致知在格物

葉禮

1 格物致知

格物致知是中國古代儒家思想中的一個重要概念，源于《大學(xué)》八目所論述的“欲誠其意者，先致其知；致知在格物.物格而后知至，知至而后意誠”此段.清朝末年講西學(xué)的人就用格致（ “格物致知”的簡稱）做物理、化學(xué)等自然科學(xué)的總稱，魯迅先生在《吶喊》自序曾這樣寫道“在這學(xué)堂里，我才知道世上還有所謂格致，算學(xué)，地理，歷史，繪圖和體操.”

現(xiàn)代的物理學(xué)科究竟應(yīng)該讓學(xué)生具備怎樣的素質(zhì)呢？朱熹曾說“窮究事物道理，致使知性通達(dá)至極”. 《大學(xué)》本身也說，格物致知的目的，是使人能達(dá)到誠意、正心、修身、齊家、治國、平天下的地步.在《高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出了物理教學(xué)要讓學(xué)生“能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲；有參與科技活動的熱情，有將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題.”

學(xué)生進入課堂并不是白紙一張，他們都帶著自己獨特的生活經(jīng)歷和體驗，帶著自己對自然、對事物的認(rèn)識、看法、態(tài)度，已經(jīng)有了一定的生活經(jīng)驗和感受.教師應(yīng)當(dāng)利用學(xué)生熟悉的生活經(jīng)驗和感受，將物理問題置于現(xiàn)實的生活情景之中，使學(xué)生已有經(jīng)驗在問題情景中產(chǎn)生矛盾、引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)他們探求新知的渴望，使學(xué)生感受到到物理知識的生活意義和價值，從而獲得更加鮮活的物理知識.這就意味著，教師講物理必須努力做到言之有物，所有的教學(xué)活動都應(yīng)以“物”為出發(fā)點去展開.

2 以物引理

物理課堂是否能夠吸引學(xué)生，課題的引入是十分重要的，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)問題的物理情景，使學(xué)生在有關(guān)情景、現(xiàn)象中“漫游”，列舉大量的事實，喚起學(xué)生已有的感性認(rèn)識，使學(xué)生對所研究的問題有一個清晰、明確的印象.在實際的教學(xué)過程中，要借助圖形、圖像或視頻設(shè)計情景，“繪”學(xué)生知曉的“形”，使之生動、形象的展現(xiàn)于學(xué)生眼前.

案例一 《牛頓第一定律》的教學(xué)引入

視頻引入：拋球小實驗，兩個學(xué)生在一輛勻速行駛的自行車上，把一個籃球高高拋起，重新接回到手中，又重新拋起，重復(fù)游戲.

教師提出問題：在一輛勻速行駛的車上把一個球拋向空中，為了讓球能重新回到自己的手中，人應(yīng)該向哪個方向拋球呢？

問題引起了學(xué)生的爭論，有的認(rèn)為應(yīng)該向前，有的認(rèn)為應(yīng)該向上.

教師指出：剛才的爭論設(shè)計一個古老的話題——力和運動.帶著這個問題，我們一起來體驗前輩的探究過程，學(xué)習(xí)探究方法，進一步理解論述運動和力關(guān)系的牛頓第一定律.

這一視頻是學(xué)生活動的記錄，作為課題的引入材料，學(xué)生親切又熟悉，活躍了課堂的氛圍，也激起了學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望.這樣的情景創(chuàng)設(shè)很自然的把學(xué)生引入到牛頓第一定律的教學(xué)中來了，把生活搬進了課堂，讓學(xué)生感受了生活，在完成學(xué)習(xí)后，還可以布置學(xué)生去實踐視頻中的過程，加深對于物理知識的認(rèn)識.

亞里士多德說：“思維始于驚訝與疑惑”，在教學(xué)引入中，還需要做好情景的“疑”與“思”，通過設(shè)置懸念，使學(xué)生的注意力高度集中，誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維.

案例二 電磁爐在課堂中的應(yīng)用

片段1 在《探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件》一課的教學(xué)中，教師將電磁爐隱藏在一塊毛巾下，表演讓led燈帶發(fā)光的魔術(shù)（如圖1），當(dāng)毛巾揭開的時候，學(xué)生的注意力會完全被電磁爐吸引，而教師適時提出：電生磁而磁又生電的課題，從而吸引學(xué)生對于“如何讓磁生電”的探究.

