(江蘇省南京市溧水區(qū)第一初級中學(xué)，江蘇 南京 211200)

筆者在進(jìn)行“探究阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)中“在水平面鋪設(shè)不同材料(棉布、木板、玻璃板)的先后順序”這一問題認(rèn)識(shí)不清，命制了一道測試題作調(diào)查，分析學(xué)生出現(xiàn)的思維偏差，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些想法。

1 試題調(diào)查

圖1

試題:如圖1所示，在“探究阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，為了改變阻力。小華認(rèn)為選用的水平面材料應(yīng)該依次是：棉布、木板、玻璃板；小明認(rèn)為選用的水平面材料應(yīng)該依次是：玻璃板、木板、棉布；小強(qiáng)認(rèn)為這三種材料可以按照任意順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。你贊成誰的觀點(diǎn)？說出你的理由。

解析：本試題的邏輯推理思路是：選用的水平面材料依次是棉布、木板、玻璃板，水平面越來越光滑，小車從同一斜面、同一高度自由滑下，在水平面運(yùn)動(dòng)的路程越來越遠(yuǎn)，小車的速度減小得越來越慢。接著進(jìn)行理想化推理，由三種特殊情況變成理想情況：當(dāng)水平面(無限長)絕對光滑(不受阻力)時(shí)，小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去(做勻速直線運(yùn)動(dòng))。進(jìn)而進(jìn)一步推理：由“小車”到“一切物體”，由“水平面不受力”到“不受任何力”的情況，物體總是做勻速直線運(yùn)動(dòng)。最后進(jìn)一步結(jié)合物理學(xué)史把這條“力與運(yùn)動(dòng)”的規(guī)律補(bǔ)充完善，得出著名的牛頓第一定律。

該試題源自蘇科版初中物理八年級下冊教材，對九年級1班學(xué)生在第一學(xué)期初用5分鐘答題時(shí)間進(jìn)行抽樣調(diào)查，結(jié)果分析如表1所示。

表1

錯(cuò)誤分析：只選小強(qiáng)的同學(xué)在學(xué)習(xí)中缺乏邏輯條理性；只選小明的同學(xué)僅意識(shí)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋旧怼疤骄孔枇ξ矬w運(yùn)動(dòng)的影響”，認(rèn)為阻力越大，小車運(yùn)動(dòng)速度減小得越快，即阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響越大；同時(shí)選小華和小明的同學(xué)，在學(xué)習(xí)中具有一定的邏輯條理，但缺乏“進(jìn)一步”(由粗糙到光滑)的推理意識(shí)?？傊贿x小華的同學(xué)是沒有真正認(rèn)識(shí)到本實(shí)驗(yàn)的探究意圖，沒有注意到本實(shí)驗(yàn)的最終目的是將水平面由粗糙到絕對光滑的情況進(jìn)行理想化推理，進(jìn)而得出牛頓第一定律。

原因分析：近一半的學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)探討過這一實(shí)驗(yàn)，但仍缺乏分析歸納與推理思維能力，對教材的教學(xué)設(shè)計(jì)沒有真正理解。正因?yàn)閷W(xué)生在生活中欠缺這種理性的分析與推理能力，反而具有與之相悖的錯(cuò)誤的生活經(jīng)驗(yàn)(有力就運(yùn)動(dòng)，沒有力就不運(yùn)動(dòng))，所以主要還要靠教師的引導(dǎo)與解讀，以及學(xué)生自身的領(lǐng)悟與糾錯(cuò)。

2 教學(xué)啟示

2.1 認(rèn)清學(xué)生的問題

初中生的頭腦里存在大量的前概念，在遇到問題時(shí)，他們經(jīng)常用日常概念代替科學(xué)概念。筆者曾經(jīng)問過學(xué)生：兩個(gè)蘋果一重一輕，有什么簡單的方法能夠區(qū)分他們呢？有不少學(xué)生贊同這樣一種方法：將兩個(gè)蘋果從同一高度釋放，先落地的蘋果重，后落地的蘋果輕。持有這種想法的人，主要是因?yàn)檫@樣的觀點(diǎn)比較符合人們平時(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)。在物理學(xué)發(fā)展史中，關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷過漫長的過程，物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持的錯(cuò)誤觀點(diǎn)在有些人的觀念中根深蒂固。

