
教育创新与实践
Journal of Educational Innovation and Practice
- 主办单位:未來中國國際出版集團有限公司
- ISSN:3079-3599(P)
- ISSN:3080-0803(O)
- 期刊分类:教育科学
- 出版周期:月刊
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中庸之道与科学思维的共融——以平抛运动为例
The Integration of the Doctrine of the Mean and Scientific Thinking: Taking Projectile Motion as an Example
引言
在当前核心素养导向的中学物理教学改革背景下,培养学生解决实际问题的能力已成为重中之重。然而,教学实践中普遍存在一个令人困惑的现象:学生即便熟记了物理公式与概念,在面对新颖情境或复杂问题时,依然常常感到无从下手,缺乏有效的思维切入点。这一困境凸显了传统教学模式过于侧重知识灌输与机械训练,而对学生深度理解物理本质规律及实现知识迁移应用能力培养的不足。如何破解这一难题,引导学生从“知识记忆”走向“思维建构”与“素养生成”,是物理教育工作者亟待探索的课题。
中国传统文化博大精深,其中蕴含的哲学智慧或许能为现代科学教育提供独特的启示。《中庸》所倡导的“执两用中”思想,强调把握事物两端、寻求动态平衡中的适中之道,并以普遍性原则指导实践,这种思维方式与科学探究中归纳普遍规律并应用于新情境的过程存在深层次的契合。基于这一认识,本文尝试将“中庸”哲学的核心理念融入物理教学方法的构建之中,提出一个“中-庸”认知模型,并以高中物理中典型的"平抛运动"教学内容为例,具体阐述如何引导学生实现从掌握基础(“中”)到实践迁移(“庸”)的螺旋式上升学习路径,旨在为培养学生的科学思维与核心素养提供一种可能的新视角与实践参考。
一、无从下手的常见现象
物理教学中常见问题有:学生普遍反应在处理物理问题时不知如何下手,没有思维切入点,看见题目总是以所谓的感觉解题。这也体现了物理学科的特点,在掌握了知识点的情况下,物理问题却需要学生独立给出运用知识点解题的具体方案。随着课程评价的不断深化,物理问题也进一步新颖化、情景陌生化,光靠死记硬背知识点和机械化的刷题已经无法应对考察需求,这也符合当下评价的倾向即不仅考察学生基础知识点的掌握情况,也更加是在考察学生独立处理陌生物理问题的综合能力。
二、中庸之道的方法论启发
“中”的字面本义以象形字出发:甲骨文中,“中”字像一根旗杆立于中央(上下有飘带),象征“居中、中央”的位置。引申义:不偏不倚、恰到好处,既不过分,也无不及。其哲学内涵是指的动态平衡,并非机械的“中间点”,而是根据具体情境调整到最合适的状态。
“庸”的字面本义,早期“庸”通“用”(《说文解字》:“庸,用也”),指实用、践行。其哲学内涵是指普遍性原则:指“中”不是偶然或暂时的状态,而是可普遍适用的法则。
“执两用中”是源自《礼记·中庸》的儒家思想概念,指在处理问题时把握事物的两端(过与不及),采取适中的方法以实现和谐状态。对于出现上述问题的学生来说,总是感性地处理问题,凭感觉随意套用物理公式,或者在物理问题中寻求纯数学关系,却未能深度思考解决问题所需要具备的必要能力,甚至因无法解决问题而心浮气躁对物理学科失去耐心。
“中”是动词,“中”是寻找事物的本质与规律,正心以随天道之变,对应在实际解决物理问题中,学生会遇到千奇百怪的类型和情景,难以处理复杂情景,无法理解考察角度,这些都是学习过程中的常见难点。学习过程中需要懂得进行归纳提炼,找到题目的本质与规律,灵活应对不同类型的问题正是正心以随天道之变。
“庸”也是动词,“庸”是修身以和天地之德,凭感觉分析问题遇见阻碍是常见的物理学习现象,但盲目刷题更是低效的学习方式,当下的评价倾向是需要区分出善于学习的人,本质也是考察处理信息的综合能力,能够深度反思总结才是学习力的根本体现。盲目刷题死记硬背导致很多学生事倍功半,学习效率大打折扣以至于丧失学习信心。学习过程中应将自己归纳总结出的“道”顺应于问题中去,不断实践反思再实践,以正确的方法论不断修正自己,做到真正的螺旋上升式精进,即修身以和天地之德。
