加強(qiáng)感性認(rèn)知與理論之間的邏輯連接

楊星 王曉璐

摘要：在高中物理教學(xué)中，教與學(xué)的核心是物理理論，但考試導(dǎo)致大部分師生將教學(xué)的重點(diǎn)放在理論的應(yīng)用——習(xí)題上。所以常使用“演繹法”進(jìn)行教學(xué)，先知道理論知識(shí)再用這個(gè)知識(shí)去解題。脫離實(shí)踐的理論知識(shí)學(xué)習(xí)由于沒有認(rèn)知基礎(chǔ)，所以學(xué)習(xí)難度高?；趯?shí)踐論與認(rèn)知發(fā)展理論對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析，可提出一種減緩高中物理學(xué)習(xí)難度曲線的通用基本方法。

關(guān)鍵詞：邏輯;教學(xué);實(shí)驗(yàn);高中物理

作為科學(xué)領(lǐng)域第一強(qiáng)國的美國在NGSS框架中將科學(xué)實(shí)踐（Scientific and engineering practices）列在第一的重要位置，并加以解釋其為何放在第一位。在《實(shí)踐論》一書中亦論述道：“馬克思列寧主義認(rèn)為：認(rèn)識(shí)過程中兩個(gè)階段的特性，在低級(jí)階段，認(rèn)識(shí)表現(xiàn)為感性的，在高級(jí)階段，認(rèn)識(shí)表現(xiàn)為論理的，但任何階段，都是統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)過程中的階段。感性和理性二者的性質(zhì)不同，但又不是互相分離的，它們?cè)趯?shí)踐的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來了。我們的實(shí)踐證明：感覺到了的東西，我們不能立刻理解它，只有理解了的東西才更深刻地感覺它。感覺只解決現(xiàn)象問題，理論才解決本質(zhì)問題。這些問題的解決，一點(diǎn)也不能離開實(shí)踐?！币c第一強(qiáng)國比拼，我國必須靠理論才能解決這個(gè)問題，而這個(gè)問題的解決是離不開實(shí)踐的。顯然，如何加強(qiáng)實(shí)踐與理論之間的聯(lián)系是值得研究的問題。

無論是美國還是中國，高中階段的科學(xué)教育都會(huì)面臨考試的外部矛盾。所以談西方素質(zhì)教育優(yōu)于應(yīng)試教育是沒抓住問題根本的說法，考試只是檢測手段，真正的問題根本在于如何學(xué)好科學(xué)理論。

科學(xué)理論的掌握，離不開來自學(xué)習(xí)者的實(shí)踐認(rèn)知。物理學(xué)科是基于觀察和邏輯的基礎(chǔ)科學(xué)。觀察便是實(shí)踐的體現(xiàn)，是感性認(rèn)知的直接來源;通過歸納實(shí)踐而來的認(rèn)知，總結(jié)成為經(jīng)驗(yàn);但這樣的經(jīng)驗(yàn)得起邏輯的檢驗(yàn)，比如“越重的物體下落越快”的經(jīng)驗(yàn)從邏輯上便可反證不成立。所以得想象出新的假說，然后設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)去證明，在經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和事實(shí)經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)才能成為理論。理論是以現(xiàn)象為基礎(chǔ)，但以邏輯為核心而構(gòu)成。邏輯本身是自帶一定發(fā)展屬性的，理論本身可以迎來革命，這便是有時(shí)理論物理走在實(shí)驗(yàn)物理之前的原因。

解題亦是實(shí)踐，但仍然處于高級(jí)認(rèn)知階段，通過解題來驗(yàn)證對(duì)理論的掌握情況同時(shí)加深對(duì)理論的理解?？梢娺壿嫴攀俏锢砝碚摰暮诵?，但邏輯是處于高級(jí)認(rèn)知階段的抽象，其必先建立于初級(jí)認(rèn)知。

