加强感性认知与理论之间的逻辑连接

杨星 王晓璐

摘要：在高中物理教学中，教与学的核心是物理理论，但考试导致大部分师生将教学的重点放在理论的应用——习题上。所以常使用“演绎法”进行教学，先知道理论知识再用这个知识去解题。脱离实践的理论知识学习由于没有认知基础，所以学习难度高。基于实践论与认知发展理论对此现象进行分析，可提出一种减缓高中物理学习难度曲线的通用基本方法。

关键词：逻辑;教学;实验;高中物理

作为科学领域第一强国的美国在NGSS框架中将科学实践（Scientific and engineering practices）列在第一的重要位置，并加以解释其为何放在第一位。在《实践论》一书中亦论述道：“马克思列宁主义认为：认识过程中两个阶段的特性，在低级阶段，认识表现为感性的，在高级阶段，认识表现为论理的，但任何阶段，都是统一的认识过程中的阶段。感性和理性二者的性质不同，但又不是互相分离的，它们在实践的基础上统一起来了。我们的实践证明：感觉到了的东西，我们不能立刻理解它，只有理解了的东西才更深刻地感觉它。感觉只解决现象问题，理论才解决本质问题。这些问题的解决，一点也不能离开实践。”要与第一强国比拼，我国必须靠理论才能解决这个问题，而这个问题的解决是离不开实践的。显然，如何加强实践与理论之间的联系是值得研究的问题。

无论是美国还是中国，高中阶段的科学教育都会面临考试的外部矛盾。所以谈西方素质教育优于应试教育是没抓住问题根本的说法，考试只是检测手段，真正的问题根本在于如何学好科学理论。

科学理论的掌握，离不开来自学习者的实践认知。物理学科是基于观察和逻辑的基础科学。观察便是实践的体现，是感性认知的直接来源;通过归纳实践而来的认知，总结成为经验;但这样的经验得起逻辑的检验，比如“越重的物体下落越快”的经验从逻辑上便可反证不成立。所以得想象出新的假说，然后设计新的实验去证明，在经过大量实验和事实经验检验才能成为理论。理论是以现象为基础，但以逻辑为核心而构成。逻辑本身是自带一定发展属性的，理论本身可以迎来革命，这便是有时理论物理走在实验物理之前的原因。

解题亦是实践，但仍然处于高级认知阶段，通过解题来验证对理论的掌握情况同时加深对理论的理解。可见逻辑才是物理理论的核心，但逻辑是处于高级认知阶段的抽象，其必先建立于初级认知。

在教学过程中如果违反认知初高级的认知发展顺序，必然导致教学效率的低效，学生学习难度曲线的陡增。物理教师负担着物理理论的传授，首先要求必是自身理论水平要过硬。其实必然是遵循学生认知发展的规律，也就是要加强初级感性认知与理论之间的逻辑连接，从而形成一条较为平缓的学习难度曲线。

因此对物理理论教学必然不能离开学生的实践，但核心还是在于逻辑。基于此，新课教学过程必须通过加强学生直接认知与理论的逻辑关联。下面举两个例子加以说明。

一、怎样定义静止

机械运动的现象是正常人类能够感知，学懂理论和没学明白理论的区别在于逻辑性。去描述运动时，必先定义什么是运动。而要定义运动，又必先知道什么叫不运动，也就是静止。所以在要先根据学生的认知定义什么是静止，最常见的认知冲突体验来源于坐在很平稳的车体验观察车外的一些特殊现象，也就是明明“静止”的物体怎么感觉动起来了。所以引出到底怎么去判断物体是不是静止？从而引出参照物的概念——绝对静止的物体。仅仅如此才是理论开始，接下来才是便是教授判断研究对象是否运动的方法：以参照物（根据实际情况解释从“参照物”到“参考系”这两个名词的内涵）为坐标原点建立坐标系，如果研究的对象坐标（位置）发生了改变，那么就可以判断物体运动了;如果坐标（位置）不变，那么就是静止。

