審辯式思維下的物理實驗教學(xué)

摘? ?要：審辯式思維要求不輕易相信大家公認(rèn)的結(jié)論，能遵從內(nèi)心想法，做出不受他人影響的判斷。教育的發(fā)展要求不僅傳授學(xué)生知識，更要注重審辯式思維能力的培養(yǎng)，物理實驗可以創(chuàng)設(shè)更多的可供學(xué)生質(zhì)疑、審問、慎思、明辨的物理問題和物理情境，幫助學(xué)生更好地得到思維上的訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：審辯式思維; 物理實驗;質(zhì)疑

1? 培養(yǎng)學(xué)生審辯式思維的重要性

審辯式思維起源于二十世紀(jì)二十年代，美國教育家杜威把這個概念引入到教育界，這種思維模式要求不輕易相信大家公認(rèn)的結(jié)論，遵從內(nèi)心想法，不放過任何疑問，能根據(jù)自己的學(xué)識、體會、經(jīng)驗，通過分析、審問、慎思，做出不受他人影響的判斷[ 1 ]。

在我國，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，教育觀念有了一定的進(jìn)步，可在許多人眼里，依然認(rèn)為學(xué)生的學(xué)是一個接收“公理準(zhǔn)則”的過程，教師的教是一個向?qū)W生灌輸“公理準(zhǔn)則”的過程，認(rèn)為讓學(xué)生掌握知識、公理、定律是教學(xué)的首要任務(wù)。這種教學(xué)方式，會讓學(xué)生漸漸地失去懷疑精神和好奇心，壓抑學(xué)生的創(chuàng)造性，窒息教育的活力。在信息高度發(fā)達(dá)的今天，獲取知識可以說是輕而易舉，對于學(xué)生來說，學(xué)習(xí)特定知識或標(biāo)準(zhǔn)答案已經(jīng)不那么重要了，而是對所接收的信息進(jìn)行分類篩選，經(jīng)過審辯，判斷各種信息的對錯或輕重，做出利弊選擇。北京語言大學(xué)謝小慶教授提出：“與發(fā)達(dá)國家相比，今日中國教育最缺乏的就是審辯式思維的培養(yǎng)。” 中國科學(xué)院大學(xué)白春禮院長也認(rèn)為，當(dāng)前教育的重點是要引導(dǎo)學(xué)生善于把大膽質(zhì)疑與謹(jǐn)慎斷言有機結(jié)合，大力提升批判性思維能力。高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)也明確提出要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。時代的發(fā)展要求不能再機械地灌輸直接的結(jié)論和知識，而應(yīng)在課堂上更注重提高學(xué)生的審辯式思維能力，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性，使學(xué)習(xí)不僅是掌握知識的過程，更是一個通過審辯和質(zhì)疑提升個人能力的過程。

2? 物理實驗與審辯式思維

有專家指出，要讓一個人真正具有審辯式思維的風(fēng)格和習(xí)慣，僅僅停留在思考層面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果他不能將思考的結(jié)果應(yīng)用于解決實際問題，審辯式思維就沒有融入到這個人的血液中，成為這個人的基本能力?；谶@樣的觀點，物理實驗應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生審辯式思維的最佳平臺。

事實上，正是物理實驗中存在的實際問題和審辯式思維的有機結(jié)合，一次次推動物理的發(fā)展和社會的進(jìn)步。比如人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識上，湯姆孫在認(rèn)真分析和研究陰極射線實驗基礎(chǔ)上，提出了面包葡萄干模型;湯姆孫的得意門生盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗結(jié)果：絕大部分α粒子幾乎沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型;盧瑟福的學(xué)生根據(jù)氫原子光譜分析實驗，結(jié)合量子理論，建立了玻爾原子模型。三代物理學(xué)家都是在實驗事實的基礎(chǔ)上，對前人的理論進(jìn)行質(zhì)疑、完善，提出自己的觀點，從而推動原子物理學(xué)跨越發(fā)展。又比如科學(xué)家在研究物體運動的歷史過程：被稱為“百科全書學(xué)者”的亞里士多德根據(jù)直接的生活現(xiàn)象提出“物體越重，下落越快”，伽利略卻對這位前輩的說法產(chǎn)生了懷疑，他提出一個類似這樣的問題：一塊大石頭以某種速度下降，大石頭綁上降落傘后會以另一速度下降，那么，按照亞里士多德的論斷，大石頭綁上降落傘后變得更重了，后者速度會大于前者速度;而事實上是綁上降落傘后，大石頭下降的變慢了，后者速度小于前者速度，可見亞里士多德的觀點是不正確的[ 2 ]?；谶@樣的質(zhì)疑，才有后面著名的“比薩斜塔實驗”，成就了物理學(xué)史上的一段佳話。