在教學(xué)過程中如果違反認(rèn)知初高級(jí)的認(rèn)知發(fā)展順序，必然導(dǎo)致教學(xué)效率的低效，學(xué)生學(xué)習(xí)難度曲線的陡增。物理教師負(fù)擔(dān)著物理理論的傳授，首先要求必是自身理論水平要過硬。其實(shí)必然是遵循學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，也就是要加強(qiáng)初級(jí)感性認(rèn)知與理論之間的邏輯連接，從而形成一條較為平緩的學(xué)習(xí)難度曲線。

因此對(duì)物理理論教學(xué)必然不能離開學(xué)生的實(shí)踐，但核心還是在于邏輯。基于此，新課教學(xué)過程必須通過加強(qiáng)學(xué)生直接認(rèn)知與理論的邏輯關(guān)聯(lián)。下面舉兩個(gè)例子加以說明。

一、怎樣定義靜止

機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象是正常人類能夠感知，學(xué)懂理論和沒學(xué)明白理論的區(qū)別在于邏輯性。去描述運(yùn)動(dòng)時(shí)，必先定義什么是運(yùn)動(dòng)。而要定義運(yùn)動(dòng)，又必先知道什么叫不運(yùn)動(dòng)，也就是靜止。所以在要先根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知定義什么是靜止，最常見的認(rèn)知沖突體驗(yàn)來源于坐在很平穩(wěn)的車體驗(yàn)觀察車外的一些特殊現(xiàn)象，也就是明明“靜止”的物體怎么感覺動(dòng)起來了。所以引出到底怎么去判斷物體是不是靜止？從而引出參照物的概念——絕對(duì)靜止的物體。僅僅如此才是理論開始，接下來才是便是教授判斷研究對(duì)象是否運(yùn)動(dòng)的方法：以參照物（根據(jù)實(shí)際情況解釋從“參照物”到“參考系”這兩個(gè)名詞的內(nèi)涵）為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，如果研究的對(duì)象坐標(biāo)（位置）發(fā)生了改變，那么就可以判斷物體運(yùn)動(dòng)了;如果坐標(biāo)（位置）不變，那么就是靜止。

理論的核心應(yīng)該按照一定邏輯建成。完成此步驟后再去用此理論解釋以前認(rèn)知的矛盾，再去做些習(xí)題，才能讓人體會(huì)到學(xué)的東西在合適的時(shí)候得到應(yīng)用的那一份愉悅。

二、原子的核式結(jié)構(gòu)模型如何從無到有

再比如原子核式結(jié)構(gòu)模型的教學(xué)，有的教學(xué)過程十分鐘左右就將原子核式結(jié)構(gòu)是什么（物理知識(shí)）講完了，內(nèi)容上比初中多了盧瑟福怎么做了個(gè)ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)，然后就提出了核式結(jié)構(gòu)模型（有的教學(xué)過程還把原子核的組成講了，讓有的學(xué)生誤以為核式結(jié)構(gòu)模型還包括原子核的組成模型），推翻了湯姆孫的“棗糕模型”，而根據(jù)什么樣的邏輯去推翻的“沒時(shí)間”討論與思考。剩下的時(shí)間便是寫寫習(xí)題，就這樣完成了原子核式結(jié)構(gòu)模型的教學(xué)。這種脫離現(xiàn)象與理論的邏輯連接，通過簡單記憶進(jìn)行學(xué)習(xí)的路線顯然是低效與不長久的，從大量的關(guān)于這一部分的考試成績便可看出這種教學(xué)方式是低效的，學(xué)好理論的難度也是較大的。那么，高效且學(xué)習(xí)難度較小的教學(xué)又該如何？

顯然，找出現(xiàn)象與理論的邏輯連接，順藤摸瓜一以貫之才能形成清晰的原子核式結(jié)構(gòu)模型。首先要然學(xué)生清晰地了解實(shí)驗(yàn)原理，特別是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。盧瑟福及其學(xué)生進(jìn)行ɑ粒子散射實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的重要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)ɑ粒子仍舊沿原先的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，而極少數(shù)（約占八千分之一）發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)。然后運(yùn)用碰撞的知識(shí)和運(yùn)動(dòng)與相互作用觀去檢驗(yàn)之前的“西瓜模型”，發(fā)現(xiàn)“西瓜模型”無法解釋這一現(xiàn)象，最后學(xué)生也能和盧瑟福一樣通過現(xiàn)象與邏輯推理提出新的原子模型——核式結(jié)構(gòu)模型。

