“格物致知”在物理教学中的现代转换

         ,吴英[1] ,罗涛2

（1绵阳师范学院数理学院  四川绵阳  621000）  （2 成都石室白马中学      四川成都  610041）

摘要：格物致知指的是推究事物的原理法则而总结为理性知识。在物理教学过程中，利用右脑对图像、情景的超强记忆和存储功能，对格物致知进行现代转换，在具体的物理现象和过程中习得物理学的概念、定理和定律，通过恰当的途径，选择生动形象的知识载体，创设有效的教学情景，理寓其中。在培养学生探究事物之理的良好习惯和学习探究事物之理的科学方法中，实现对物理知识的理解和掌握，并进一步升华为认知世界、探索未知的科学态度、方法和智慧。

关键词：物理教学 格物致知 转化

作者简介： 吴英（1977--），女，汉族，教授，主要从事物理课程与教学论及理论物理的教学研究工作，本项目为绵阳师范学院与绵阳市教育科学研究所“校地共建”专项课题：中国传统教学思想在物理学科教学中的现代转换研究（MJGJ2021-A05）

《礼记.大学》中“致知在格物，物格而后之至”，是古代儒家思想中一个重要内容，也可以看成儒家专门研究事物道理的一个理论。《现代汉语词典》（2012，第六版）将“格物致知”解释为“推究事物的原理法则而总结为理性知识”。胡适将之比喻为科学方法，做为一种研究真理的方法来看待。物理是一门以实验为基础的学科，在教学过程中，结合脑科学的研究结果，注重让学生经历“格物”和“致知”的过程从而养成探究事物之理的良好习惯和掌握探究事物之理的科学方法，提升学科核心素养，从而实现对传统教学思想的现代转换。

一、物理教学中的“格物”

物理学是从观察、实验中诞生的，因此物理教学也应遵循“理”从“物”来的直观性原则。我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授生前曾说过：“物理、物理，就是要研究物理现象的道理，要讲清楚它的道理，就必须就物说理”，即让学生“格物” ，明确“理”从“物”中来，“物”与“理”不可分割。如何有效“格物”？研究结果表明：右脑对图像、画面、声音的记忆能力是左脑的100万倍[1]，因此利用真实和有血有肉的物理世界的呈现，启用右脑对图像、情景、画面、声音的超强记忆和存储能力激活人体知觉对“物”的体验和感受，调动全脑参与建构物理知识，便可提高学习效率和质量。

（一）“格物”的原则

在具体的“格物”过程中应遵循以下原则：

1.“显性”原则。事物都是普遍联系的，本质和非本质特征，主要和次要因素交织在一起，错综复杂，因此“择物”时应精选具有典型代表性，主要因素和本质联系明显，现象与结论间存在直接和简洁因果联系的 “物”。避免外显性和次要因素过于丰富，减少非本质特征的干扰，这样才能收到预期效果，否则将难以得出正确的概念和规律。如：从“走钢丝的表演者手持长长的棍子”引入转动惯量的学习，现象和概念之间的联系就比较单一和明确，学生能立刻联系到是为了增强平衡，由此顺利进入下一步的学习。但若以“太空中宇航员如何称量体重？”的问题切入简谐振动的教学，因其包含的除简谐振动的知识外，还涉及失重和弹簧组的相关问题，因此作为新课的“格物”，尽管其本身有很强的吸引性，但却是不恰当的。

2.“有意义”学习原则。奥苏贝尔认为，有意义过程的实质就是符号所代表的新知识与学习认知结构中已有的适当观念建立非人为的和实质的联系[2]。有意义学习是学生理解物理知识内涵和价值的真正渠道，只有“有意义”学习才能帮助学生建构相互关联的知识体系，而不是成为由零散的符号、概念、公式和少量的事实拼凑起来的一盘沙粒。因此“格物”的过程就是要让学生明确物理知识的学习与生活、自然、社会之间的关联，让学生清楚学习物理是为解决问题、探索未知世界服务的，在明确具体的学习目标中，为有意义学习找合适的切入点。

（二）“格物”的途径

“格物”的途径来自于生活、实验、观察以及实物、模型、简笔画、肢体语言以及图片、动画、视频等多种手段，具体可以从以下几方面实现。

1.从生活中“格物”

尽量选择生活中学生熟悉的“物”，提出学生似曾相识，但又解释不清的问题，刺激求知欲望。如为理解内力做功，提出“为什么荡秋千没有外力推动，也能越荡越高”；学习力矩知识，提出“两人抬一重物上楼，前面的人省力还是后面的人省力” ；认识绝对、牵连、相对速度的关系，以“坐在运动的汽车上，为什么看到雨的下落方向会改变”等问题切入，让学生在学习中体验到物理知识与生活息息相关。

