致知在格物

叶礼

1 格物致知

格物致知是中国古代儒家思想中的一个重要概念，源于《大学》八目所论述的“欲诚其意者，先致其知；致知在格物.物格而后知至，知至而后意诚”此段.清朝末年讲西学的人就用格致（ “格物致知”的简称）做物理、化学等自然科学的总称，鲁迅先生在《呐喊》自序曾这样写道“在这学堂里，我才知道世上还有所谓格致，算学，地理，历史，绘图和体操.”

现代的物理学科究竟应该让学生具备怎样的素质呢？朱熹曾说“穷究事物道理，致使知性通达至极”. 《大学》本身也说，格物致知的目的，是使人能达到诚意、正心、修身、齐家、治国、平天下的地步.在《高中物理新课程标准》中提出了物理教学要让学生“能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲；有参与科技活动的热情，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题.”

学生进入课堂并不是白纸一张，他们都带着自己独特的生活经历和体验，带着自己对自然、对事物的认识、看法、态度，已经有了一定的生活经验和感受.教师应当利用学生熟悉的生活经验和感受，将物理问题置于现实的生活情景之中，使学生已有经验在问题情景中产生矛盾、引发认知冲突，激发他们探求新知的渴望，使学生感受到到物理知识的生活意义和价值，从而获得更加鲜活的物理知识.这就意味着，教师讲物理必须努力做到言之有物，所有的教学活动都应以“物”为出发点去展开.

2 以物引理

物理课堂是否能够吸引学生，课题的引入是十分重要的，教师应创设便于发现问题的物理情景，使学生在有关情景、现象中“漫游”，列举大量的事实，唤起学生已有的感性认识，使学生对所研究的问题有一个清晰、明确的印象.在实际的教学过程中，要借助图形、图像或视频设计情景，“绘”学生知晓的“形”，使之生动、形象的展现于学生眼前.

案例一 《牛顿第一定律》的教学引入

视频引入：抛球小实验，两个学生在一辆匀速行驶的自行车上，把一个篮球高高抛起，重新接回到手中，又重新抛起，重复游戏.

教师提出问题：在一辆匀速行驶的车上把一个球抛向空中，为了让球能重新回到自己的手中，人应该向哪个方向抛球呢？

问题引起了学生的争论，有的认为应该向前，有的认为应该向上.

教师指出：刚才的争论设计一个古老的话题——力和运动.带着这个问题，我们一起来体验前辈的探究过程，学习探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律.

这一视频是学生活动的记录，作为课题的引入材料，学生亲切又熟悉，活跃了课堂的氛围，也激起了学生学习的欲望.这样的情景创设很自然的把学生引入到牛顿第一定律的教学中来了，把生活搬进了课堂，让学生感受了生活，在完成学习后，还可以布置学生去实践视频中的过程，加深对于物理知识的认识.

亚里士多德说：“思维始于惊讶与疑惑”，在教学引入中，还需要做好情景的“疑”与“思”，通过设置悬念，使学生的注意力高度集中，诱发学生的学习思维.

案例二 电磁炉在课堂中的应用

片段1 在《探究感应电流的产生条件》一课的教学中，教师将电磁炉隐藏在一块毛巾下，表演让led灯带发光的魔术（如图1），当毛巾揭开的时候，学生的注意力会完全被电磁炉吸引，而教师适时提出：电生磁而磁又生电的课题，从而吸引学生对于“如何让磁生电”的探究.

片段2 在《涡流》教学中，在电磁炉上放置烧杯，烧杯中放水，观察现象（无法对水加热）；在水中放入铜块，再观察现象（水很快会沸腾）；在水中放入铁块，再观察现象（水会沸腾，但时间较铜块更长）.通过这样三个实验，可以让学生快速进入对涡流及其特点的探究中.

电磁炉是家庭常用的炊具，给常见食物蒙上神秘的外衣，并层层解开其神秘，这种类似于揭秘的活动方式，是学生喜欢并乐于参与的.通过利用家庭、社会上大量的学生感兴趣的物理问题的揭秘，让学生切实体会到“从生活走向物理”的真谛.

3 借物明理

孔子曰：不愤不启，不悱不发…….我们的教学要让学生经常处于“愤”和“ 悱”的状态，教师要善于创设愤悱情景.创设这种情景一定要从学生熟悉的生活经验和感受出发，利用日常概念与物理概念的矛盾、学生自身猜想与实验事实的矛盾、物理理论与物理事实的矛盾引发冲突，借题发挥，以获得预期的结果.

案例三 翻滚过山车最高点条件的教学

播放翻滚过山车的视频资料，引导学生对翻滚过山车原型进行合理的假设，通过简化处理，建立物理模型（如图2），教师提出问题：要使小球能通过最高点，起始位置至少应多高？

学生猜想：根据机械能守恒定律，起始位置至少应与最高点处在同一等高线上.

教师演示：为了扣除摩擦阻力的影响，小球在比等高线稍高的位置释放，结果小球未到最高点就脱离轨道.