作為物理教師，有義務(wù)把審辯思維融入到實驗課堂中，創(chuàng)設(shè)可供學(xué)生質(zhì)疑、審問、慎思、明辨的物理問題和物理情境，預(yù)留給學(xué)生合適的對問題審辯的時間和空間，幫助學(xué)生更好地得到思維上的訓(xùn)練。

3? 審辯式思維下的物理實驗案例

3.1? “怪坡”實驗

實驗簡介：在廈門文曾路與文屏路的交叉路口，有個著名的旅游景點“怪坡”，這個“怪坡”怪就怪在東西會從坡底滾到坡頂， 如水倒在路上會向坡頂流動，騎自行車上坡時很輕松，不用踩踏板也會加速到達(dá)，下坡時不用力踩就騎不動，無論如何試，都是這樣的?？梢园堰@個奇妙的現(xiàn)象搬到課堂上，實驗的器材很容易準(zhǔn)備，一個一面開口的箱子（把家里的抽屜拔出來即可），一塊長度適中的木板，一個容易滾動的圓柱體，兩塊大小不同的墊塊，還有帶攝像頭的電腦。器材的安裝如圖1所示：先將木箱放在水平面上，木板鋪放在箱底，用較大的墊塊將右端墊高，用較小的墊塊將木板左端墊高。

將攝像頭對準(zhǔn)箱口，調(diào)整攝像頭的角度和位置，使得鏡頭里只能看到木板、小墊塊和箱底（切不可看到大墊塊和水平面）這時我們就可以在電腦屏幕上觀察到畫面如圖2所示。在實驗中可以看到，在圖1視角下觀察物體是在上坡，在圖2視角下觀察物體是在下坡。

審辯過程：圖2條件下，由于攝像頭的視線被限制在箱內(nèi)，判斷木板的傾斜方向只能以箱底和小墊塊作為參照對象，這時我們會直觀地感覺到左邊高，右邊低。將小圓柱體輕輕的放在斜面上，就會觀察到小圓柱體從坡底向坡頂滾動，“怪坡”也就出現(xiàn)了！而當(dāng)不看屏幕直接觀察時，就對其中的“內(nèi)幕”一目了然，其實“高”處是低，“低”處是高。生活中的“怪坡”也是由于當(dāng)?shù)刂車厥獾牡乩憝h(huán)境產(chǎn)生的視覺誤差。

3.2? 離心運動應(yīng)用——自行車氣嘴燈

實驗簡介：自行車氣嘴燈，一般直接旋接在輪胎氣嘴上，長度8 cm左右，如圖3右邊所示，在騎行過程中，隨著車輪的旋轉(zhuǎn)，氣嘴燈就會亮起來，形成絢爛多彩的圓形圖案，與神話傳說中的哪吒的“風(fēng)火輪”類似;自行車停止時，氣嘴燈又會自動熄滅。我們可以直接在課堂上演示，讓同學(xué)用手指捏住燈頭部分圓弧甩動，燈就會亮起來;如果捏住的是底座部分，再怎么用力甩，燈也不會亮。

審辯過程：之所以會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是因為氣嘴燈上裝有離心開關(guān)，其原理如圖3左邊所示，車輪停止轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)電彈簧處于原長狀態(tài)，接觸不到銅帽，離心開關(guān)處于斷路狀態(tài);當(dāng)自行車處于行駛狀態(tài)，離心運動使彈簧伸長，離心開關(guān)處于閉合狀態(tài)，接通電路使氣嘴燈點亮;如果是捏住的是底座部分甩動，彈簧壓縮，燈就更不可能亮了。

