物理演示实验潜在功能探讨

高　洁

物理演示实验因其操作方便简单、现象直观明显，在物理概念和规律的建立、物理思维的启发等方面发挥着重要的功能. 一些物理教师和研究人员还探讨了这些演示实验在培养学生的学习兴趣、情感等非智力因素方面的功能，以及在促进教师角色转换、构建和谐师生关系方面的作用. 随着物理新课程改革的深入，一些新的教学理念，如教学生学会学习、学会思考以及自主学习等逐步渗透到各种教学手段中. 物理演示实验也具有实施新课程所要求的这些功能，但这些功能往往是潜在的、多方面的，通常也没有被人们所认识，更谈不上去发挥这些潜在功能的作用.本文试从学习方法论和认识心理学的角度揭示物理演示实验的潜在功能，并举例分析这些功能在教学中的实现.

一、帮助学生学会学习

新课程倡导物理教学要培养学生通过体验学习过程掌握学习方法，学会收集信息、处理信息、以及分析概括等. 这些学习方法可以在演示实验中得到进一步的培养.

1. 学会观察生活中的物理现象

物理学习不能离开丰富的自然现象和生活现象，学生必须学会在课堂以外从对生活现象的观察中获取信息，新课程同样倡导学习物理要贴近学生生活. 教师在课堂上选择演示内容时不一定要追求精彩新奇，首选的，可以考虑利用极其常见的演示现象，让他们恍然大悟觉得身边就蕴涵着大量的物理知识，使他们意识到观察生活现象的趣味性和重要性，掌握通过大量观察获取知识的方法. 但是由于这种生活现象极其常见，在演示中如果不注意挖掘其中一些潜在因素，往往就会显得平淡而不能激起学生的兴趣. 例如，在初中平面镜内容的教学中，教师往往要通过演示平面镜成像的感性特点启发学生对其成像规律进行探究，可是生活中照镜子是再平凡不过的事情了，必须寻找这些活动中他们似乎熟悉但又没有注意的地方，否则不能达到启发他们学会观察的效果. 如果教师在课堂上改变通常的做法，让学生在一块镜子前面观察自己的像，要求他由远处走近镜子，观察并思考镜子里面的像是变大变小还是不变，并根据像也在移动这一现象思考像和人哪一个离镜子更远些. 当然，如果这个时候教师立即让学生根据猜想假设进行探究验证，前面的启发作用发挥得还不够. 这个时候教师就要紧接着向全班学生提问：你们平时照镜子时观察和思考过这些现象吗？这样一来，学生就会恍然大悟：我平时怎么就没有注意呢. 这就启发了学生今后遇到日常现象要注意观察思考的习惯，演示实验的这种潜在的功能就潜移默化地得到了发挥.

2. 学会运用实验方法

实验方法在物理学发展史上具有极其重要的作用，是物理学从经验走向科学的重要标志和转折点，在物理学习中，该方法同样也是重要的学习方法. 在中学特别是在低年级阶段，演示实验所占的比例较大. 如果教师在演示教学中没有及早地向学生进行该方法的渗透，学生不能够很好地将其内化为自己的学习方法，只想知道已有的结论而不愿意去实验探究，往往就会把实验看做是额外的学习负担，甚至后来排斥动手做实验. 教师利用演示做引导，利用似是而非的演示现象或有争议的猜想激发他们只有通过实际测量才能解决问题，这样的演示教学实际上蕴涵了对学生进行实验方法的教育. 例如，在上面平面镜演示的例子中，学生急于想知道自己的猜测是否正确，但教师不要立即给出结论而是顺势引导他们通过收集实验数据来说明问题，这就起到了以演示实验促使他们认识实验方法重要性的潜在作用. 再如，在有关温度计的教学中，教师通过演示让学生感受两个手指在同一杯温水中的冷热感觉却不一样，从而激发学生认识到利用温度计进行实验测量的重要性. 教师要充分认识到这类演示的重要的方法论教育价值，在演示活动中教育学生单凭感觉或经验判断来学习物理是不可靠的，要学会通过实验收集数据进一步论证的学习方法.

3. 学会分析知识结构

完整的知识结构可以帮助学生比较系统地掌握学科的知识体系，并能够从中发现其逻辑关系，或者需要继续学习探究的方向. 但是，不少学生不会对现有的知识结构做出分析，通常只能依靠教师进行归纳概括，因而思考问题不够深入，选择探究的方向不够明确以至于比较被动. 演示实验可以帮助他们在观察物理现象时，把与这些现象有关的知识联系起来把握它们的区别与联系. 比如，教师在演示碘的升华现象时，引导学生观察注意碘在加热过程中是否有液态出现，启发他们思考这一变化是不是前面学习过的熔化或是汽化，从而使得学生在这一个演示中达到对三类物态变化的区别有比较完整的认识. 如果教师在演示当中注意发掘这些潜在的因素，学生就可以从中学会自己去分析知识结构的方法. 这种既相对完善又不尽完善的知识结构是促进学生进一步学习和探究的动力之一.