片段2 在《渦流》教學(xué)中，在電磁爐上放置燒杯，燒杯中放水，觀察現(xiàn)象（無法對水加熱）；在水中放入銅塊，再觀察現(xiàn)象（水很快會沸騰）；在水中放入鐵塊，再觀察現(xiàn)象（水會沸騰，但時間較銅塊更長）.通過這樣三個實驗，可以讓學(xué)生快速進入對渦流及其特點的探究中.

電磁爐是家庭常用的炊具，給常見食物蒙上神秘的外衣，并層層解開其神秘，這種類似于揭秘的活動方式，是學(xué)生喜歡并樂于參與的.通過利用家庭、社會上大量的學(xué)生感興趣的物理問題的揭秘，讓學(xué)生切實體會到“從生活走向物理”的真諦.

3 借物明理

孔子曰：不憤不啟，不悱不發(fā)…….我們的教學(xué)要讓學(xué)生經(jīng)常處于“憤”和“ 悱”的狀態(tài)，教師要善于創(chuàng)設(shè)憤悱情景.創(chuàng)設(shè)這種情景一定要從學(xué)生熟悉的生活經(jīng)驗和感受出發(fā)，利用日常概念與物理概念的矛盾、學(xué)生自身猜想與實驗事實的矛盾、物理理論與物理事實的矛盾引發(fā)沖突，借題發(fā)揮，以獲得預(yù)期的結(jié)果.

案例三 翻滾過山車最高點條件的教學(xué)

播放翻滾過山車的視頻資料，引導(dǎo)學(xué)生對翻滾過山車原型進行合理的假設(shè)，通過簡化處理，建立物理模型（如圖2），教師提出問題：要使小球能通過最高點，起始位置至少應(yīng)多高？

學(xué)生猜想：根據(jù)機械能守恒定律，起始位置至少應(yīng)與最高點處在同一等高線上.

教師演示：為了扣除摩擦阻力的影響，小球在比等高線稍高的位置釋放，結(jié)果小球未到最高點就脫離軌道.

學(xué)生質(zhì)疑：難道是機械能守恒定律出錯了嗎？小球為什么大不了最高點？

接下去，學(xué)生就可以在這個事物的背景下，進行圓軌道最高點臨界速度的學(xué)習(xí)，當(dāng)然還可以完成對于“不脫離軌道”的認(rèn)識和學(xué)習(xí).

通過日常生活的熟悉事物，抽象出物理模型，進而通過實驗創(chuàng)設(shè)了研究問題的情景基礎(chǔ)，這比單純的提出“繩模型”、“水流星”要更能激發(fā)學(xué)生探究的欲望，也更體現(xiàn)了物理源于自然而致力于改造自然的科學(xué)屬性.

案例四 自動扶梯和旱冰鞋在課堂中的應(yīng)用

片段1 在學(xué)習(xí)靜摩擦方向的判斷方法中，我們常用假設(shè)法判斷其方向，比如說當(dāng)如圖3的自動扶梯（斜面式）向上或向下運動時，站立的人所受靜摩擦力的方向判斷.我們可以利用旱冰鞋去創(chuàng)設(shè)光滑（摩擦力很小）的情景，學(xué)生憑借直觀感受就能給出答案，對于假設(shè)法的物理思想就會有更直觀、更深層次的認(rèn)識.

片段2 在受力分析中，我們可以利用狀態(tài)法分析力是否存在，比如人站立在如圖4的自動扶梯（臺階式），當(dāng)電梯勻速運行時，電梯對人是否有摩擦力.在課前，我們可以讓一位同學(xué)穿著旱冰鞋站在這樣的電梯上，當(dāng)電梯穩(wěn)定運行，讓他放開扶手，并詢問其感受，拍攝好視頻，在課堂中，當(dāng)視頻播放完畢，相信學(xué)生對于是否有摩擦力就不會有疑問了.

這個視頻還可以用在學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”時對于“力是維持物體運動的原因”的否定上，并可以讓學(xué)生破除對于“物體向某個方向運動，一定有一個力在該方向”的前概念認(rèn)識.

物理上理想化模型很多，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生物理脫離生活的感覺，依托生活中的事物，讓學(xué)生認(rèn)識到物理是通過理想化的認(rèn)知來認(rèn)識世界，并體會這種方法的優(yōu)點，加深對物理規(guī)律和原理的認(rèn)知.

