高　潔

物理演示實(shí)驗(yàn)因其操作方便簡單、現(xiàn)象直觀明顯，在物理概念和規(guī)律的建立、物理思維的啟發(fā)等方面發(fā)揮著重要的功能. 一些物理教師和研究人員還探討了這些演示實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、情感等非智力因素方面的功能，以及在促進(jìn)教師角色轉(zhuǎn)換、構(gòu)建和諧師生關(guān)系方面的作用. 隨著物理新課程改革的深入，一些新的教學(xué)理念，如教學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思考以及自主學(xué)習(xí)等逐步滲透到各種教學(xué)手段中. 物理演示實(shí)驗(yàn)也具有實(shí)施新課程所要求的這些功能，但這些功能往往是潛在的、多方面的，通常也沒有被人們所認(rèn)識(shí)，更談不上去發(fā)揮這些潛在功能的作用.本文試從學(xué)習(xí)方法論和認(rèn)識(shí)心理學(xué)的角度揭示物理演示實(shí)驗(yàn)的潛在功能，并舉例分析這些功能在教學(xué)中的實(shí)現(xiàn).

一、幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)

新課程倡導(dǎo)物理教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生通過體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程掌握學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)收集信息、處理信息、以及分析概括等. 這些學(xué)習(xí)方法可以在演示實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步的培養(yǎng).

1. 學(xué)會(huì)觀察生活中的物理現(xiàn)象

物理學(xué)習(xí)不能離開豐富的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象，學(xué)生必須學(xué)會(huì)在課堂以外從對生活現(xiàn)象的觀察中獲取信息，新課程同樣倡導(dǎo)學(xué)習(xí)物理要貼近學(xué)生生活. 教師在課堂上選擇演示內(nèi)容時(shí)不一定要追求精彩新奇，首選的，可以考慮利用極其常見的演示現(xiàn)象，讓他們恍然大悟覺得身邊就蘊(yùn)涵著大量的物理知識(shí)，使他們意識(shí)到觀察生活現(xiàn)象的趣味性和重要性，掌握通過大量觀察獲取知識(shí)的方法. 但是由于這種生活現(xiàn)象極其常見，在演示中如果不注意挖掘其中一些潛在因素，往往就會(huì)顯得平淡而不能激起學(xué)生的興趣. 例如，在初中平面鏡內(nèi)容的教學(xué)中，教師往往要通過演示平面鏡成像的感性特點(diǎn)啟發(fā)學(xué)生對其成像規(guī)律進(jìn)行探究，可是生活中照鏡子是再平凡不過的事情了，必須尋找這些活動(dòng)中他們似乎熟悉但又沒有注意的地方，否則不能達(dá)到啟發(fā)他們學(xué)會(huì)觀察的效果. 如果教師在課堂上改變通常的做法，讓學(xué)生在一塊鏡子前面觀察自己的像，要求他由遠(yuǎn)處走近鏡子，觀察并思考鏡子里面的像是變大變小還是不變，并根據(jù)像也在移動(dòng)這一現(xiàn)象思考像和人哪一個(gè)離鏡子更遠(yuǎn)些. 當(dāng)然，如果這個(gè)時(shí)候教師立即讓學(xué)生根據(jù)猜想假設(shè)進(jìn)行探究驗(yàn)證，前面的啟發(fā)作用發(fā)揮得還不夠. 這個(gè)時(shí)候教師就要緊接著向全班學(xué)生提問：你們平時(shí)照鏡子時(shí)觀察和思考過這些現(xiàn)象嗎？這樣一來，學(xué)生就會(huì)恍然大悟：我平時(shí)怎么就沒有注意呢. 這就啟發(fā)了學(xué)生今后遇到日?，F(xiàn)象要注意觀察思考的習(xí)慣，演示實(shí)驗(yàn)的這種潛在的功能就潛移默化地得到了發(fā)揮.