| 哲学概念 | 物理教学中的实践 |
|---|---|
| 中(正心以中随天道之变) | 总结规律并不断修正更新 |
| 庸(修身以和天地之德) | 实践验证已有规律并反馈 |
三、方法论
为何提出“基本面”“战前准备”“见多识广”三个相互关联的学习方法论,这是本文基于上述的学生痛点问题,对学习方法的创新解构,对于很多学生来讲没有时间和能力去深度思考学习的底层逻辑,处于十分迷茫且不自知的状态。如何教会学生学习,这就需要教师对其应有的学习行为解构成通俗易懂又口语化的执行方案,当然不同教师的解构也存在差异。
(一)“基本面”
在实际教学过程中,笔者称这些不同板块中的基础知识点(例如运动学、牛顿定律、电磁学等)叫做“基本面”。发现对于基础知识掌握不好的学生,在物理学习过程中(特别是高中阶段)想取得理想的成绩是十分困难的,原因是高中阶段的物理问题或者考试侧重于对新问题新情景的临场分析,考验学生运用所学独立处理问题的现场解决能力。
所以作为教师第一步应该首先引导学生构建简洁清晰的基础模型,夯实基本面的掌握,才能让学生在更加复杂的问题上有所突破。
以平抛运动举例:平抛运动(图1)是脱离直线运动后学生最先面对的问题,其核心在于两个直线运动的叠加,通过图示引导学生建立对平抛运动的基本面的掌握并清晰的描述物理模型的场景。
例如现有一看作质点的小球距离水平地面为,以初速度水平抛出(忽略空气阻力),观察其轨迹是由水平的匀速运动和竖直方向的自由落体组合而成。画出轨迹,再取轨迹曲线上的任意一点画出速度与分速度的矢量合成并连接位移,通过计算发现其速度偏转角的正切值是位移偏转角的两倍,并且速度的反向延长线交于水平位移于中点。
(二)“战前准备”
在充分掌握了例如平抛运动的基本面后,并不能游刃有余地处理物理问题,教师应当引导学生建立自己的归纳总结,这些归纳总结来源于每一个作业练习后的深度反思,本文称之为“战前准备”。在处理物理题目时就好比战斗,如果战斗前没有知识储备属于基本面还存在漏洞,若没有想到要运用以往所归纳总结的经验,并且形成一种思维定势,遇到复杂问题就会手足无措。
所以这里也强调了学习方法的重要性,在平时的学习过程中,教师应当引导学生学会归纳自己的一套针对特定板块的“战前准备”即看见某个板块就该立马想到相关的基本面和战前准备,本质是将过往的学习经验进行打磨浓缩成一些简短的提词语句,遇到相关或相似的问题直接运用,若浓缩的经验无法解决当前问题就应当反思自己的归纳总结是否合理完善。以一道平抛运动的题目来举例说明归纳总结的重要性。
图2原题复现:现有一斜面连接一半圆弧,θ角已知。一小球从O点分别以与水平抛出,分别击中A与B点,其中0A垂直于斜面,小球击中B点的速度方向与圆弧相切,求: 。
有趣的解题现象:这道题的背景来源于一次高三下学期的模考位于单选题第四道,如果从答案来看,这个题目是比较简单的,但这个题目的正确率却出奇的低,同学们在这道题上的反常表现也是笔者写这篇文章的灵感来源。笔者不断用这个题目测试了不下几十位同学,他们大多数都有两个共同的解题步骤,第一个即想通过数学几何的方式来解答这道题目,他们会尝试画各种辅助线,比如过O点作水平地面的垂线、连接OB等等。第二个共同的步骤即立马列与平抛运动相关的式子,例如水平位移、竖直位移、水平竖直速度等等。得到的结果都是失败,做辅助线的同学通过复杂的画图直接将自己拖入几何证明中去,想通过几何证明得出突破口,直接列式的同学想通过多个方程求解的方式寻找突破口。
这么多同学的共同之处也引发了笔者对于同学们学习思路的深入探索,他们的解题特征都脱离了物理而且想通过纯粹数学的方式找到答案,抓不到解题的突破口。那么这种突破口从何而来呢?即本文提出的“战前准备”的学习思想,这些同学的大部分已经掌握了平抛运动的基本面,但依旧无法攻克,说明他们没有在以往的关于平抛运动的练习中进行归纳总结,即看见平抛运动应到立马联想到自己的“战准”,从“战准”的角度去思考题目,才不会陷入类似数学证明的误区之中。本文因此提出了在关于平抛运动中的战准,见表2。
| 平抛运动的战前准备 |
|---|
| 1.速度偏转角与位移偏转角 |
| 2.根据题目的暗示找速度偏转角或位移偏转角 |
