一種方法，而對各行星的行為進(jìn)行分析又是為了找到太陽系整體的規(guī)律性。

學(xué)生感悟到牛頓之所以能超越前人和同時(shí)代人，在于他能順利越過前兩大障礙，在于他抓住影響問題的主要矛盾，把其他天體的干擾撇開不計(jì)，只考慮太陽和行星、行星與衛(wèi)星之間的二體問題，使問題的研究再次得到簡化，進(jìn)而突破第三個障礙。

科學(xué)結(jié)論背后必有廣闊而深刻的人文底蘊(yùn)素材和科學(xué)精神故事，所以應(yīng)充分發(fā)揮這些素材的教育功能，凸顯科學(xué)探究過程與方法，展示科學(xué)的人文價(jià)值，用科學(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的建模能力，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)踐創(chuàng)新素養(yǎng)。

4 ? ?結(jié)合課例，深入領(lǐng)悟形異質(zhì)同的同一性，悟出問題的類同

科學(xué)依賴歸納推理，歸納推理在科學(xué)研究中發(fā)揮著核心作用。如牛頓第一定律中的“一切物體總保持……”，牛頓第三定律中的“……作用力與反作用力總是……”，萬有引力定律中的“自然界中任何兩個物體都相互……”的表述，正是因?yàn)榕ｎD有相信“物體的普遍性質(zhì)”是可以“由我們曾見到過的物體中所發(fā)現(xiàn)的類似特征而推斷出來的”的感悟，正是因?yàn)榕ｎD能看到地上事物和宇宙事物之間的聯(lián)系和它們的同一性，進(jìn)而開創(chuàng)了一個偉大的經(jīng)典力學(xué)時(shí)代。科學(xué)家將牛頓思想拓展到其他領(lǐng)域的自然現(xiàn)象上，推動了光學(xué)、能源、熱力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)、哲學(xué)等領(lǐng)域的巨大發(fā)展。中學(xué)生的物理觀察與物理學(xué)家建構(gòu)物理學(xué)的觀察具有相同的建構(gòu)特征，依據(jù)觀察與實(shí)驗(yàn)建立物理概念和規(guī)律是中學(xué)物理教學(xué)的主要內(nèi)容，通常的做法是借助幾個生活事例或典型現(xiàn)象歸納得出所要建立的物理概念或物理規(guī)律，然后再運(yùn)用概念和規(guī)律去解決實(shí)際問題。

在科學(xué)研究中，科學(xué)家利用類比，為我們樹立了異中求同、同中求異的思維典范。根據(jù)類比推理提出假設(shè)有一定的主客觀因素。主觀上人們總是習(xí)慣由未知圖景聯(lián)想到已知圖景，并用已知的圖景去設(shè)想、解釋未知的圖景;客觀上物理世界中各種現(xiàn)象和過程之間由于相互聯(lián)系，或多或少有些相似又為類比提供了事實(shí)基礎(chǔ)。如雷電和閃電與萊頓產(chǎn)生的電火花是同一種物理現(xiàn)象，兩者之間有多方面相似性，如都瞬時(shí)發(fā)生、都能流過導(dǎo)體、都能破壞磁性，富蘭克林通過費(fèi)城實(shí)驗(yàn)將天電與地電統(tǒng)一起來。正因?yàn)榭茖W(xué)家們運(yùn)用了類比的方法，因此在學(xué)習(xí)物理知識時(shí)，會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)某些完全不同的問題在一定范圍內(nèi)具有形式上的相似性，其中有數(shù)學(xué)表達(dá)式的相似性，如庫侖定律與萬有引力定律的表達(dá)式類似，有物理圖像上的相似性，如F-s、I-t圖像與v-t圖像類似。

中學(xué)物理學(xué)習(xí)中存在大量形異質(zhì)同的問題，變式訓(xùn)練是揭示物理本質(zhì)的有效方法。所謂變式，就是通過包裝同類事物的情境，或變換同類事物非本質(zhì)特征的表現(xiàn)形式，或變更觀察事物的視角與手段、方式與方法，向?qū)W生提供具有相同本質(zhì)的而個性不同的一組物理問題，將事件的本質(zhì)特征和那些隱蔽的本質(zhì)要素凸顯出來，讓學(xué)生在變式反思中領(lǐng)悟物理問題的本質(zhì)和規(guī)律，進(jìn)而揭示物理問題的共性與個性的統(tǒng)一，豐富學(xué)生對物理的理解。變式訓(xùn)練主要有情景變式、模型變式、遷移變式。例如，圖2中，用力豎直往下壓鉸鏈，就能把鐵絲拉斷;圖3中，用兩塊等長木板搭成底角較小的人字形架，一個小朋友往中央一站時(shí)，就能推動大衣櫥;圖4中，在長繩索中央，用一個較小垂直繩索的力就可以將卡車?yán)瞿嗫?。要解釋其中的奧妙，就要先對這些原始問題進(jìn)行賦值表征、物理表征、方法表征和數(shù)學(xué)表征[11]。對于這三個情境，只要突破其中一個，其余兩個就會迎刃而解，其本質(zhì)就是合力與分力的關(guān)系。像這類形異理同的情境變式問題，還可以找出很多。

