加強感性認知與理論之間的邏輯連接

楊星 王曉璐

摘要：在高中物理教學中，教與學的核心是物理理論，但考試導致大部分師生將教學的重點放在理論的應用——習題上。所以常使用“演繹法”進行教學，先知道理論知識再用這個知識去解題。脫離實踐的理論知識學習由于沒有認知基礎，所以學習難度高。基于實踐論與認知發展理論對此現象進行分析，可提出一種減緩高中物理學習難度曲線的通用基本方法。

關鍵詞：邏輯;教學;實驗;高中物理

作為科學領域第一強國的美國在NGSS框架中將科學實踐（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《實踐論》一書中亦論述道：“馬克思列寧主義認為：認識過程中兩個階段的特性，在低級階段，認識表現為感性的，在高級階段，認識表現為論理的，但任何階段，都是統一的認識過程中的階段。感性和理性二者的性質不同，但又不是互相分離的，它們在實踐的基礎上統一起來了。我們的實踐證明：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。感覺只解決現象問題，理論才解決本質問題。這些問題的解決，一點也不能離開實踐。”要與第一強國比拼，我國必須靠理論才能解決這個問題，而這個問題的解決是離不開實踐的。顯然，如何加強實踐與理論之間的聯系是值得研究的問題。

無論是美國還是中國，高中階段的科學教育都會面臨考試的外部矛盾。所以談西方素質教育優于應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好科學理論。

科學理論的掌握，離不開來自學習者的實踐認知。物理學科是基于觀察和邏輯的基礎科學。觀察便是實踐的體現，是感性認知的直接來源;通過歸納實踐而來的認知，總結成為經驗;但這樣的經驗得起邏輯的檢驗，比如“越重的物體下落越快”的經驗從邏輯上便可反證不成立。所以得想象出新的假說，然后設計新的實驗去證明，在經過大量實驗和事實經驗檢驗才能成為理論。理論是以現象為基礎，但以邏輯為核心而構成。邏輯本身是自帶一定發展屬性的，理論本身可以迎來革命，這便是有時理論物理走在實驗物理之前的原因。

解題亦是實踐，但仍然處于高級認知階段，通過解題來驗證對理論的掌握情況同時加深對理論的理解。可見邏輯才是物理理論的核心，但邏輯是處于高級認知階段的抽象，其必先建立于初級認知。

在教學過程中如果違反認知初高級的認知發展順序，必然導致教學效率的低效，學生學習難度曲線的陡增。物理教師負擔著物理理論的傳授，首先要求必是自身理論水平要過硬。其實必然是遵循學生認知發展的規律，也就是要加強初級感性認知與理論之間的邏輯連接，從而形成一條較為平緩的學習難度曲線。

因此對物理理論教學必然不能離開學生的實踐，但核心還是在于邏輯。基于此，新課教學過程必須通過加強學生直接認知與理論的邏輯關聯。下面舉兩個例子加以說明。

一、怎樣定義靜止

機械運動的現象是正常人類能夠感知，學懂理論和沒學明白理論的區別在于邏輯性。去描述運動時，必先定義什么是運動。而要定義運動，又必先知道什么叫不運動，也就是靜止。所以在要先根據學生的認知定義什么是靜止，最常見的認知沖突體驗來源于坐在很平穩的車體驗觀察車外的一些特殊現象，也就是明明“靜止”的物體怎么感覺動起來了。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象是否運動的方法：以參照物（根據實際情況解釋從“參照物”到“參考系”這兩個名詞的內涵）為坐標原點建立坐標系，如果研究的對象坐標（位置）發生了改變，那么就可以判斷物體運動了;如果坐標（位置）不變，那么就是靜止。

理論的核心應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知的矛盾，再去做些習題，才能讓人體會到學的東西在合適的時候得到應用的那一份愉悅。

二、原子的核式結構模型如何從無到有

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

顯然，找出現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構模型。首先要然學生清晰地了解實驗原理，特別是實驗現象。盧瑟福及其學生進行ɑ粒子散射實驗所發現的重要實驗現象：絕大多數ɑ粒子仍舊沿原先的運動方向運動，而極少數（約占八千分之一）發生了大角度偏轉。然后運用碰撞的知識和運動與相互作用觀去檢驗之前的“西瓜模型”，發現“西瓜模型”無法解釋這一現象，最后學生也能和盧瑟福一樣通過現象與邏輯推理提出新的原子模型——核式結構模型。

三、中學物理實驗的一些意義

在中學物理的實驗教學中，在進行教學設計階段，作為教師我們要常想“為什么要開展學生實驗？”這個問題。

在最初的物理實驗中，實驗主要有兩個重要作用，一是驗證猜想，二是發現新的現象。細品，不難發現：驗證猜想也屬于個體認知領域的發現新現象，也就是想象變成現實。因此，實驗的目的在于突破認知，得到新現象。這個新現象的作用便在于驗證現有理論的正確性或促進新的理論的形成以解釋新現象。當然為了得到新現象，可能會采用新方法，從而促進技術的發展。

個體認知的角度看，實驗的目的也是在于獲取新現象，新方法。新現象的感官刺激，才使得物理理論不會是空中樓閣，更通過邏輯推導加強理論與現象的聯系，從而有更深入記憶與理解的效果。新方法的學習與運用，有助于鍛煉學生思維能力，動手能力等。

基于此，在實驗教學中應以新現象與新方法為核心而展開，其中獲得新現象是最為基礎的一個目的，學習新方法為更高教學目標。但新方法的學習效果和學生的天賦等因素有密切關系，所以是更為高階的教學目標。

四、結語

沒有邏輯連接的知識越多，反而是負擔越重。事實中的所謂“教育減負”的困難的現象也佐證了邏輯的在教學中的重要性。

高中物理教學既有科普性質，提高學生的科學核心素養的任務;又有為高等教育輸送更多更優質的理工科后備人才的任務。而這兩項任務都有一個隱形的要求：降低學生學習物理理論的難度曲線。

因此，為了降低物理的學習難度，作為高中物理教師，應該在“如何加強學生認知與將要學習的物理理論之間的邏輯連接？”這一問題上下功夫。切實調查了解學生的認知情況，不同時代的學生認識是不一樣，農村學生和城市學生認識也是有不少差異的，因此，舉的例子和做的實驗是不完全標準化的。簡言之，高中物理教師首先應該是一名科普工作者，然后才是一名為高等教育培養具有高素質的理工科后備人才的培訓師。

參考文獻：

[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.普通高中課程標準實驗教科書物理必修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/學士，貴州師范大學/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/教授，主要研究方向：中學物理教學，原子與分子物理。