三、中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一些意義

在中學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)階段，作為教師我們要常想“為什么要開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)？”這個(gè)問題。

在最初的物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)重要作用，一是驗(yàn)證猜想，二是發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象。細(xì)品，不難發(fā)現(xiàn)：驗(yàn)證猜想也屬于個(gè)體認(rèn)知領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，也就是想象變成現(xiàn)實(shí)。因此，實(shí)驗(yàn)的目的在于突破認(rèn)知，得到新現(xiàn)象。這個(gè)新現(xiàn)象的作用便在于驗(yàn)證現(xiàn)有理論的正確性或促進(jìn)新的理論的形成以解釋新現(xiàn)象。當(dāng)然為了得到新現(xiàn)象，可能會(huì)采用新方法，從而促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。

個(gè)體認(rèn)知的角度看，實(shí)驗(yàn)的目的也是在于獲取新現(xiàn)象，新方法。新現(xiàn)象的感官刺激，才使得物理理論不會(huì)是空中樓閣，更通過邏輯推導(dǎo)加強(qiáng)理論與現(xiàn)象的聯(lián)系，從而有更深入記憶與理解的效果。新方法的學(xué)習(xí)與運(yùn)用，有助于鍛煉學(xué)生思維能力，動(dòng)手能力等。

基于此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)以新現(xiàn)象與新方法為核心而展開，其中獲得新現(xiàn)象是最為基礎(chǔ)的一個(gè)目的，學(xué)習(xí)新方法為更高教學(xué)目標(biāo)。但新方法的學(xué)習(xí)效果和學(xué)生的天賦等因素有密切關(guān)系，所以是更為高階的教學(xué)目標(biāo)。

四、結(jié)語

沒有邏輯連接的知識(shí)越多，反而是負(fù)擔(dān)越重。事實(shí)中的所謂“教育減負(fù)”的困難的現(xiàn)象也佐證了邏輯的在教學(xué)中的重要性。

高中物理教學(xué)既有科普性質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)的任務(wù);又有為高等教育輸送更多更優(yōu)質(zhì)的理工科后備人才的任務(wù)。而這兩項(xiàng)任務(wù)都有一個(gè)隱形的要求：降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理理論的難度曲線。

因此，為了降低物理的學(xué)習(xí)難度，作為高中物理教師，應(yīng)該在“如何加強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知與將要學(xué)習(xí)的物理理論之間的邏輯連接？”這一問題上下功夫。切實(shí)調(diào)查了解學(xué)生的認(rèn)知情況，不同時(shí)代的學(xué)生認(rèn)識(shí)是不一樣，農(nóng)村學(xué)生和城市學(xué)生認(rèn)識(shí)也是有不少差異的，因此，舉的例子和做的實(shí)驗(yàn)是不完全標(biāo)準(zhǔn)化的。簡言之，高中物理教師首先應(yīng)該是一名科普工作者，然后才是一名為高等教育培養(yǎng)具有高素質(zhì)的理工科后備人才的培訓(xùn)師。

參考文獻(xiàn)：

[1]National Research Council.A framework for K-12 science education：Practices，crosscutting concepts，and core ideas[M].National Academies Press，2012.

[2]人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修3-5[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者簡介：楊星，YANGXING（1995—），男，貴州，本科/學(xué)士，貴州師范大學(xué)/碩士研究生，一線教師。

通訊作者簡介：王曉璐，WANGXIAOLU（1980—），女，山東，研究生/博士，貴州師范大學(xué)/教授，主要研究方向：中學(xué)物理教學(xué)，原子與分子物理。