點(diǎn)評：此題廣東考生的平均分為1.94分，難度系數(shù)0.32，區(qū)分度0.26，各選項(xiàng)的比例依次分別是21.90%、32.43%、33.63%、11.88%。此題考查了電阻R1與變壓器原線圈組成的串聯(lián)電路，R2、R3串聯(lián)后與變壓器副線圈（相當(dāng)電源）組成的閉合電路，通過變壓器將兩個電路關(guān)聯(lián)起來。此題相對考生平時(shí)訓(xùn)練的題，只是在初級串聯(lián)了一個電阻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原線圈兩端的電壓隨負(fù)載的變化而變化?？焖俳獯鸬募记墒亲プ≡€圈中的電流跟副線圈中的電流成正比。但從答題情況來看，考生在解答此題時(shí)，由于不能轉(zhuǎn)化為已有的物理模型而選擇A或D選項(xiàng)，真正科學(xué)判斷而選擇B選項(xiàng)的較少。因此，此題的區(qū)分度很差。

應(yīng)用原型啟迪問題解決思路，領(lǐng)悟物理過程，學(xué)會創(chuàng)新思維。物理源自于生活，生活中，有很多類似的物理情境，如人騎自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)需要傾斜一定的角度，騎車的人在用力踩踏板，車輪也在不停地轉(zhuǎn)動，是一個非常復(fù)雜的關(guān)聯(lián)運(yùn)動，但騎自行車轉(zhuǎn)彎與人在跑道彎道上跑步類似，本質(zhì)上是典型的形異質(zhì)同的物理模型。形異理同，以物思理，物有多樣性，理卻只一條。在慣性概念教學(xué)中，將慣性的本質(zhì)與“汽車突然起動時(shí)，乘客會往后倒，汽車突然剎車，乘客會往前倒”等原型聯(lián)想起來，就很容易詮釋“如果高速公路上兩輛汽車因追尾而相撞，兩輛車上的駕駛員受傷的部位有何不同？”等問題。許多形異質(zhì)同的物理問題，其解題思路具有相似性。在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生在突破一個問題的基礎(chǔ)上，學(xué)會運(yùn)用原型啟發(fā)，解決同一類物理問題。有時(shí)學(xué)生雖然能通過模仿或套用公式正確解答習(xí)題，但并沒真正地掌握，是因?yàn)闆]搞清其物理過程。物理過程不清晰，將影響物理模型或物理情境的建構(gòu)，從而影響問題的正確解決。許多看似復(fù)雜的物理過程，其實(shí)都是在一些典型的物理模型的基礎(chǔ)上變換而來的。因此，在物理解題教學(xué)中要先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物理問題情境構(gòu)建出典型形象，形成正確、清晰的物理圖景。在此基礎(chǔ)上，再啟發(fā)學(xué)生活化構(gòu)建的典型形象，將物理問題轉(zhuǎn)化為物理原型[12]。

5 ? ?結(jié)合課例，深入領(lǐng)悟形同質(zhì)異的差異性，悟出問題的差異

同一性自身包含著差異性。伽利略通過斜面實(shí)驗(yàn)意識到“在向下傾斜的平面的情形存在加速，而在向上傾斜的平面的情形存在減速，由此得出只有沿著一個水平面的運(yùn)動才是永恒的”，正是因?yàn)樗虺隽讼蛏蟽A斜與向下傾斜的差異，提出了慣性原理。由于學(xué)生正處于發(fā)育期，其思維品質(zhì)不夠深刻或不夠敏捷，在處理形同質(zhì)異問題時(shí)往往容易受“形同”迷惑而意識不到“質(zhì)異”，掉入事先設(shè)計(jì)的陷阱。

