科学方法在物理核心概念学习进阶中的作用

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1、科学方法在物理核心概念学习进阶中的作用摘要：正如每一次知识、科技的革新都是技术、方法的革命一样，每一次知识的进阶、深化，也必须借助科学方法的演进去完成.因此，选择适当的科学方法作为学习进阶的教学路径，就可以使学生不必彷徨于“荆棘”之中，从而快速且高效地同化新知识，顺利完成学习进阶.关键词：重力场强；学习进阶；科学方法；比较思想学生的认知发展过程一直是科学教育界普遍关心的问题.基于知识碎片理论，教学论专家们认为“学生的认知思维发展过程具有进阶的特点”，并据此提出了“学习进阶”教学理论[1].目前“学习进阶”的研究主要集中在两个方面：一是认知发展的路径；二是认知发展

2、中用以“踏脚”的具体“脚踏点”.重力作为中学阶段最常见的三大力之一，历来在力学的知识网络中扮演着极其重要的角色，是学生受力分析及后续学习重力势能、能量守恒定律的基础.其中，关于重力常量g存在着不同层次的理解，由此构成了学生关于g的学习进阶.一、重力常量g的三种理解层次在实际教学中，G和g的关系共有三种表达形式，即G=mg、g=ZS/T2=G/m和G/m=g.显而易见，三种表达式间的区别并不是简单的数学变换，而是有着不同的物理含义.进一步，主导这三种表达式建立的科学方法也是大相径庭的（如表1所7K）.具体而言，G=mg由比例系数法得出，表明G与mg在数值上存在相

3、等的关系，g只是一个意义不大的常数；g=AS/T2=G/m实际上是算式a=AS/T2=F/m的变种，依靠物理实验，利用留痕法、逐差法得到，g在其中代表了加速度（即重力加速度）.在这两种表达式中“等号”只代表了“数值上的相等”；而G/m=g中“等号”的含义则发生了微妙的变化，除了代表数值上的简单相等外，还有着“赋值于”的含义，即将g赋给比值式G/m.换句话说，G/m是一个具有实际意义的物理量，是一个整体，并非表达简单的正反比例关系.类比电场强度公式F/q=E可以推知，g和E类似，也是代表着一种场的强弱，译为“重力场强”.就目前教学而言，g的前两种含义（即重力常量与

4、重力加速度）已得到明确显化，为学生熟练掌握，但对于后一种含义（即重力场强），由于各版本教科书均未能予以显化，故而导致重力场强不为广大学生（甚至包括一部分中学教师）所知晓.但是就知识结构的完整性与整体性而言，重力场强的切入是必要且必需的.这是因为，力、场、能、熵作为基础物理教育中的四个核心概念［2］，在中学物理教学中涉及了三个，然而在力学、电学各知识结构的编排上却未能形成对应，有所差异.即电学完全囊括了三个核心概念，而力学则仅有两个，这一缺憾直接导致力学、电学在随后的比较教学中丧失了一个必要的融通门径，有碍于学生整体式认知风格的形成.其实，上述窘境的出现主要源于两

5、点，一是高一学生的认知水平和自身知识有限，教师不便于讲解重力场强的概念；二是高三阶段教师迫于高考压力，大都无暇顾及此概念，悉心钻研其引入方式者寥寥无几，至多只是提一提名称而已.可想而知，这种隐晦的处理方式必然导致学生对重力场强“一头雾水”，无法顺利完成重力常量g的学习进阶.历经思忖，我们认为破除这一问题的门径在于：为重力场强概念的引入选择恰当的时期，并安排合理的导入方式.依据皮亚杰的认知发展阶段理论，学生从高一到高三其心理机能在逐渐成熟，相应的认知水平也在不断提高，由此为学生彻底厘清g的概念，完成相关学习进阶提供了生理上的准备，同时高三阶段将对学生大脑中的物理知

6、识进行梳理、整合，使之系统化，而不断丰富的物理知识正好为学生提供了学习重力场强的“脚踏点”.鉴于此，我们认为重力场强的概念放在高三复习时介入是比较合理的.在确定重力场强引入的时机后，我们接下来的任务便是确立重力场强建立的教学路径.方法主线论代表人物赖格卢特曾说：教学设计应着力于教学过程的改进，最终找到能够达到最优目的的科学方法.故而诸如重力场强这类抽象的概念就要借助于合理的科学方法去引入，以便实现教学模式与学生认知路径的合理对接[3].二、重力场强引入的教学路径研宄问题驱动教学法是一种以问题为学生学习起点的教学方法，这里教师由知识的传授者变成了问题的提出者，该方

7、法能很好地提高学生学习的主动性，激发他们的求知欲.众所周知，力作为物理学的核心概念，在学生的认知结构中起着举足轻重的作用，物理概念的建立往往以分析受力、比较受力为切入点.因此，重力场强的介入就应立足于“比较”物体受力“大小”这种朴素的动机.（一）渗透比较思想创设认知冲突比较是重要的物理思想，著名教育家乌申斯基曾高屋建瓴地指出：比较是一切理解和思维的基础[4].比较思想统摄着两种思维方法，即对比和类比.其中，类比为异中求同，对比为同中求异.物理思想和思维方法均属于缄默知识，不能靠简单地口口传授为学生领悟与习得，须设法将其完美地融入到日常教学设计之中，通过积极地设问

8、与训练，才能内化为学生的