纠正物理认知探讨　助力实验教学启航

摘要

在现实生活环境中，还有很多未知的物质及规律存在，但这并不影响人们树立正确的物理观念。针对部分教师对“白气运动方向解释、限速原因（实验探究理论）”纠正实例中的错误认知，给出相应的改进教学建议，以期促进初中学生建构正确的物理观念，提升其物理学科核心素养。

关键词

白气 / 动能 / 限速 / 符合认知 / 纠正 / 物理观念 / 实验教学

以初中物理教学中的“白气”相关现象的解释、高速路上不同车辆限速不同的原因为例，笔者在阅读相关文献基础上，将这些问题运用符合初中生认知的道理加以说明，纠正了一些教师在文献中所得出的错误认知，遂结成此文，以求教于同仁。

1 “白气”现象再分析，培养学生的科学思维

物理现象的出现，往往包含着复杂的物理知识。初中属于物理学习的初级阶段，其物理观念正处于形成的起始阶段，故初中学生往往不能对一些物理现象进行科学、正确的分析。作为物理教师，应关注到这一学情，在引导学生分析物理实验的过程中，结合学生在不同阶段的认知特点，对物理现象进行全面分析，逐步提升其对物理观念的认知程度。

1.1 原题

在天气炎热的夏天，将冰棒从冰箱里拿至空气中时，发现会“冒”“白气”。冰棒“冒”出的“白气”是向上飘？还是向下落？为什么？

1.2 符合学生认知的解析及理由

【符合学生认知的解析】向下落。

【理由】夏天气温较高，空气中有大量的水蒸气。从冰箱里拿出来的冰棒温度较低，空气中的水蒸气遇冷液化成小水滴，形成“白气”，且水蒸气液化前遇冷收缩，故“白气”向下运动。

【对此解析的理解】“白气”的运动方向与其变为液态前的水蒸气的运动方向一致。

1.3 文献解析

任少铎^［1］将此现象与水壶沸腾时壶口冒出的“白气”进行对比，认为两种情况下决定“白气”运动方向的主要因素都是相同的，即：都是受到其他气体的推动作用而运动。对此观点，笔者有不同的看法。

1.4 现象再分析

（1） 水壶“冒”出的“白气”。水壶中水沸腾产生大量的高温水蒸气，从壶口出来并向上运动，到离壶口上方不远处（壶口处温度较高）遇冷而液化成小水滴，遂形成“白气”。此时，由于惯性，“白气”仍然向上运动，并受到壶口处出来的水蒸气对它向上的推力、空气对它向上的浮力及地球对它向下的重力。

（2） 冰棒“冒”出的“白气”。从冰箱里拿出来的“冰棒”温度较低，而含有水蒸气的空气，原来处于静止状态，温度较高。此时，冰棒与空气存在温度差，会发生热传递，即含有水蒸气的空气因温度降低（冷缩）而密度增大，造成其自身重力大于浮力，故其合力向下。为使符合初中生认知的教学得到顺利开展，我们可近似认为冰棒周围气体运动状态是由静止到向下做加速运动，运动一段距离后（在冰棒周围、下方），空气中的水蒸气液化成小水滴，遂形成“白气”，此时其速度方向向下，并受到向下的重力、空气对它向上的浮力，从而合力向下。故而，冰棒周围的“白气”一定是向下加速运动，且加速是由重力和浮力的合力向下造成的，最终“白气”不受气流推动作用。

1.5 纠正错误分析及建议

（1） 纠正错误分析：任少铎^［1］对白气下沉的解释有明显不妥之处，产生错误的原因主要是既没有对研究对象进行受力分析，也没有根据物体的初始运动状态和所受合力对物体的运动情况进行分析。

（2） 建议：“白气”上升的主要原因是壶内气压大于外面的大气压，则壶内气体对水蒸气施加了向上的作用力，使得水蒸气受到的合力向上，导致壶内的水蒸气加速向上运动；当水蒸气离开水壶以后，由于惯性，继续向上运动，在此过程中发生液化现象，密度变大，且当所受合力向下时，呈减速上升状态，此时会受到其他气体对它向上的推力，但不是主要因素。

基于初中生的认知，以给出上述解释为宜，以便让学生从不完美逐步走向完美。

2 认知纠正再探讨，提升物理观念

郑青岳^［2］对大部分教师关于不同车型限速的认知进行了纠正，他认为大部分教师的认知（在相同速度下，质量越大，动能越大，撞击别的物体时产生的破坏越严重）受多方面的因素影响，是不正确的。

2.1 文献[2]否定教师认知的依据

【依据1】用大型货车、小型汽车以100 km/h撞击物体都会产生严重后果的事实，否定因质量大、动能大带来危害的认知，即：否定限速与质量有关。

【依据2】假设大型货车、小型汽车采取刹车措施后车轮全部抱死，那么两车都在地面上滑行，即可用高中物理知识给出汽车滑行距离的表达式，目的是利用表达式不含质量这一物理量而否定限速与质量有关。

