基于科學(xué)思維 突顯因果本質(zhì)
——例析初中物理教學(xué)中的邏輯失當(dāng)

張前軍

(江蘇省南京市金陵中學(xué)仙林分校中學(xué)部,江蘇 南京 210033)

1 引言

物理學(xué)是自然科學(xué)領(lǐng)域研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律的一門基礎(chǔ)學(xué)科。初中物理教學(xué)的許多內(nèi)容之間存在著因果關(guān)系,判斷兩個事物形成因果關(guān)系需滿足三個條件:(1) 時間序列性。從發(fā)生順序上講,因在前,果在后。(2) 關(guān)聯(lián)性。因的變化必然帶來果的變化。(3) 特定性。排除其他可能解釋結(jié)果的因素。由于初中物理教學(xué)內(nèi)容較為基礎(chǔ)以及學(xué)生邏輯思維水平較低,一些具有因果關(guān)系內(nèi)容的教學(xué)過程看似合乎情理,實際上卻違背了因果關(guān)系的三個條件,這些教學(xué)邏輯失當(dāng)問題不容易被教師發(fā)現(xiàn),也不會被學(xué)生駁斥,以至于這種類型的錯誤長期存在。下面根據(jù)因果關(guān)系的三個條件對幾個初中物理教學(xué)邏輯失當(dāng)?shù)那闆r進(jìn)行分析。

2 反射定律中“反射角等于入射角”的教學(xué)邏輯問題

關(guān)于“光的反射定律”,為了防止學(xué)生錯誤記成“入射角等于反射角”,有教師在教學(xué)中對 “反射角等于入射角”做了重點強(qiáng)調(diào):這就好比生活中的一個因果關(guān)系,只能說孩子姓氏跟父母姓氏相同,不能說父母姓氏跟孩子姓氏相同;實驗中先有入射光后有反射光,因而不能說成“入射角等于反射角”。這種教學(xué)現(xiàn)象在日常教學(xué)乃至省級優(yōu)質(zhì)課比賽中都出現(xiàn)過,可想而知,這種教學(xué)邏輯失當(dāng)不是少數(shù)教師的行為。

在光的反射中不能說成“入射角等于反射角”,真的可以用因果關(guān)系來解釋嗎?蘇科版初中物理教材是在 “實驗:探究光的反射規(guī)律”之后歸納得出以上結(jié)論的,而實驗是探究光的反射規(guī)律,也就是回答以下問題:反射光線在哪里?光的反射遵循什么規(guī)律?反射定律是通過三個方面的表述才確定了反射光線的位置。我們并不否認(rèn)入射光線和反射光線之間滿足因果關(guān)系中的時間序列性,但反射光線是該實驗探究的主體,根據(jù)語言文字表達(dá)習(xí)慣,在定律中就應(yīng)該把“反射光線”放在“入射光線”之前作為主體進(jìn)行表述,用因果關(guān)系解釋定律中“反射角等于入射角”是答非所問,畫蛇添足,這種教學(xué)邏輯誤用了因果關(guān)系的時間序列性。

3 平面鏡成像實驗中等效替代法的教學(xué)邏輯問題

蘇科版初中物理教材在“探究平面鏡成像的特點”的實驗中,提出:“將另一個相同的棋子B放到鏡后,使它與棋子A在平面鏡中所成的像重合,此時棋子B的位置就是棋子A的像的位置?！痹诮虒W(xué)中以及使用較為普遍的資料中關(guān)于棋子B所起等效替代作用的解釋主要有兩類:(1) 棋子B替代了棋子A的像。[1](2) 用棋子B替代棋子A比較像與物的大小關(guān)系,用棋子B替代棋子A的像以確定像的位置。[2]這兩種有代表性的說法都不否認(rèn)棋子B替代棋子A的像,只不過是應(yīng)用范圍有所區(qū)別。

等效替代法是從等同效果出發(fā),用易于研究的、本質(zhì)因素相同的事物替代不容易研究的事物的方法。這里蘊含著兩個重要的邏輯關(guān)系:(1) 替代物不是隨意的,其本質(zhì)因素必須與原物相同,符合因果關(guān)系的關(guān)聯(lián)性和時間序列性,即原物是因,替代物是果。(2) 原物和替代物不能同時存在于研究過程中。簡而言之,等效替代的兩個代換主體具有單向性、過程具有排他性,用等效替代法測電阻、“曹沖稱象”故事都凸顯了這個邏輯。由于實驗中棋子A的像的屬性還未知,用棋子B替代棋子A的像顯然不滿足因果關(guān)系的關(guān)聯(lián)性,選擇與已知棋子A相同的棋子B替代棋子A才合乎因果邏輯關(guān)系。