二、促进认知结构转化

物理教学的任务之一就是要把新现象同化到学生的原有认知结构中，使其认知结构发生转化. 物理演示实验教学同样具有这方面的作用，不过，若要使其能够很好地促进学生认知结构的转化，教师还必须从认知心理学的角度，通过充分展示新现象与原有知识结构之间的矛盾、设置悬念、进行适当的思维引导等来发掘.

1. 展示认知矛盾

通过演示实验转化学生认知结构的第一步就是展示认知矛盾，即把新学习的现象中与学生原有知识经验明显不一致甚至有冲突的地方呈现在学生面前. 这一点往往被教师在演示的时候所忽视，演示实验通常被认为只要把现象清晰直观地呈现出来就算达到目标了. 实际上演示实验的任务之一就是要展示矛盾. 为了顺利地展示矛盾，通常要考虑两个潜在的因素. 一是学生原有的知识. 那些早已经为学生所熟知的知识或常识，再去重复演示，不但无法激起学生认知矛盾，还会使学生觉得太浅显乏味. 例如，高中自由落体教学中，教师如果直接通过演示两枚硬币等物体同时落地来说明自由落体规律，则无法激起学生的兴趣，因为他们在早些时候就从相关故事中听说过“两个铁球同时着地”的故事并接受了其中的结论. 在这里，教师为了展开矛盾，可以一改通常的做法而干脆演示两个物体不能同时着地的现象，这样有意地打破他们原来的知识体系，有利于建立新的认知结构. 其次是学生原有的经验. 对于能够通过原有经验作出正确判断的现象没有必要再演示，可以直接通过经验回顾的方式纳入到他们的认知结构中，教师的演示要着重突出的是与他们原来经验有矛盾的潜在因素. 例如，演示惯性现象，教师就没有必要模拟演示坐车时汽车突然启动人向后倾倒的现象，应该抓住他们经验中错误或有偏差的地方进行展示，例如将鸡蛋放在硬纸板上并突然拉动而鸡蛋掉入水杯的演示，就能较好地将他们关于物体运动状态与经验之间的认知矛盾呈现出来.

2. 设置悬念

在认知矛盾和认知冲突的基础上，教师要适时地结合疑问把矛盾转化为亟待解决又悬而未决的问题，即悬念问题，这是演示中所引起的学生思维中最强烈的部分. 一些看似平淡的演示实验却能够被演示得跌宕起伏，而还有一些本来很精彩的演示实验却没有发挥其应有的功能，区别就在于悬念的设置上. 前面关于自由落体的例子中，仅仅演示现象展示矛盾还是不能促使学生认知结构的建立和转化，教师还必须把矛盾的焦点突出出来形成悬念问题. 例如，在阿基米德原理的实验教学中，学生一下子很难将物体在水中受到的浮力与排开的水联系起来，这种联系是该原理最为精妙的地方，思维跳跃比较大，完不成这一跳跃的学生，就很难在实验中积极地收集被排开的水以及称其重量. 教师可以通过合理的演示，让学生观察挂在弹簧秤下的重物缓慢浸入水中，浮力越来越大水面也越来越高，启发他们设疑：物体浸在水中越深浮力越大吗？这样，学生带着新的疑问和悬念，就有助于进一步思考浮力与排开的水是否有什么联系，从而达到演示实验促进学生认知结构转化的教学目的．

3. 引导思维方向

学生通过自己的思考建立起来的认知结果更为可靠持久. 但是，由于课堂教学时间有限，完全由学生自由思考的发散式教学机会并不多. 因此，大部分情况下，教师要针对学生的认知矛盾和悬念进行必要的引导，这样才能利用有限的时间提高认知结构转化的效率. 演示中的提问引导成了另一个有待发掘的因素. 例如，在光的折射教学中，教师通常演示铅笔斜插入一玻璃杯的水中. 当学生面对铅笔在水面处变折而取出来又没有变化的奇妙现象时，他们感到惊奇、遇到认知矛盾、充满悬念. 如果教师不做好思维引导，学生在接下来的光的折射的学习中，可能会把铅笔插入水中与光射入水中混淆起来，简单地认为是由于铅笔进入水中发生了折射. 如果在演示的时候结合学生先前所学习过的关于眼睛看到物体的道理，提问：为什么光从水中的那段铅笔经过水面到达我们的眼睛，看起来就发生变化了呢？这样的演示结合思维引导比较有助于真正将光的折射知识纳入到学生的新的认知结构中.

参考文献：

[1] 阎金铎，王志军，余国祥. 中学物理教材教法[Ｍ]. 北京：北京师范大学出版社，1998：62-64．

[2] 罗星凯. 课堂演示实验在科学教育中的非语言传播作用[J]. 学科教育研究，1997（5）：38-40．

[3] 白爱华. 加强演示实验 培养学习兴趣[J]. 教育实践与研究，2007（4B）：61-62．

[4] 考玉民. 做好物理演示实验激发学生兴趣[J]. 物理教学，2007（10）：27-28．

[5] 李伯黍，燕国材. 教育心理学[Ｍ]. 上海：华东师范大学出版社，1993：223-224．