2.用实验“格物”

教师教学活动中选取的实验既可以是物理学发展史上经典实验的再现，让学生重温科学家们探究的历程，也可以是教材现有和自行改进设计的实验，并着力突出 “新”与“奇”的特点，引领学生进入奇妙的物理世界。如 “立蛋”，虽然鸡蛋可以象陀螺一样旋转竖立起来，但若在教学中直接让鸡蛋竖立在桌面，势必能激发学生强烈的探究兴趣，然后引入重心概念，分析维持物体平衡的因素；同样利用“砸不烂的鸡蛋”（四枚鸡蛋放入泡沫塑料或细沙中，上面再依次覆盖木板和砖头，然后用铁锤敲击，鸡蛋完好无损）认识动量定理；选择合适的电容器利用充放电的火花和爆炸声进入电容的学习；观察“不沉的硬币”引入表面张力等，这不仅能让学生感受到物理学的魅力，也能从中体会学习物理的乐趣。

3.借玩具“格物”

巧妙利用“小玩具”提供“物”的感知，许多玩具都包含着对物理学知识的利用，如 “万花筒”、“望远镜”、“回力车”、“橡皮筋动力飞机”、“玩具潜艇”、“发光陀螺”、“孔明灯”等，从中找到切入点，就可顺势进入相关物理知识的学习。如通过“电动玩具小车”演示摩擦力的方向、作用以及分析车的驱动力；展示“光纤小手电”说明全反射；利用“光控玩具”进入光电效应的学习等，让学生在学习中感受知识的学以致用。

4.借助教育技术“格物”

对上述途径难以实现的教学内容，比如：行星的运动，火箭的发射，完全失重，波的形成等既可以利用教育技术手段将网丰络富的视频、动画模拟、图片等资源展现，也可以通过模型、简笔画甚至形象的肢体语言呈现。

通过上述途径，将“理”与“物”巧妙结合，给学生呈现一个鲜活的物理世界，在真实的情景中切入问题，在丰富的感性材料下“格物”，为教学接下来的“致知”奠定基础。这不仅会使物理学习变得生动活泼、充满探究的氛围，同时鲜活的场景、生动的画面和图像能被右脑清晰牢固地储存在大脑中，让“物”与“理”彼此结合，烙下深深印迹。

二、物理教学中的“致知”

我们知道事物非本质属性的多样性和外显性常常会掩盖本质属性的单一性和内在性，使感性认识难以自动上升为理性认识。因此学生虽然看到了弹簧、绳子、斜面、滑车等问题中的实物,但却不能像物理学家那样看到问题背后的物理概念和隐含的规律，所以由感知的“物”上升到“理”还要通过分析、抽象、概括、推理等一系列思维活动，通过对本质与非本质属性的仔细鉴别，摒弃非本质属性，形成对客观事物的正确认识，即物中之“理”，这就是“致知”的过程。

（一）“说物理”形成表象 ，奠定“致知”的基础

   皮亚杰认为,表象“是一种内化了的模仿的结果”[3]，由此我们可以将物理表象界定为，对感知过的物理客体形象储存在大脑的一种影像。 “说物理”是让学生将其感知过的物理客体形象和过程首先从定性的角度用自己的语言表述出来，这是实现明理的第一步。调查发现学生学习物理的一大障碍首先表现为他们不能或不善于用语言（或物理语言）去全面描述和反映所看到的物理现象和过程，这直接造成他们无法继续进一步的概括和抽象。所以在“知物”的基础上，首先应引导学生“说”物理现象和物理过程，通过学生间彼此的讨论、争辩和师生间的口头交流，让他们有机会表达自己的观点，帮助他们将看、听、触到的用自己的语言去表达和归纳，通过相互补充，形成共识，这不仅有利于提高学生的观察和记忆品质，而且还能帮助学生将物理现象和过程最终内化为准确而生动的表象储存在大脑中，做好从感性向理性过渡的中介作用。同时通过“说物理”的方式，也帮助了教师考察学生头脑原有的前概念与科学概念的距离，为下一步教学制定好策略。因此切记不能用教师的讲解和阐述代替和简化学生 “说”的过程，这是教学中的一个重要原则。

