《重力》探究教学的启示*

(无锡市山明中学，江苏 无锡 214035)

1 问题的引出

在一次区青年教师评优课比赛中，关于重力大小的教学实录如下：

师：重力的大小跟什么因素有关呢？请同学们大胆猜想.

生1：重力的大小跟物体的体积有关.

生2：重力的大小跟物体的质量有关.

生3：重力的大小跟物体的密度有关.

生4：重力的大小跟物体的形状有关.

生5：重力的大小跟星球有关.

师：由于条件的限制，重力大小跟星球有关，我们今天在这里就不研究了，可以在课后去研究.

师：我们刚刚学习过密度，当我们确定了质量与体积之后，密度也就确定了.因此，我们下面用给出的器材，验证物体的重力与物体的体积、形状、质量是否有关.

师：如果研究重力与形状的关系，你准备选择什么对象进行实验？要控制什么不变？

生：橡皮泥.

师：为什么选橡皮泥？

生：橡皮泥容易改变形状，而且体积与质量不变.

师：很好，下面请大家分组进行实验.

师：你们得到什么结论？

生：物体的重力与物体的形状没有关系.

师：如果我们研究物体的重力与物体的体积是否有关，你选择什么对象进行实验？要控制什么？

生：选择面包.

师：为什么？

生：因为面包方便改变体积，且能保证质量不变.

师：分析得很好，下面分组实验.

师：你们得到什么结论？

生：物体的重力与物体的体积没有关系.

接着进入到重力大小与质量关系的探究环节……

2 一个困惑——重力与物体的体积、形状、密度到底有怎样的逻辑关系？

在上述的教学片断中，整个过程能突出学生的探究活动，看似有条不紊地进行着猜想与实验，但教学的逻辑顺序还有待厘清；教师“建议保留体积和质量”(为何不保留其它)略显牵强；教学中诸如“物体的重力与物体的体积无关”等说法也不够严密.关键是教师有一个困惑：重力的大小与物体的形状、体积、密度到底有怎样的逻辑关系？

当学生应用发散性思维提出种种猜想时，最大的困难是对相关因素和独立变量的判断.学生从“经验”出发，提出重力与物体的质量、体积、形状、密度有关.老师解释说，物体的质量、体积、密度三个量是有关联的，只要确定其中两个量，第三个量就确定了，建议保留体积和质量.因此，排除了密度，从而进行“物体受到的重力大小，与物体的形状、体积、质量的关系”的探究.这里关键是没有理解好“独立变量”.物体的质量是与其体积和密度有关系，当体积一定时，密度改变质量就会改变；当密度一定时，体积改变质量也会改变.因此，“质量”、“密度”、“体积”，不能成为相互独立的因素.质量可以用体积和密度两个因素来替代.所以，猜想表述为“物体受到的重力大小，与物体的形状、体积、质量的关系”是不合适的.由此所进行的实验也是不合适的，如探究第二步：选用面包，控制质量不变，改变体积，虽然伴随有形状的变化，但在第一步已经发现重力的大小与形状无关.在这一步，发现重力与物体的体积无关.把它作为一个普遍的结论是不对的，如果密度不变，体积改变，质量是不可不变的，重力也就要改变；如果密度改变，体积改变，保持质量不变，重力也就不变.如果我们得到物体的重力与质量有关，而与物体的体积、密度无关，这是错误的.质量与体积、密度有关，重力与质量有关，重力也就与体积、密度有关.公式可直接表述为G=ρgV.我们同样可以说重力与体积成正比，与密度成正比.

在学生提出的诸多因素中，形状是无关因素(但可以猜想)，质量、体积、密度都是相关因素，只不过不是独立的相关因素，我们在研究重力与哪些因素有关时，研究了重力与质量的关系，也就研究了重力与体积、密度的关系.该课的教学中反映出的问题是：教师的思考不到位，给课堂教学带来了困惑.

3 一个争论——是否一定要进行猜想？

评课中存在一个争论，争论的焦点是“要不要探究物体所受的重力G与物体的体积、密度、形状等的关系？”也就是要不要让学生在这里进行重力的大小与什么因素有关的猜想？根据教师上评比课(或展示课)的惯例，“探究”是必要的，而且要比较全面.

按照苏科版教科书的处理，这里没有安排猜想，有教师就是这样处理的：

师：一瓶水、一桶水，哪一个重？

生：一桶水重.

师：物体的重力跟什么因素有关呢？

生：物体的重力跟物体的质量有关.

师：下面我们一起来探究物体重力大小与物体质量的关系……

关于教材的编写意图，我们请教了苏科版物理教科书的主编、南京师大的刘炳昇教授.他的意见是：教材在重力这一节，之所以没有提出让学生猜想是因为：要分辨诸多因素，学生的经验和知识不充分，要求过高，不要在这里过多讨论独立变量问题；另外，在质量一节中，已经讨论过质量与形状、物体状态的关系，因此既然已讨论了重力与质量的关系，也就没有必要再讨论重力与形状、物体状态等的关系了.

笔者认为教师对教科书的处理，不但要知其然，还要知其所以然.这里是可以不猜想，可以给学生留个缺口.但是，不管是否进行充分的猜想，教师本身一定要知其所以然，在学生提出这方面的疑问时，能从容地、合乎逻辑地给予引导与解答.

4 一个难点——如何对猜想进行处理？

笔者认为，《重力》一课大家其实都进行了猜想，只是限定的范围不一样罢了.使用教科书，是建立在解读教科书的基础之上的，这里不是不可以猜想，但关键看怎样处理猜想.吴加澍先生提出教学过程可按这样的逻辑顺序展开：(1)猜想：重力大小与物体的质量、体积、形状、密度有关.(2)验证：排除形状因素，确认重力与质量、体积、密度有关.(3)推理：根据m=ρV，体积、密度的变化可归结为质量因素，于是问题简化成：重力大小与物体的质量有关.(4)探究：研究“G与m的关系”……在探究教学中，是否一定要让学生猜想和如何引导学生猜想，这是要看教学要求和具体情况.我们可以对教科书采取增加、删减、替换的策略，根据学生、学校、教师等因素，有选择地利用教科书.

5 一点启示——教师需要做什么？

随着课程改革的深入，教师的理念或多或少的发生着变化，但在实施理念、践行理论的技能方面没有能很好的跟进，成为制约课程改革深度推进的重要因素.没有理念不行，但光有理念没有能力也不行，教学可能变成“海市蜃楼”.因此，教师在接受新的理念的同时要不断学习，提升人文素养、拓展学科专业素养和提高教学技艺，才能适应教育新的要求.通过《重力》一课的观摩、对比、讨论和学习，笔者得到一点启示：教师需要的不仅仅是理念的更新，更需要教学技能和学科知识的提升.