【依据3】从避免频繁超车因素来说明车速不同的必要性，以此作为限速的真正原因。

2.2 对文献[2]观点的疑问

【疑问1】为什么质量小的汽车的速度限制值比质量大的更大（120 km/h＞100 km/h）？

【疑问2】不同质量、相同材质的车轮抱死后，两车的滑动摩擦因数是否相同？

【疑问3】速度不同，即可避免频繁超车，那为什么要允许小轿车有更大的限速值？

2.3 限速情境再分析

基于符合初中生认知情况的限速分析。当大型货车与小轿车（质量较小）以相同速度在水平路面上行驶时，不同物理量有：①质量；②动能。

针对限速原因，可从符合学生认知的角度考虑教学。应该从其不同物理量（质量、动能）、不同物理性质（惯性）的角度进行分析，借此发展学生的物理观念更合理，而大部分教师的认知无科学性错误。

2.4 车辆限速教学建议

针对初中物理教学，我们可以从两个因素考虑限速的原因。

【因素1】为避免车辆频繁超车而不断发生的车辆并行现象，有必要对两车的速度给予不一样的限速值，且速度差应在合理范围（相差为限速低值的20%）。

【因素2】因为大型货车质量大，当其与小轿车速度相同时，具有更大的动能，若发生事故，则其伤害性更大，所以其限速值要小一些才更合理。

以上考虑因素说明，限速规定是基于安全、合理因素的做法，并不影响学生将来对限速因素的理解、掌握。

3 反刍科学观念实践，助力实验教学启航

实验教学不应仅是验证知识或训练技能的场所，更应是培养学生科学观念（如实证意识、质疑精神、模型思维、科学解释等）的主阵地。以“白气”和“动能”这两个常见但易生迷思概念的实验为切入点，向学生示范如何设计、实施和反思实验活动，将科学观念的培养落到实处，不断推动实验教学从“重操作、轻思维”向“观念引领、思维驱动”转型，必然助推教学的真正“启航”。

如何走出“重操作、轻思维”的泥淖？针对这一问题，笔者通过实践发现：可以设计对比实验或创新实验来解决这一问题。例如，在进行“白气”教学时，教师可以进行对比实验：一是利用教材中水壶烧水的情境；二是利用烧杯及热水进行模拟。这两个实验有助于学生深刻理解“白气”的内涵，当然学生的解释或许不那么完美，但只要蕴含符合学生认知的道理，其物理观念就必然在思维驱动的过程中不断进阶。与此同时，我们还要认识到，观念是对知识内涵的升华与提炼，它不是僵化的知识，而是活的能力，因此其往往包含形成、应用两个阶段，即是否形成，需要通过应用来评估。

对比实验可以提供有力的科学依据，让学生在原有认知的基础上走出“白气”学习的“重操作、轻思维”的泥淖，帮助学生建构符合学生发展新思维的模型，深化学生对知识内涵的理解与应用。例如，对于“动能”的教学，则需要进行真探究。这是因为，在实际教学中，学生往往会误认为高度是动能的影响因素，因此教师在教学中要帮助学生进行科学的猜想。对于动能研究，教师不可以仅凭教材实验，还应引入一些新型的实验模型，如凭借光电门、气垫导轨进行定量的实验探究，就能让学生的思维在精准探究中由感性逐步走向理性。在此过程中，学生即使有错误，教师也不要急于否定，正确有可能是模仿，错误才是原创，在原创中发现学生认知的误区，才会给观念引领留出空间，从而驱动学生的思维与认知达到新的台阶，进而提升学生的科学思维与核心素养。唯有尊重学生的认知实际与需求，不随意纠正认知，合理反刍科学观念实践，方可助力实验教学启航。

4 结语与启示

为运用符合初中生认知的理论切实发展他们的物理观念，教师应从涉及复杂知识的情境中提取出符合其认知的因素并加以分析^［3-8］，以此发展学生的科学思维，让他们拥有逐步走近科学的本领，其教学意义远大于多教给一些他们不易懂的知识。但也要注意以下几点。

（1） 从教学活动中提取的任意一个因素，当对其进行分析时切不可犯科学性错误。

（2） 对中考题、师生认知的纠正，我们须慎之又慎，始终保持谦卑的心态，应运用符合学生认知的原理，科学、规范地培养学生对物理观念的认知能力。

（3） 不可出现随意纠正而误导学生的行为，以便让切实提升初中生物理核心素养的实验教学成为常态。

参考文献

[1] 任少铎.对2020年中考物理试卷几处答案的商榷［J］.物理通报，2021（05）：138-140，152.

[2] 郑青岳.几个容易发生集体性错误认知的问题［J］.中学物理教学参考，2023，52（05）：41-44.

[3] 蔡铁权，薛真.物理观念的多维观照及其理论基础［J］.物理教学，2024，46（08）：2-7，52.

[4] 侯建华，于士博，于海波，等.国内物理“相互作用观念”教育研究的思考与展望：基于CNKI源刊的文献述评［J］.物理教师，2024，45（06）：2-6，11.

[5] 王勇.依托物理问题情境变“知识”成“观念”［J］.物理教师，2023，44（10）：26-28.

[6] 郭彪.深化能量观念　阐释物理规律：对2022年湖北高考物理第16题的进一步讨论［J］.物理教师，2023，44（06）：81-83.

[7] 石尧，孙晓兵，宋兆敏.新课标下初中物理核心素养研究：物理思想与物理观念［J］.物理教师，2023，44（05）：32-37.

[8] 张玉峰.物理观念发展的关键过程：关联整合、迁移创新［J］.物理教师，2023，44（04）：14-18.