2. 學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)方法在物理學(xué)發(fā)展史上具有極其重要的作用，是物理學(xué)從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)的重要標(biāo)志和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在物理學(xué)習(xí)中，該方法同樣也是重要的學(xué)習(xí)方法. 在中學(xué)特別是在低年級階段，演示實(shí)驗(yàn)所占的比例較大. 如果教師在演示教學(xué)中沒有及早地向?qū)W生進(jìn)行該方法的滲透，學(xué)生不能夠很好地將其內(nèi)化為自己的學(xué)習(xí)方法，只想知道已有的結(jié)論而不愿意去實(shí)驗(yàn)探究，往往就會(huì)把實(shí)驗(yàn)看做是額外的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，甚至后來排斥動(dòng)手做實(shí)驗(yàn). 教師利用演示做引導(dǎo)，利用似是而非的演示現(xiàn)象或有爭議的猜想激發(fā)他們只有通過實(shí)際測量才能解決問題，這樣的演示教學(xué)實(shí)際上蘊(yùn)涵了對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法的教育. 例如，在上面平面鏡演示的例子中，學(xué)生急于想知道自己的猜測是否正確，但教師不要立即給出結(jié)論而是順勢引導(dǎo)他們通過收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明問題，這就起到了以演示實(shí)驗(yàn)促使他們認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)方法重要性的潛在作用. 再如，在有關(guān)溫度計(jì)的教學(xué)中，教師通過演示讓學(xué)生感受兩個(gè)手指在同一杯溫水中的冷熱感覺卻不一樣，從而激發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到利用溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量的重要性. 教師要充分認(rèn)識(shí)到這類演示的重要的方法論教育價(jià)值，在演示活動(dòng)中教育學(xué)生單憑感覺或經(jīng)驗(yàn)判斷來學(xué)習(xí)物理是不可靠的，要學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)進(jìn)一步論證的學(xué)習(xí)方法.

3. 學(xué)會(huì)分析知識(shí)結(jié)構(gòu)

完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)可以幫助學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握學(xué)科的知識(shí)體系，并能夠從中發(fā)現(xiàn)其邏輯關(guān)系，或者需要繼續(xù)學(xué)習(xí)探究的方向. 但是，不少學(xué)生不會(huì)對現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)做出分析，通常只能依靠教師進(jìn)行歸納概括，因而思考問題不夠深入，選擇探究的方向不夠明確以至于比較被動(dòng). 演示實(shí)驗(yàn)可以幫助他們在觀察物理現(xiàn)象時(shí)，把與這些現(xiàn)象有關(guān)的知識(shí)聯(lián)系起來把握它們的區(qū)別與聯(lián)系. 比如，教師在演示碘的升華現(xiàn)象時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察注意碘在加熱過程中是否有液態(tài)出現(xiàn)，啟發(fā)他們思考這一變化是不是前面學(xué)習(xí)過的熔化或是汽化，從而使得學(xué)生在這一個(gè)演示中達(dá)到對三類物態(tài)變化的區(qū)別有比較完整的認(rèn)識(shí). 如果教師在演示當(dāng)中注意發(fā)掘這些潛在的因素，學(xué)生就可以從中學(xué)會(huì)自己去分析知識(shí)結(jié)構(gòu)的方法. 這種既相對完善又不盡完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)是促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探究的動(dòng)力之一.

二、促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化

物理教學(xué)的任務(wù)之一就是要把新現(xiàn)象同化到學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，使其認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化. 物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣具有這方面的作用，不過，若要使其能夠很好地促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，教師還必須從認(rèn)知心理學(xué)的角度，通過充分展示新現(xiàn)象與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的矛盾、設(shè)置懸念、進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃季S引導(dǎo)等來發(fā)掘.