理论的核心应该按照一定逻辑建成。完成此步骤后再去用此理论解释以前认知的矛盾，再去做些习题，才能让人体会到学的东西在合适的时候得到应用的那一份愉悦。

二、原子的核式结构模型如何从无到有

再比如原子核式结构模型的教学，有的教学过程十分钟左右就将原子核式结构是什么（物理知识）讲完了，内容上比初中多了卢瑟福怎么做了个ɑ粒子散射实验，然后就提出了核式结构模型（有的教学过程还把原子核的组成讲了，让有的学生误以为核式结构模型还包括原子核的组成模型），推翻了汤姆孙的“枣糕模型”，而根据什么样的逻辑去推翻的“没时间”讨论与思考。剩下的时间便是写写习题，就这样完成了原子核式结构模型的教学。这种脱离现象与理论的逻輯连接，通过简单记忆进行学习的路线显然是低效与不长久的，从大量的关于这一部分的考试成绩便可看出这种教学方式是低效的，学好理论的难度也是较大的。那么，高效且学习难度较小的教学又该如何？

显然，找出现象与理论的逻辑连接，顺藤摸瓜一以贯之才能形成清晰的原子核式结构模型。首先要然学生清晰地了解实验原理，特别是实验现象。卢瑟福及其学生进行ɑ粒子散射实验所发现的重要实验现象：绝大多数ɑ粒子仍旧沿原先的运动方向运动，而极少数（约占八千分之一）发生了大角度偏转。然后运用碰撞的知识和运动与相互作用观去检验之前的“西瓜模型”，发现“西瓜模型”无法解释这一现象，最后学生也能和卢瑟福一样通过现象与逻辑推理提出新的原子模型——核式结构模型。

三、中学物理实验的一些意义

在中学物理的实验教学中，在进行教学设计阶段，作为教师我们要常想“为什么要开展学生实验？”这个问题。

在最初的物理实验中，实验主要有两个重要作用，一是验证猜想，二是发现新的现象。细品，不难发现：验证猜想也属于个体认知领域的发现新现象，也就是想象变成现实。因此，实验的目的在于突破认知，得到新现象。这个新现象的作用便在于验证现有理论的正确性或促进新的理论的形成以解释新现象。当然为了得到新现象，可能会采用新方法，从而促进技术的发展。

个体认知的角度看，实验的目的也是在于获取新现象，新方法。新现象的感官刺激，才使得物理理论不会是空中楼阁，更通过逻辑推导加强理论与现象的联系，从而有更深入记忆与理解的效果。新方法的学习与运用，有助于锻炼学生思维能力，动手能力等。

基于此，在实验教学中应以新现象与新方法为核心而展开，其中获得新现象是最为基础的一个目的，学习新方法为更高教学目标。但新方法的学习效果和学生的天赋等因素有密切关系，所以是更为高阶的教学目标。

四、结语

没有逻辑连接的知识越多，反而是负担越重。事实中的所谓“教育减负”的困难的现象也佐证了逻辑的在教学中的重要性。

高中物理教学既有科普性质，提高学生的科学核心素养的任务;又有为高等教育输送更多更优质的理工科后备人才的任务。而这两项任务都有一个隐形的要求：降低学生学习物理理论的难度曲线。

因此，为了降低物理的学习难度，作为高中物理教师，应该在“如何加强学生认知与将要学习的物理理论之间的逻辑连接？”这一问题上下功夫。切实调查了解学生的认知情况，不同时代的学生认识是不一样，农村学生和城市学生认识也是有不少差异的，因此，举的例子和做的实验是不完全标准化的。简言之，高中物理教师首先应该是一名科普工作者，然后才是一名为高等教育培养具有高素质的理工科后备人才的培训师。

参考文献：

[1]National Research Council.A framework for K-12 science education：Practices，crosscutting concepts，and core ideas[M].National Academies Press，2012.

[2]人民教育出版社课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书物理必修3-5[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者简介：杨星，YANGXING（1995—），男，贵州，本科/学士，贵州师范大学/硕士研究生，一线教师。

通讯作者简介：王晓璐，WANGXIAOLU（1980—），女，山东，研究生/博士，贵州师范大学/教授，主要研究方向：中学物理教学，原子与分子物理。