2.2 厘清教與學(xué)的思路

2.2.1 簡介物理學(xué)發(fā)展史

關(guān)于運(yùn)動(dòng)與力的探討是人類認(rèn)識(shí)自然的重要過程，見證了由錯(cuò)誤到正確的觀念轉(zhuǎn)變。從公元前5世紀(jì)的德謨克利特、伊壁鳩魯?shù)牟孪?，到公元?世紀(jì)希臘哲學(xué)家亞里士多德指出：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。對此結(jié)論，布菲洛彭諾斯、里丹、阿爾伯特、奧里斯姆等人對此進(jìn)行了長期的爭論。直到17世紀(jì)，伽利略設(shè)想了理想斜面實(shí)驗(yàn)，推翻了這個(gè)結(jié)論。1644年，笛卡爾在他的《哲學(xué)原理》一書中彌補(bǔ)了伽利略的不足。最終，在1687年牛頓終結(jié)了爭論，提出：一切物體總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非有外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。

2.2.2 充分挖掘教材素材

在“牛頓第一定律”的教學(xué)中，教材編寫體現(xiàn)了從具體到抽象、由特殊到一般的設(shè)計(jì)思路，對學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力要求較高。教師要理解教材編寫意圖，充分挖掘與提煉科學(xué)思想與方法。

(1) 擺出觀點(diǎn)，進(jìn)行初步討論

教材中首先給出一段對話(如圖2)，教師提出問題：你贊成他們的觀點(diǎn)嗎？

圖2

在課堂教學(xué)中，教師可以通過分析這段對話，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到由生活現(xiàn)象到結(jié)論往往具有片面性，甚至是錯(cuò)誤的。教材中小明的話“靜止的小車，如果不去推它，它就不會(huì)運(yùn)動(dòng)”是一種對生活現(xiàn)象的描述，同樣小華的話“風(fēng)吹樹搖，風(fēng)停樹靜”也是對生活現(xiàn)象的描述，但是他們根據(jù)現(xiàn)象所下的結(jié)論就值得推敲了。

師：小明和小華對生活現(xiàn)象的描述正確嗎？

生：正確。

師：根據(jù)現(xiàn)象他們所得的結(jié)論正確嗎？

生：好像是對的。

師：你們還能舉出一些類似的事例嗎？

生：……

(2) 正反雙方進(jìn)行辯論

教材中給出了問題解決的提示：“踢出去的足球，腳不再對它施力，為什么它還會(huì)運(yùn)動(dòng)？足球最終會(huì)靜止，這又是為什么呢？”

如果學(xué)生沒有舉出此類事例進(jìn)行反駁，可以提問：你同意上述觀點(diǎn)嗎？

如果學(xué)生舉出此類反對上述觀點(diǎn)的事例，教師可以因勢利導(dǎo)提出：“沒有施加力的作用，物體仍能向前運(yùn)動(dòng)”“力沒有維持物體運(yùn)動(dòng)，反而是阻礙了物體運(yùn)動(dòng)”，供學(xué)生討論。

(3) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

教材設(shè)計(jì)了探究“阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響”的實(shí)驗(yàn)，意在推理得出牛頓第一定律，可以設(shè)計(jì)以下師生對話。

師：你能依據(jù)此事例，通過實(shí)驗(yàn)來證明這兩個(gè)觀點(diǎn)嗎？

生：要找到一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即物體不受力的作用，但它在運(yùn)動(dòng)；或者物體受到阻力，它的運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變。

師：很好，同學(xué)們能設(shè)計(jì)出這樣的實(shí)驗(yàn)嗎？

生：第一個(gè)有困難，找不到不受力的物體。第二個(gè)可以做到。

師：好，那就先驗(yàn)證第二觀點(diǎn)。怎么做？

生：可以選擇一個(gè)斜面，讓物體從斜面上滑下，通過水平面上時(shí)，不斷改變阻力的大小，看物體運(yùn)動(dòng)情況的變化。

師：斜面容易準(zhǔn)備。那么選擇什么物體作為研究對象更利于下滑？如何改變水平面上的阻力？至少改變幾次？將要通過觀察到什么現(xiàn)象來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論？實(shí)驗(yàn)中，還需要控制哪些實(shí)驗(yàn)條件？請同學(xué)們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)論填寫在表2中。