3.3? 徒手劈磚

實驗簡介：徒手劈磚是以前走江湖賣藝的人經(jīng)常表演的一個節(jié)目，可以成為講解慣性知識的很好的生活素材。一般人想要徒手把磚劈斷，是有一定難度的，在課堂上可以先請力氣大的男同學(xué)上來試一試。如果在下劈前，悄悄地將磚的一端翹起，如圖4所示，這種狀態(tài)下把磚劈斷是比較容易的。

審辯過程：之所以出現(xiàn)如此巨大的差別，是因為在把磚的一端翹起的狀態(tài)下用力下劈，磚在碰桌子前已有一定的速度，由于慣性，磚頭要保持向下運動的狀態(tài)，所以，磚塊更多的是被“撞斷”而不是被“劈斷”的[ 3 ]。

3.4? 靜電現(xiàn)象實驗

實驗簡介：帶靜電的物體會吸引輕小的不帶電的物體，仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)，使用不同材質(zhì)的輕小物體，實驗現(xiàn)象還是有差別的。用帶負(fù)電的橡膠棒去靠近錫箔屑，觀察到的現(xiàn)象是錫箔屑被吸引到橡膠棒上后又迅速向空中散開，如果是靠近紙屑，會發(fā)現(xiàn)紙屑被吸引到橡膠棒上很久都不會掉下來。

審辯過程：根據(jù)靜電感應(yīng)的知識，當(dāng)帶有負(fù)電的橡膠棒靠近不帶靜電的物體時，不帶靜電的物體靠近橡膠棒的一端會感應(yīng)出正電荷，遠(yuǎn)離的一端會感應(yīng)相同數(shù)量的負(fù)電荷，由于異性電荷在近端，引力大于斥力，如果不帶電的物體是輕小的，就會被吸引過來。錫箔屑碰到橡膠棒后迅速散開，是因為錫箔屑是導(dǎo)體，碰到后很快就和橡膠棒帶同種電荷，由于同種電荷相互排斥而迅速散開;紙屑是不良導(dǎo)體，自由電荷很難從橡膠棒轉(zhuǎn)移到紙屑上，所以會一直被吸附著[ 4 ]。

3.5? 簡易直流電動機

實驗簡介：做一種簡單的直流電動機模型，兩個帶有凹槽的金屬支架通過導(dǎo)線與一節(jié)干電池相連接，一根涂有絕緣漆的粗導(dǎo)線繞制成長方形線圈，如圖5所示，將線圈架在兩個金屬支架上，調(diào)整位置，讓長方形線圈可在支架上自由轉(zhuǎn)動，一磁性較強的磁鐵置于長方形線圈的下方，開始時線圈平面豎直并保持靜止。接通電源后，如果左、右兩側(cè)與支架接觸部分的絕緣質(zhì)都刮掉，線圈只會來回擺動;要讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動起來，應(yīng)將左右與支架接觸部分的下半側(cè)絕緣質(zhì)都刮掉，上半側(cè)絕緣質(zhì)都保留。

審辯過程：若將漆包線左、右與支架接觸部分的絕緣質(zhì)都刮掉，線圈開始在圖示位置，電源剛接通時，根據(jù)左手安培定則，長方形線圈受到順時針方向的安培力（從右向左觀察）而轉(zhuǎn)動起來，轉(zhuǎn)過半周后，會受到逆時針方向的安培力而使其減速回擺;如果是將兩轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣質(zhì)都刮掉，上半側(cè)保留，在圖示位置剛接通電源時，線圈的受到順時針方向安培力而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過半周后，絕緣質(zhì)仍存在，電路斷開了，線圈沒有受到安培力，但由于慣性，線圈還是會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過一周后，線圈再次受到同樣順時針方向的安培力，這樣轉(zhuǎn)動就可以持續(xù)下去。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝小慶. 審辯式思維在創(chuàng)造力發(fā)展中的重要性[J]. 內(nèi)蒙古教育， 2014（6）：13-15.

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[3] 林根旺. 快樂課堂 師生共享[J]. 中學(xué)理科園地， 2017（3）.

[4] 曹文龍， 許光明， 于振華，等. 靜電對殘膜吸附作用的影響因素試驗研究[J]. 農(nóng)機化研究， 2017， 39（12）：161-164.