1. 展示認(rèn)知矛盾

通過演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的第一步就是展示認(rèn)知矛盾，即把新學(xué)習(xí)的現(xiàn)象中與學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)明顯不一致甚至有沖突的地方呈現(xiàn)在學(xué)生面前. 這一點(diǎn)往往被教師在演示的時(shí)候所忽視，演示實(shí)驗(yàn)通常被認(rèn)為只要把現(xiàn)象清晰直觀地呈現(xiàn)出來就算達(dá)到目標(biāo)了. 實(shí)際上演示實(shí)驗(yàn)的任務(wù)之一就是要展示矛盾. 為了順利地展示矛盾，通常要考慮兩個(gè)潛在的因素. 一是學(xué)生原有的知識(shí). 那些早已經(jīng)為學(xué)生所熟知的知識(shí)或常識(shí)，再去重復(fù)演示，不但無法激起學(xué)生認(rèn)知矛盾，還會(huì)使學(xué)生覺得太淺顯乏味. 例如，高中自由落體教學(xué)中，教師如果直接通過演示兩枚硬幣等物體同時(shí)落地來說明自由落體規(guī)律，則無法激起學(xué)生的興趣，因?yàn)樗麄冊谠缧r(shí)候就從相關(guān)故事中聽說過“兩個(gè)鐵球同時(shí)著地”的故事并接受了其中的結(jié)論. 在這里，教師為了展開矛盾，可以一改通常的做法而干脆演示兩個(gè)物體不能同時(shí)著地的現(xiàn)象，這樣有意地打破他們原來的知識(shí)體系，有利于建立新的認(rèn)知結(jié)構(gòu). 其次是學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn). 對于能夠通過原有經(jīng)驗(yàn)作出正確判斷的現(xiàn)象沒有必要再演示，可以直接通過經(jīng)驗(yàn)回顧的方式納入到他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，教師的演示要著重突出的是與他們原來經(jīng)驗(yàn)有矛盾的潛在因素. 例如，演示慣性現(xiàn)象，教師就沒有必要模擬演示坐車時(shí)汽車突然啟動(dòng)人向后傾倒的現(xiàn)象，應(yīng)該抓住他們經(jīng)驗(yàn)中錯(cuò)誤或有偏差的地方進(jìn)行展示，例如將雞蛋放在硬紙板上并突然拉動(dòng)而雞蛋掉入水杯的演示，就能較好地將他們關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與經(jīng)驗(yàn)之間的認(rèn)知矛盾呈現(xiàn)出來.

2. 設(shè)置懸念

在認(rèn)知矛盾和認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)上，教師要適時(shí)地結(jié)合疑問把矛盾轉(zhuǎn)化為亟待解決又懸而未決的問題，即懸念問題，這是演示中所引起的學(xué)生思維中最強(qiáng)烈的部分. 一些看似平淡的演示實(shí)驗(yàn)卻能夠被演示得跌宕起伏，而還有一些本來很精彩的演示實(shí)驗(yàn)卻沒有發(fā)揮其應(yīng)有的功能，區(qū)別就在于懸念的設(shè)置上. 前面關(guān)于自由落體的例子中，僅僅演示現(xiàn)象展示矛盾還是不能促使學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立和轉(zhuǎn)化，教師還必須把矛盾的焦點(diǎn)突出出來形成懸念問題. 例如，在阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生一下子很難將物體在水中受到的浮力與排開的水聯(lián)系起來，這種聯(lián)系是該原理最為精妙的地方，思維跳躍比較大，完不成這一跳躍的學(xué)生，就很難在實(shí)驗(yàn)中積極地收集被排開的水以及稱其重量. 教師可以通過合理的演示，讓學(xué)生觀察掛在彈簧秤下的重物緩慢浸入水中，浮力越來越大水面也越來越高，啟發(fā)他們設(shè)疑：物體浸在水中越深浮力越大嗎？這樣，學(xué)生帶著新的疑問和懸念，就有助于進(jìn)一步思考浮力與排開的水是否有什么聯(lián)系，從而達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的教學(xué)目的．

3. 引導(dǎo)思維方向

學(xué)生通過自己的思考建立起來的認(rèn)知結(jié)果更為可靠持久. 但是，由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，完全由學(xué)生自由思考的發(fā)散式教學(xué)機(jī)會(huì)并不多. 因此，大部分情況下，教師要針對學(xué)生的認(rèn)知矛盾和懸念進(jìn)行必要的引導(dǎo)，這樣才能利用有限的時(shí)間提高認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的效率. 演示中的提問引導(dǎo)成了另一個(gè)有待發(fā)掘的因素. 例如，在光的折射教學(xué)中，教師通常演示鉛筆斜插入一玻璃杯的水中. 當(dāng)學(xué)生面對鉛筆在水面處變折而取出來又沒有變化的奇妙現(xiàn)象時(shí)，他們感到驚奇、遇到認(rèn)知矛盾、充滿懸念. 如果教師不做好思維引導(dǎo)，學(xué)生在接下來的光的折射的學(xué)習(xí)中，可能會(huì)把鉛筆插入水中與光射入水中混淆起來，簡單地認(rèn)為是由于鉛筆進(jìn)入水中發(fā)生了折射. 如果在演示的時(shí)候結(jié)合學(xué)生先前所學(xué)習(xí)過的關(guān)于眼睛看到物體的道理，提問：為什么光從水中的那段鉛筆經(jīng)過水面到達(dá)我們的眼睛，看起來就發(fā)生變化了呢？這樣的演示結(jié)合思維引導(dǎo)比較有助于真正將光的折射知識(shí)納入到學(xué)生的新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中.

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