学生质疑：难道是机械能守恒定律出错了吗？小球为什么大不了最高点？

接下去，学生就可以在这个事物的背景下，进行圆轨道最高点临界速度的学习，当然还可以完成对于“不脱离轨道”的认识和学习.

通过日常生活的熟悉事物，抽象出物理模型，进而通过实验创设了研究问题的情景基础，这比单纯的提出“绳模型”、“水流星”要更能激发学生探究的欲望，也更体现了物理源于自然而致力于改造自然的科学属性.

案例四 自动扶梯和旱冰鞋在课堂中的应用

片段1 在学习静摩擦方向的判断方法中，我们常用假设法判断其方向，比如说当如图3的自动扶梯（斜面式）向上或向下运动时，站立的人所受静摩擦力的方向判断.我们可以利用旱冰鞋去创设光滑（摩擦力很小）的情景，学生凭借直观感受就能给出答案，对于假设法的物理思想就会有更直观、更深层次的认识.

片段2 在受力分析中，我们可以利用状态法分析力是否存在，比如人站立在如图4的自动扶梯（台阶式），当电梯匀速运行时，电梯对人是否有摩擦力.在课前，我们可以让一位同学穿着旱冰鞋站在这样的电梯上，当电梯稳定运行，让他放开扶手，并询问其感受，拍摄好视频，在课堂中，当视频播放完毕，相信学生对于是否有摩擦力就不会有疑问了.

这个视频还可以用在学习“牛顿第一定律”时对于“力是维持物体运动的原因”的否定上，并可以让学生破除对于“物体向某个方向运动，一定有一个力在该方向”的前概念认识.

物理上理想化模型很多，很容易让学生产生物理脱离生活的感觉，依托生活中的事物，让学生认识到物理是通过理想化的认知来认识世界，并体会这种方法的优点，加深对物理规律和原理的认知.

在物理教学中，对于抽象问题的教学要着力于设法在学生头脑中建立正确而可靠的表象，而正确而可靠的表象的建立，首先依赖于学生对于物理现象的观察、动手.有个一个具体的感受后，通过语言的加工，使感性认识不断地得到充实、完善，使信息增殖，从而建立起从感性认识到理性认识的桥梁.

4 见物思理

在解决物理问题的过程中需要经历四个层次：语言表征、事物表征、原理表征和数学表征.所谓事物表征就是将所描述问题中的事物找出并在头脑中启用与事物相关的模块，梳理事物的属性、特征.也就是说要求学生在思考物理问题时，要能“见物”，好像这个装置或这个物理过程就发生在自己的眼前一样，然后再用物理规律去分析和解决问题.

案例五 游乐场中的物理

（2013年高考安徽理综卷第24题）过山车是游乐场中常见的设施.下图5是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，B、C、D分别是三个圆形轨道的最低点，B、C间距与C、D间距相等，半径R1=2.0m、R2=1.4m.一个质量为m=1.0kg的小球（视为质点），从轨道的左侧A点以v0=12.0 m/s的初速度沿轨道向右运动，A、B间距L1=6.0m.小球与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.2，圆形轨道是光滑的.假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠.试求：

（1）小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小；

（2）如果小球恰能通过第二圆形轨道，B、C间距应是多少；

（3）在满足（2）的条件下，如果要使小球不能脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径R3应满足的条件.小球最终停留点与起点 的距离.

案例六 超级市场中的物理

如图6所示，某商场的自动扶梯，台阶面水平，扶手是成一定倾角的斜面.某顾客乘坐扶梯，随手将一小物体放在了倾斜扶手上，人、物体随梯一起匀速运动.匀速上行时，人受摩擦力为F1，扶手上物体受摩擦力为F2；匀速下行时，人受摩擦力为F3，扶手上物体受摩擦力为F4.关于这些摩擦力，下列说法正确的是

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均为零，F2沿扶手向上，F4均沿扶手向下

D.F1、F3均为零，F2、F4均沿扶手向上

上述两个案例就是从案例三、四而衍生的物理问题，教师在教学中贯彻了借物明理的思想，那么学生看到“翻滚过山车”、“自动扶梯”这两个事物，就能“其义自现”了.

学生要熟悉事物，事物源于生活，现实生活是物理学知识的源泉，更是物理题的来源.而学生对事物的认识很多来源于课堂，也要求教师在教学中，要“以物引理，借物明理”，以达到见物思理.

《高中物理新课程标准》也提出：“家庭、学校、社会都有大量学生感兴趣的物理问题：如家庭中新型电器、炊具中的物理原理；公共交通设施、交通工具中某些新装置的物理原理；新型通信工具；等等.教师应选择与学生生活联系密切的素材用于教学.课堂教学中，教师可以使用可乐瓶、易拉罐、饮料吸管、胶带纸等生活中的常见物品来做物理实验.学生的课后作业也应该因地制宜地引导学生关注周围的生活，例如：游乐场中的物理；车站、码头上的物理；超级市场中的物理等.”在教学中做到这些，也就做到了“致知在格物”，也就让物理中的“格致”思想成为了学生终生的财富.