在物理教學(xué)中，對于抽象問題的教學(xué)要著力于設(shè)法在學(xué)生頭腦中建立正確而可靠的表象，而正確而可靠的表象的建立，首先依賴于學(xué)生對于物理現(xiàn)象的觀察、動手.有個一個具體的感受后，通過語言的加工，使感性認(rèn)識不斷地得到充實、完善，使信息增殖，從而建立起從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的橋梁.

4 見物思理

在解決物理問題的過程中需要經(jīng)歷四個層次：語言表征、事物表征、原理表征和數(shù)學(xué)表征.所謂事物表征就是將所描述問題中的事物找出并在頭腦中啟用與事物相關(guān)的模塊，梳理事物的屬性、特征.也就是說要求學(xué)生在思考物理問題時，要能“見物”，好像這個裝置或這個物理過程就發(fā)生在自己的眼前一樣，然后再用物理規(guī)律去分析和解決問題.

案例五 游樂場中的物理

（2013年高考安徽理綜卷第24題）過山車是游樂場中常見的設(shè)施.下圖5是一種過山車的簡易模型，它由水平軌道和在豎直平面內(nèi)的三個圓形軌道組成，B、C、D分別是三個圓形軌道的最低點，B、C間距與C、D間距相等，半徑R1=2.0m、R2=1.4m.一個質(zhì)量為m=1.0kg的小球（視為質(zhì)點），從軌道的左側(cè)A點以v0=12.0 m/s的初速度沿軌道向右運動，A、B間距L1=6.0m.小球與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，圓形軌道是光滑的.假設(shè)水平軌道足夠長，圓形軌道間不相互重疊.試求：

（1）小球在經(jīng)過第一個圓形軌道的最高點時，軌道對小球作用力的大小；

（2）如果小球恰能通過第二圓形軌道，B、C間距應(yīng)是多少；

（3）在滿足（2）的條件下，如果要使小球不能脫離軌道，在第三個圓形軌道的設(shè)計中，半徑R3應(yīng)滿足的條件.小球最終停留點與起點 的距離.

案例六 超級市場中的物理

如圖6所示，某商場的自動扶梯，臺階面水平，扶手是成一定傾角的斜面.某顧客乘坐扶梯，隨手將一小物體放在了傾斜扶手上，人、物體隨梯一起勻速運動.勻速上行時，人受摩擦力為F1，扶手上物體受摩擦力為F2；勻速下行時，人受摩擦力為F3，扶手上物體受摩擦力為F4.關(guān)于這些摩擦力，下列說法正確的是

A.F1、F2、F3、F4均沿扶手向上

B.F1、F2均沿扶手向上，F(xiàn)3、F4均沿扶手向下

C.F1、F3均為零，F(xiàn)2沿扶手向上，F(xiàn)4均沿扶手向下

D.F1、F3均為零，F(xiàn)2、F4均沿扶手向上

上述兩個案例就是從案例三、四而衍生的物理問題，教師在教學(xué)中貫徹了借物明理的思想，那么學(xué)生看到“翻滾過山車”、“自動扶梯”這兩個事物，就能“其義自現(xiàn)”了.

學(xué)生要熟悉事物，事物源于生活，現(xiàn)實生活是物理學(xué)知識的源泉，更是物理題的來源.而學(xué)生對事物的認(rèn)識很多來源于課堂，也要求教師在教學(xué)中，要“以物引理，借物明理”，以達(dá)到見物思理.

《高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》也提出：“家庭、學(xué)校、社會都有大量學(xué)生感興趣的物理問題：如家庭中新型電器、炊具中的物理原理；公共交通設(shè)施、交通工具中某些新裝置的物理原理；新型通信工具；等等.教師應(yīng)選擇與學(xué)生生活聯(lián)系密切的素材用于教學(xué).課堂教學(xué)中，教師可以使用可樂瓶、易拉罐、飲料吸管、膠帶紙等生活中的常見物品來做物理實驗.學(xué)生的課后作業(yè)也應(yīng)該因地制宜地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注周圍的生活，例如：游樂場中的物理；車站、碼頭上的物理；超級市場中的物理等.”在教學(xué)中做到這些，也就做到了“致知在格物”，也就讓物理中的“格致”思想成為了學(xué)生終生的財富.