表2

師生討論后小結(jié)：力不僅能使物體運(yùn)動(dòng)起來，也能阻礙物體運(yùn)動(dòng)。

(4) 進(jìn)一步推理

師：我們能否在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上來證明第一個(gè)觀點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，小車在水平方向上受到了一個(gè)阻力的作用，能否使這個(gè)力盡可能地減小，直到變?yōu)榱悖吭诓皇芰Φ臈l件下，小車將怎樣運(yùn)動(dòng)？

生：換水平面的材料，使水平面更光滑，這樣，小車運(yùn)動(dòng)的路程越遠(yuǎn)，小車越不容易停下來。由此，我們可以大膽地推理：當(dāng)阻力變?yōu)榱銜r(shí)，小車仍將運(yùn)動(dòng)。

師：小車此時(shí)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？你是怎么想到的？

生：小車將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。我是仿照“真空不能傳聲”的實(shí)驗(yàn)推理而想到的。

教師再利用PPT展示人類的探索歷程，進(jìn)一步推理得出牛頓第一定律。

點(diǎn)評：筆者在教學(xué)中對這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了有理有據(jù)的處理，運(yùn)用了科學(xué)思維方法，如控制變量法、理想化方法、歸納法、類比法等，同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、語言表達(dá)能力，樹立其正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。

2.3 有效鞏固提升

問題1：運(yùn)動(dòng)會(huì)上，有同學(xué)在賽跑、跳高、跳遠(yuǎn)，教師在場外觀看，如果此時(shí)一切外力都突然消失了，他們會(huì)怎樣呢？

學(xué)生針對以上問題展開熱烈討論，通過對教師(原來是靜止的)和學(xué)生(原來是運(yùn)動(dòng)的)在外力消失后的情景分析，充分體會(huì)牛頓第一定律，特別是討論到原來跳高的學(xué)生在半空中突然外力消失時(shí)的情景，學(xué)生們暢所欲言，對保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的理解比較深刻。即在空中某位置外力突然消失時(shí)，該學(xué)生應(yīng)該沿外力突然消失時(shí)的速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這個(gè)速度的方向可以是斜向上(到達(dá)最高點(diǎn)前)、可以是水平的(到達(dá)最高點(diǎn)時(shí))、也可以是斜向下(到達(dá)最高點(diǎn)后)。此時(shí)，再提出問題2和3幫助學(xué)生來鞏固。

問題2：如圖3所示是空中飛行的足球，若它所受的力全部消失，則一定沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。你同意這樣的觀點(diǎn)嗎？

圖3

圖4

問題3：如圖4所示，木塊從斜面上A處由靜止滑下，經(jīng)過水平木板表面上的B處，最終停在C處。畫出木塊在B處時(shí)水平方向的受力示意圖。

分析：由于本節(jié)課設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，小車是在水平面上運(yùn)動(dòng)的，所以有部分學(xué)生容易產(chǎn)生物體受到的外力一旦消失，物體總是沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)的“慣性思維”。問題2的設(shè)計(jì)有助于學(xué)生克服這一思維定勢。在問題3中，有部分學(xué)生認(rèn)為物體在水平方向還受到一個(gè)向前的作用力，這是因?yàn)椴簧賹W(xué)生總有“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”的思維定勢，認(rèn)為物體在B位置在向右運(yùn)動(dòng)，所以一定還受到一個(gè)向右的作用力?？磥韺\(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)不是一步就能到位的，希望通過我們的教學(xué)能夠“撼動(dòng)”學(xué)生頭腦中一些錯(cuò)誤的前概念。

3 結(jié)語

綜上所述，教育不論怎么轉(zhuǎn)型，宏觀的是理論思索，微觀的是智慧實(shí)踐。最有價(jià)值的轉(zhuǎn)型是在現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境下，讓學(xué)生在高度參與和互動(dòng)中充分發(fā)揮想象、表達(dá)思想、豐富情感、提升智慧，培養(yǎng)其積極思考、善于分析、敢于創(chuàng)新、獨(dú)立而自信的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育目標(biāo)。這就要求我們一線教育工作者必須要從細(xì)微入手、從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，把教學(xué)工作做實(shí)、做好。