（二）基于前科学概念 ， 制定“致知”的策略

   学生在日常生活及以往学习过程中积累了大量的个体经验，很多认识与当前正确的科学概念相违背，就是前科学概念[4]。它们对知识的学习，既能起到积极的促进作用也会产生巨大的阻碍作用。因此针对不同的前科学概念，“致知”的措施也就迥异，一类有着合理成分的前概念，是科学认知的基石。对这类前概念只要引导学生从“物”着手，通过分析、归纳导入物理实质，便可让学生“致知”。而另一类前概念则因非本质联系的外显性、多样性的长期刺激与科学概念完全相左和抵触，成为物理学习中的一大障碍。如认为马拉车前进是马拉车的力大于车拉马的力；浸在液体中的物体必受浮力；高速行驶的汽车比低速行驶的汽车刹车难是因为惯性更大；曝晒下的金属一定比木块温度高等，这类前概念在学生头脑中根深蒂固，必须经历认知过程的激烈冲突和反思，通过实验、推理和分析暴露其荒谬性，才能被瓦解和放弃，这是“致知”教学中的难点。瓦解错误的前概念绝非易事，除了通过实验或现象让学生亲眼看见与常规不一样的事实，使其与原有认知间发生强烈冲突，从而质疑、反思前概念外，还必须设计有针对性的问题，诱导学生理性分析和推理，在对问题的共同讨论、争辩中，将知识进行彼此联系，明确相互间的逻辑和因果关系，形成有机的知识网络，最终建立起正确的认知。同时这一过程也会使他们真正体会到仅仅停留在事物表面认识问题是远远不够的，必须在学习中养成理性分析和推理的习惯。否则极容易造成对物理知识的片面和孤立理解，得出错误结论。

（三）培养学生乐于思考的习惯，架设“致知”的桥梁

法国数学家彭加勒说：“科学家研究自然，并非因为这样做有用处。他所以研究它，是因为他从中能得到乐趣。”这也正如巴斯德所说：“当你终于确实明白了某件事物时，你所感到的快乐是人类所能感到的一种最大的快乐。” 所以我们要让学生感受和领略思维的乐趣和美妙，培养他们乐于思考，乐于提出问题的习惯。而物理学发展史上诸多伟大的成就都是在科学家们悟物穷理的思想指导下被揭示和发现的，如经典的阿基米德在洗澡中发现浮力定律；牛顿从苹果落地发现万有引力定律，托马斯.杨关于光波的想象和著名的双缝干涉实验；伽利略在观察教堂来回摆动的吊灯中发现了“钟摆原理”等无不给后人巨大的启示，给学生提供这些真实的事例和在学习中创设思维练习，激发和调动他们思维的积极性。如关于速度大惯性越大，提出“如度越大惯性越大、速度越小惯性也越小，那么速度为零，其惯性是否也为零？”；关于重的物体下落得快，“提出一重一轻的物体绑在一起，下落速度更快还是更慢”？对凸透镜一定起汇聚作用，提出“水中的气泡，对光汇聚吗？”；其他如“存在四维空间，会有什么奇妙的现象？”；“能乘上超光速的飞船，将产生什么后果？”等，让学生感受思维的魅力和力量，形成乐于思考、见物思理的习惯。

（四）通过科学方法，达到形象到抽象的转变，实现“致知”

为什么学生看到了弹簧、绳子、斜面、滑车等问题中的实物,但却不能像物理学家那样看到问题背后的物理概念和隐含的规律？这是因为在我们的教学中，常常只满足于从现象和实验中通过简单的归纳而直接得出科学结论，缺少让学生经历科学思维、推理和分析的训练。如感应电流的产生条件探究，可由日本新推出的“发热地板”引入，再利用自制的“发热地板”让学生观察、分析感应电流是如何产生的，再自行设计实验加以验证，从而得出一般性结论。

 物理教学的重难点就是要让学生体会到“理”是如何从“物”中来的。这就要求教师在引入物理概念时能为学生提供丰富、生动、典型的“物”，让学生从这些“物”中抽象出事物本质属性、归纳概括出客观规律，此过程可谓之“格物致知”，从而达到“明理”，并让学生在此的过程领会和掌握物理学科的思想和方法。

参考文献：

[1]唐孝威.脑科学导论[M],杭州：浙江大学出版社，2006

[2]Stephen L.Yelon著.单文经等译.教学原理[M].上海：华东师范大学，2003

[3]袁振国.当代教育学[M].北京：教育科学出版社，2003

[4]修绍虎，赵立竹.初中物理概念教学中转化前科学概念负迁移的策略[J].现代中小学教育，2010（10）：42-46 

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