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》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.清朝末年講西學的人就用格致（ “格物致知”的簡稱）做物理、化學等自然科學的總稱，魯迅先生在《吶喊》自序曾這樣寫道“在這學堂里，我才知道世上還有所謂格致，算學，地理，歷史，繪圖和體操.”

現代的物理學科究竟應該讓學生具備怎樣的素質呢？朱熹曾說“窮究事物道理，致使知性通達至極”. 《大學》本身也說，格物致知的目的，是使人能達到誠意、正心、修身、齊家、治國、平天下的地步.在《高中物理新課程標準》中提出了物理教學要讓學生“能領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲；有參與科技活動的熱情，有將物理知識應用于生活和生產實踐的意識，勇于探究與日常生活有關的物理學問題.”

學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歷和體驗，帶著自己對自然、對事物的認識、看法、態度，已經有了一定的生活經驗和感受.教師應當利用學生熟悉的生活經驗和感受，將物理問題置于現實的生活情景之中，使學生已有經驗在問題情景中產生矛盾、引發認知沖突，激發他們探求新知的渴望，使學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，所有的教學活動都應以“物”為出發點去展開.

2 以物引理

物理課堂是否能夠吸引學生，課題的引入是十分重要的，教師應創設便于發現問題的物理情景，使學生在有關情景、現象中“漫游”，列舉大量的事實，喚起學生已有的感性認識，使學生對所研究的問題有一個清晰、明確的印象.在實際的教學過程中，要借助圖形、圖像或視頻設計情景，“繪”學生知曉的“形”，使之生動、形象的展現于學生眼前.

案例一 《牛頓第一定律》的教學引入

視頻引入：拋球小實驗，兩個學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，人應該向哪個方向拋球呢？

問題引起了學生的爭論，有的認為應該向前，有的認為應該向上.

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

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

亞里士多德說：“思維始于驚訝與疑惑”，在教學引入中，還需要做好情景的“疑”與“思”，通過設置懸念，使學生的注意力高度集中，誘發學生的學習思維.

案例二 電磁爐在課堂中的應用

片段1 在《探究感應電流的產生條件》一課的教學中，教師將電磁爐隱藏在一塊毛巾下，表演讓led燈帶發光的魔術（如圖1），當毛巾揭開的時候，學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，從而吸引學生對于“如何讓磁生電”的探究.

片段2 在《渦流》教學中，在電磁爐上放置燒杯，燒杯中放水，觀察現象（無法對水加熱）；在水中放入銅塊，再觀察現象（水很快會沸騰）；在水中放入鐵塊，再觀察現象（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，是學生喜歡并樂于參與的.通過利用家庭、社會上大量的學生感興趣的物理問題的揭秘，讓學生切實體會到“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…….我們的教學要讓學生經常處于“憤”和“ 悱”的狀態，教師要善于創設憤悱情景.創設這種情景一定要從學生熟悉的生活經驗和感受出發，利用日常概念與物理概念的矛盾、學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沖突，借題發揮，以獲得預期的結果.

案例三 翻滾過山車最高點條件的教學

播放翻滾過山車的視頻資料，引導學生對翻滾過山車原型進行合理的假設，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，起始位置至少應多高？

學生猜想：根據機械能守恒定律，起始位置至少應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，結果小球未到最高點就脫離軌道.

學生質疑：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習，當然還可以完成對于“不脫離軌道”的認識和學習.

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

案例四 自動扶梯和旱冰鞋在課堂中的應用

片段1 在學習靜摩擦方向的判斷方法中，我們常用假設法判斷其方向，比如說當如圖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設光滑（摩擦力很?。┑那榫埃瑢W生憑借直觀感受就能給出答案，對于假設法的物理思想就會有更直觀、更深層次的認識.

片段2 在受力分析中，我們可以利用狀態法分析力是否存在，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穿著旱冰鞋站在這樣的電梯上，當電梯穩定運行，讓他放開扶手，并詢問其感受，拍攝好視頻，在課堂中，當視頻播放完畢，相信學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習“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”的前概念認識.

物理上理想化模型很多，很容易讓學生產生物理脫離生活的感覺，依托生活中的事物，讓學生認識到物理是通過理想化的認知來認識世界，并體會這種方法的優點，加深對物理規律和原理的認知.

在物理教學中，對于抽象問題的教學要著力于設法在學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，首先依賴于學生對于物理現象的觀察、動手.有個一個具體的感受后，通過語言的加工，使感性認識不斷地得到充實、完善，使信息增殖，從而建立起從感性認識到理性認識的橋梁.

4 見物思理

在解決物理問題的過程中需要經歷四個層次：語言表征、事物表征、原理表征和數學表征.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的模塊，梳理事物的屬性、特征.也就是說要求學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生在自己的眼前一樣，然后再用物理規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.一個質量為m=1.0kg的小球（視為質點），從軌道的左側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μ=0.2，圓形軌道是光滑的.假設水平軌道足夠長，圓形軌道間不相互重疊.試求：

（1）小球在經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計中，半徑R3應滿足的條件.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，F3、F4均沿扶手向下

C.F1、F3均為零，F2沿扶手向上，F4均沿扶手向下

D.F1、F3均為零，F2、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，教師在教學中貫徹了借物明理的思想，那么學生看到“翻滾過山車”、“自動扶梯”這兩個事物，就能“其義自現”了.

學生要熟悉事物，事物源于生活，現實生活是物理學知識的源泉，更是物理題的來源.而學生對事物的認識很多來源于課堂，也要求教師在教學中，要“以物引理，借物明理”，以達到見物思理.

《高中物理新課程標準》也提出：“家庭、學校、社會都有大量學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.教師應選擇與學生生活聯系密切的素材用于教學.課堂教學中，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.學生的課后作業也應該因地制宜地引導學生關注周圍的生活，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”思想成為了學生終生的財富.