從概念的物理本質(zhì)中意會概念的數(shù)學(xué)形式。對物理量而言，一定的物理本質(zhì)往往表現(xiàn)為一定的數(shù)學(xué)形式，而一定的數(shù)學(xué)形式也反映出一定的物理本質(zhì)，但這種關(guān)系并非對等[13]。同一種數(shù)學(xué)形式可以呈現(xiàn)不同的物理本質(zhì)，如a與m均屬比值形式的物理量，但前者是加速度的決定式，呈現(xiàn)了影響加速度的決定因素，它們之間存在正反比關(guān)系;后者呈現(xiàn)了慣性質(zhì)量的量度式，反映了物體的一種固有屬性，描述物體慣性質(zhì)量的大小的物理量m可以用F、a來量度，但不存在正反比關(guān)系。不同的數(shù)學(xué)形式也可以呈現(xiàn)同一物理本質(zhì)，如F=ma與F的形式不同，但均是動力學(xué)方程，在經(jīng)典力學(xué)適用范圍內(nèi)，兩種表述完全等價(jià)。其中F=ma給出了力和運(yùn)動的定量關(guān)系，給出了力的操作性定義，即力可由受其作用的物體的質(zhì)量和其加速度的乘積來量度;而F給出了力和動量變化率的定量關(guān)系，表示外力與動量的變化率成正比。通過比較F=ma與F，深化對形式與本質(zhì)的異中有同、同中有異的認(rèn)識。有比較才有鑒別，要針對容易混淆的形同質(zhì)異的概念或問題，通過比較與辨析，深化物理量的數(shù)學(xué)形式與物理本質(zhì)的異同比較，內(nèi)化學(xué)生對物理概念蘊(yùn)含的辯證觀點(diǎn)的深入理解。

在物理練習(xí)中，經(jīng)常會碰到形相似而實(shí)質(zhì)相差很遠(yuǎn)的習(xí)題。這類問題往往具有極強(qiáng)的欺騙性，解答時(shí)稍不注意，往往會把認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有原問題的解法直接套用進(jìn)來。解答這類看似類同但實(shí)質(zhì)天差地別的問題，務(wù)必弄清新問題中情境與已有原情境的實(shí)質(zhì)差異，務(wù)必弄清新問題物理情境中隱含的物理本質(zhì)與已有原問題的差異。只有這樣，才能有效突破障礙，不被迷惑，提升學(xué)生分析問題、解決問題的思維品質(zhì)。

案例5 將地球繞太陽運(yùn)動的軌道簡化為圓軌道（圖6），若將太陽系監(jiān)測衛(wèi)星送入地球繞太陽運(yùn)行的軌道上，下列說法中正確的是（ ? ?）

A.衛(wèi)星一定繞太陽做勻速圓周運(yùn)動

B.衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球公轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間一定相同

C.衛(wèi)星的發(fā)射速度一定大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度

D.地球?qū)πl(wèi)星的運(yùn)行可能有影響

解答此題時(shí)，若只注意與常規(guī)題形式上的相似性，定會被迷惑。此題的隱秘條件是地球是一個質(zhì)量巨大的天體，與常規(guī)題中的衛(wèi)星有極大本質(zhì)上的差異，地球的質(zhì)量巨大，對衛(wèi)星的引力一般不能忽略不計(jì)。