在用棋子B替代棋子A的像并進(jìn)行大小比較的過程中,發(fā)現(xiàn)棋子B與棋子A的像大小相等,此時它們的空間位置自然也相同,位置量可以相互等量代換,至于誰代換了誰只是為了運算方便而進(jìn)行的選擇罷了。這也就是說等量代換的兩個量是可以在同一過程中共存的,代換主體也沒有單向性,這與等效替代法蘊含的內(nèi)在邏輯關(guān)系是明顯不同的。因此,“棋子B代換了棋子A的像以確定像的位置”用的是等量代換法,說成具有因果關(guān)系的等效替代法在邏輯上是錯誤的。

4 “探究壓力的作用效果”教學(xué)設(shè)計中的邏輯尷尬

關(guān)于“探究壓力的作用效果”實驗中要不要考慮受力物體的材質(zhì),比較流行的看法是:在按現(xiàn)教材的表述開展“壓強(qiáng)”概念教學(xué)時,我們認(rèn)同受力物體的材質(zhì)是影響壓力作用效果的因素之一,但在實際教學(xué)中通常會回避對該因素的研究。[3]文獻(xiàn)[3]的編輯在編后語中指出:教材安排活動“探究壓力的作用效果”,目的是引入壓強(qiáng)的概念,而非探究壓力引起形變的規(guī)律,教材在各種實例中都是以相同材料的受力物進(jìn)行對比的,實驗結(jié)論也只限于力的大小和受力面積,從而邏輯地引出了壓強(qiáng)的概念。

我們都認(rèn)同該實驗是為了引出壓強(qiáng)概念,但該實驗并不等同于探究影響壓強(qiáng)的因素(壓力大小和受力面積)而需要回避“受力物體的材質(zhì)”。從該實驗的表述分析,教學(xué)中是無法規(guī)避“壓力作用的效果與受力物體的材質(zhì)有關(guān)”的猜想給教學(xué)所帶來的尷尬,否則就違背了因果關(guān)系的特定性。

筆者認(rèn)為,改變教材的表達(dá)邏輯,一切就會釋然。建議該實驗表述為“活動:探究壓力對作用效果的影響”。調(diào)整后的實驗表述并不否認(rèn)受力物體的材質(zhì)對作用效果的影響,而且明確表示只是從壓力角度研究對作用效果的影響。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生首先猜想影響壓力作用效果(形變)的因素,學(xué)生的猜想中自然會包括受力物體的材質(zhì),但它不是該實驗所要研究的影響因素,它在該實驗中恰恰是需要“控制不變的量”。

類似問題的解決方法在蘇科版初中物理教材八年級下冊的 “牛頓第一定律”一節(jié)中已經(jīng)出現(xiàn)過。教材在“牛頓第一定律”之前編排了“活動:探究阻力對物體運動的影響”,在這個活動中,利用“小車在水平面上運動的距離”來反映“阻力對物體運動的影響”,但影響“小車在水平面上運動的距離”的因素不僅有阻力的大小,還有小車到達(dá)水平面的初速度,因此在實驗教學(xué)過程必須控制不變的量是“小車到達(dá)水平面的初速度”,只改變阻力大小(改變水平面材料)。顯然,對這部分內(nèi)容的教學(xué)我們是沒有爭議的,也沒有出現(xiàn)教學(xué)邏輯上的尷尬。

在調(diào)整后的實驗中,要引導(dǎo)學(xué)生從力的三要素角度來改變壓力。由于壓力概念已經(jīng)明確了壓力的方向與受力物體的表面垂直,在這里也只能從力的大小和作用點角度來研究壓力對作用效果的影響。改變力的大小比較簡單,但對改變力的作用點的分析需要一個思維轉(zhuǎn)變的過程:在我們之前的教學(xué)中,學(xué)生已經(jīng)形成了力作用位置在一個“點”上的認(rèn)知,在后面的學(xué)習(xí)中,只要涉及 “力”,學(xué)生頭腦中已經(jīng)把它抽象成了“有向線段”的理想模型,在該實驗中需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注事實細(xì)節(jié),壓力作用的位置不是一個理想的“點”,實際是一個“面”,這樣將影響作用效果的壓力的兩個方面因素歸結(jié)為 “壓強(qiáng)”就順理成章了。

5 結(jié)語

科學(xué)思維具有嚴(yán)密的邏輯性,是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。[4]因此,教師要真正做到用教材教而不是教教材,加強(qiáng)對教材的研究,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,基于證據(jù)和邏輯進(jìn)行合乎科學(xué)思維的教學(xué),這樣才能幫助學(xué)生形成物理觀念、提高科學(xué)思維能力,絕不能為了鞏固一些物理知識,對一些錯誤的教學(xué)邏輯習(xí)以為常或推脫為不得已而為之。至于在邏輯上容易產(chǎn)生混淆且非重要的內(nèi)容,教師需要將它們的內(nèi)在邏輯關(guān)系研究透徹,在教學(xué)中可以不說,但不能說錯,更不能以訛傳訛。