那么现在以此思路重新做一下这道题。关于第一点其实是平抛运动的基本面,其目的是要提醒自己,遇到关于平抛运动的题目,首先要去找这两个角度。其次通过题目的暗示来找一下两个角度,先看击中A点,这个垂直的数学条件其实是在暗示去找位移偏转角,为什么?因为在同学们解题中可以发现,A点的速度方向是不能够画出的,这就说明在A点不能够去找速度偏转角,这里就体现了战准的强大,因为过往的归纳总结直接可以指明的解题思考的方向问题,在紧张的实战中,每分每秒都是十分宝贵的,同时找错了方向也会直接影响考试时的心态,同样的道理,在B点的相切直接暗示了需要去找速度偏转角,完整的解题过程如下:
A:
B:
不难看出,如果采用正确的思考切入点,这道题目的难度是相当低的。但问题在于对于同学们来说,如何在紧张的时间内找到这样的切入点呢?所以笔者强调了上述的学习方法论。
(三)“见多识广”
在理解了基本面和战前准备过后,笔者阐述的核心观点就是,第一教师要做到清晰简短的呈现基本面的内容,第二是要教会学生在平时学习过程中的深度思考,目前很多学生欠缺的就是反思总结的核心素养,忽视过往的训练和失败,不断盲目埋头扎进新的问题中想通过大量“无效”训练获得提升,也想通过后续可能侥幸的成功来填补先前的失败体验,如此恶性循环的学习状态,最终很有可能形成习得性无助而对物理学习丧失信心,所以教会学生掌握正确的学习方法是教师教学的关键。
那么“见多识广”就对应不断更新自己的“战前准备”,这也是一个人学习的螺旋上升过程,不断反思自己的归纳总结,不断地积累经验修正自己的归纳总结才是真正的有效学习。以另一个题目来举例说明之前的战前准备失效的情况,以此来体会“见多识广”的核心所在。
图3原题复现:在竖直面的圆内有一磁场(未画出),大量带电粒子(已知,忽略重力)通过磁发散以垂直打在Y轴,在第一象限内有一竖直向上的电场,电场强度为E,所有带电粒子都能通过B(2H,2H)点,求电场的边界方程。
此题是又一次高三模考的压轴题目,仔细分析过后发现这个题目的本质同样在考察平抛运动,那么可以发现,此时再去找前面所说的两个角度的战准已经无法解决问题,这时就应该思考,这个归纳总结是否还存在一定的缺陷,那么现在笔者又提出更新之前的战准(见表3)。
| 平抛运动的战前准备更新版 |
|---|
| 1.速度偏转角与位移偏转角 |
| 2.根据题目的暗示找速度偏转角或位移偏转角 |
| 3.速度的方向延长线交于水平位移于中点(相似三角形) |
同样的,第三点更新后的战准依然指向了基本面,但添加了相似三角形的数学关系。其目的在于遇到平抛运动的相关问题,还要想到由于反向延长线所构建的相似三角形的关系。解题过程如下:
这个题目对于同学来说,在考场的环境下做出来还是相当不容易的,其中关于相似相似三角形的突破口未能找到的话基本很难在短时间内攻克,但平时训练的目的就在于“见多识广”,通过见识大量的不同题目,不断地归纳总结,完善自己的战前准备,当归纳总结到一定的程度,量变产生质变就会体现战准强大的力量,这也是方法论的核心观点。
四、“基本面”+“战前准备”+“见多识广”的逻辑关联
结合物理课程标准(2022年版)来看,基本面是物理观念的地基,战前准备和见多识广对应科学思维,三者环环相扣。教师需针对不同板块内容,引导学生重复“基本面→战前准备→见多识广”的逻辑链条,逐步形成个性化学习路径,最终实现“学会学习”的目标。可以通过图4的流程图来呈现这套学习方法论。
五、结语
中学教学的核心素养导向是中国基础教育改革的重要方向,旨在通过课程与教学方式的革新,培养学生适应终身发展和社会发展需要的关键能力、必备品格与价值观念。物理学习中的“道”在中学物理中体现为中庸哲学的“中”即寻找事物的本质与规律,深度反思以“庸”即运用归纳总结实践于解决物理问题,反复“正心”与“修身”处于螺旋上升的状态中去,这才是教师所要做到的授人以鱼不如授人渔。作为教师,育物的同时也在育人,若能在物理学习的细分领域中体会中庸之道,也是对学生未来人生发展的深刻启发,也符合促进学生全面核心素养发展,培养具有独立思考能力、社会责任感和终身学习力的根本需求。
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