6 ? ?結(jié)合課堂，深入感悟老師教學(xué)的邏輯性，悟出老師的用意

老師的教學(xué)實(shí)踐活動包括授業(yè)、解惑、傳道，老師的工作就是塑造靈魂、塑造生命的過程，對學(xué)生今天的繼續(xù)學(xué)習(xí)和明天的持續(xù)發(fā)展具有很強(qiáng)的感染性，對學(xué)生終身發(fā)展必備的核心素養(yǎng)的形成具有強(qiáng)烈的傳導(dǎo)作用、榜樣作用和示范作用。老師既是教育教學(xué)的第一資源，也是學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展的第一資源，還是一部活的“教科書”。要實(shí)現(xiàn)學(xué)生終身發(fā)展必備的核心素養(yǎng)育人目標(biāo)，教學(xué)需同時(shí)具備三個層次：學(xué)習(xí)學(xué)科知識、在參加研究論證活動過程中學(xué)習(xí)用學(xué)科思維來思考問題、把學(xué)科思考轉(zhuǎn)化為日常的生活[14]。教育教學(xué)是培育人、塑造人復(fù)雜的活動，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)三個層次的目標(biāo)，好老師上課前，都會認(rèn)真解讀課程標(biāo)準(zhǔn)的課程性質(zhì)與基本理念、課程目標(biāo)、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施建議和附件，分析教材組織結(jié)構(gòu)、學(xué)科結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)[15]，揣測編者的用意，然后在掌握學(xué)科結(jié)構(gòu)、把握課程標(biāo)準(zhǔn)要求、領(lǐng)會教材編排思想的基礎(chǔ)上，遵循教學(xué)原則準(zhǔn)確地把握和處理教學(xué)信息，圍繞學(xué)生終身發(fā)展而設(shè)計(jì)一個好的教學(xué)結(jié)構(gòu)，即教學(xué)形式結(jié)構(gòu)、教學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)、課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)、課堂形式結(jié)構(gòu)和教學(xué)課型結(jié)構(gòu)。這一精致化的過程，有利于學(xué)生分清主次、突出重點(diǎn)、抓住關(guān)鍵、弄清知識進(jìn)階的內(nèi)在聯(lián)系，有利于學(xué)生比較系統(tǒng)的理解、領(lǐng)會和感悟物理知識的內(nèi)在聯(lián)系，有利于學(xué)生體會素材運(yùn)用與知識結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系，有利于學(xué)生回憶和原型啟發(fā)，有利于學(xué)生不斷豐富、逐漸完善自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，其整個教學(xué)過程本身就是學(xué)生學(xué)好物理的方法感悟過程。學(xué)生具有天然的“向師性”，決定了老師勞動的示范性，“一個人遇到好老師是人生的幸運(yùn)”，老師對學(xué)生的影響貫穿學(xué)生整個受教育過程的始終，超越時(shí)空影響學(xué)生的一生。好老師的每一節(jié)課，都是整合多年來教學(xué)素材研究、教學(xué)內(nèi)容研究、教學(xué)方法研究、教學(xué)設(shè)計(jì)研究和教學(xué)評價(jià)研究等教學(xué)實(shí)踐研究成果的綜合反映，本身就是學(xué)生學(xué)習(xí)如何體驗(yàn)與感受、如何研究與發(fā)現(xiàn)、如何分析與綜合、如何抽象與概括、如何提煉與建模、如何歸納與演繹、如何檢測與評價(jià)、如何運(yùn)用辯證思維與批判性思維的范例，老師教的整個過程對全體學(xué)生的學(xué)極具示范、教化作用。因此，好老師對學(xué)生的為人為學(xué)極具示范作用，好老師會借助課堂這個平臺，充分發(fā)揮自身的示范、榜樣作用，在潛移默化中促進(jìn)學(xué)生深入地感悟老師教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯性、示范性，從內(nèi)心深處悟出老師的用意。

課堂是老師的舞臺，老師依靠課堂這一平臺和教室這一空間，以科學(xué)方法為中心、用物理觀念統(tǒng)領(lǐng)物理教學(xué)，將物理教學(xué)放在大歷史背景中，演繹好舞臺上的角色，營造一個充滿生命活力的課堂，通過授課既演繹自己個體的人生，更豐富和影響全體學(xué)生的生命，與學(xué)生一起發(fā)展成長。

參考文獻(xiàn)：

[1]周長春.感悟教學(xué)得失 成就四字要訣——我的物理教學(xué)感悟與反思[J].基礎(chǔ)教育課程，2017（11下）：69-72.

[2]母小勇，馬娜.學(xué)生與物理學(xué)家共同體概念形成過程的相似性[J].課程·教材·教法，2015（3）：73-77.

[3]周長春.基于體驗(yàn)與感悟的物理教學(xué)策略探究[J].新課程研究，2019（7）：24-26.

[4]姚躍涌，李榮黨.高中物理概念教學(xué)方法策略與案例研究[M].廣州：廣東高等教育出版社，2016：4.

[5]李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2009：234.

[6]梁樹森.物理學(xué)習(xí)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：72.

[7]郭玉英.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：20.

[8]湯清修.初中物理教學(xué)關(guān)鍵問題指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2016：48.

[9]周長春.展現(xiàn)科學(xué)發(fā)展歷程 發(fā)展科學(xué)思維能力[J].物理通報(bào)，2009（10）：33-36.

[10]王溢然.猜想與假設(shè)[M].鄭州：大象出版社，1999：6-78.

[11]邢紅軍.原始物理問題教學(xué)研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：53.

[12]周長春.再談原型啟發(fā)在解題中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物理知識，2005（6）：55-57.

[13]應(yīng)向東.略論物理概念教學(xué)與辯證思維發(fā)展[J].課程·教材·教法，2000（9）：22.

[14]顧云虎.課堂傳授的邏輯[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2014：123.

[15]王較過.中學(xué)物理教材研究與教學(xué)設(shè)計(jì)[M].西安：陜西師范大學(xué)出版總社，2014：46.

（欄目編輯 ? ?李富強(qiáng)）