“观察法”在体验性物理教学情境中的体现

申 洁

（苏州市振华中学，江苏 苏州 215006）

1 问题的提出

学生的学习体验是在教学情境活动中获得的，情境设计不是仅限于让学生获得一种简单的感性化的兴趣满足，深层次的目的是引导学生在体验的过程中感觉从外在的环境和内在的心境两方面都感受到自己正处在理性思维提升的空间中，进而在一个解决问题的过程中通过观察与思考获得对知识的理解，最终上升到学习智慧提升的境界.

观察法是重要的科学研究方法之一，是有计划地用自己的感官或借助科学的观察仪器及装置，对所要研究的对象进行系统的观察所取得研究资料的方法.任何问题的研究都离不开研究者的仔细观察，如何在体验性物理教学情境创设中体现“观察法”教学目标的落实，笔者根据实际教学实践的感受，谈几点看法.

2 定性观察在教学情境中的体现

体验性物理教学情境中的许多问题设置始于对问题的观察，而对问题的观察性研究通常离不开定性的观察归纳，定量的分析概括，但定性研究和定量研究所使用的观察方法是有区别的.定性观察在阐释观察内容时会融入自身的情感和经验，观察的重点明确，可以在新问题出现之际将注意力转移到它所要观察的新现象上，观察的重点通常是宽泛的.

以笔者设计的“力的作用是相互的”的体验性教学情境为例.

情境：让学生仔细观察“长气球放气时有什么现象发生？”学生欣喜地看到了长气球向前飞出，惊讶之余，却都没有观察到气球尾部有彩色纸屑向后喷出，而彩色纸屑向后喷出的细节恰恰是说明“力的作用是相互的”性质的重要证据，由于学生受气球运动的视觉冲击，将观察的重点放在了气球向前运动的情境上，疏忽了尾部还有更重要的“喷出彩色纸屑的”情境细节.

说明：对于观察法在这个问题情境中的的运用，教师在进行教学设计时应交代观察的重点细节及观察的意义，避免学生被“看热闹”.在实际教学中，该情境实验需要操作两次，即在新问题出现之际将观察者的注意力转移到它所要观察的新现象上，有意识地引导学生关注气球尾部发生的细节变化，只有通过现象的具体宽泛而细致的观察，才能达到直观认识“力的作用是相互的”现象的目的.

问题情境设计中的定性观察，笔者认为教学设计需要关注3点，（1）使观察有效；（2）观察过程应详细具体；（3）要考虑观察者对目击情境的个人反应.

上述例子中提到的，学生疏忽了“尾部有彩色纸屑喷出的”情境细节，主要原因就是观察者对目击情境的个人反应导致.即学生受好奇心驱使，观察重点集中在气球快速向前飞行的环节上，尽管现象观察是有效的，但现象观察过程不够具体细致.然而，科学方法掌握及科学素养培养与教学目标设计和教学过程的实施密切相关，教学目标中笼统的说明“应用观察法观察‘力的作用是相互的’现象”是浅显的，需要在教学设计中对观察的细节和内涵进行深入分析，运用明确具体的语言阐述观察的重点，才能达到实际教学的有效.

该教学情境设计中可进一步优化的是，让“尾部喷出的彩色纸屑”更多、更鲜艳夺目，以提高学生的视觉关注度，增强观察的有效度；在教学语言的设计上启发学生明确观察目的，使观察有计划、有步骤地进行，引导学生观察现象的整个过程，而不是限于观察现象的局部.切实将提高学生的观察能力作为教学设计的重要内容，以此提升学生对“观察法”的认识，学会科学地观察问题，发现规律，总结结论.

3 定量观察在教学情境中的体现

定量观察一般具备描述性、测量性和推论性的特征.对于定量研究，通常要确定研究的问题、进行假设和实验，收集数据样本，进行内容分析，诠释结果等.

以研究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”为例.

情境：依据研究导体中的电流与电压、电阻的关系实验，在控制变量基础上通过观察电流与电压、电阻的变化关系，收集多次实验测量的数据，从中推论出规律和结论（见表1、表2）.

表1

表2

说明：在上述问题情境的设计上，呈现的主要是实验数据的观察与记录，但观察的重点不仅限于对数据的定量观察与收集，还应关注在实验过程中电流随电压、电阻变化的可描述性特点，如“电阻一定时，导体中的电流随电压增大而增大；电压一定时，导体中的电流随电阻增大而减小.”让学生有意识地观察各个物理量的大小变化及其变化特征，这是得出定量关系的基础.

因此，对于定量观察，教学设计需要注意的是，观察的数据信息与实际收集的数据信息必须保持一致性；避免观察者干扰或改变他们观察的信息，确保观察数据的有效和可信.

由上述的研究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”例子，不难看出教学设计中首先要设计培训观察者分析观察数据能力的教学目标，说明运用定量观察要经过一系列的步骤才能收集到有效的数据.具体操作是，第一，先定性观察电阻变化或电压变化都能引起电流变化；第二，保持电阻不变，定量观察电压变化对电流的影响；第三，保持电压不变，定量观察电阻变化对电流的影响.并且需要对数据进行有意义的分析才能推论得出科学结论，而不是简单地找出数据之间的数量关系.

尤其是在进行数据定量分析时，数学方法的应用启发是必需的，如“公式法”——将“通过导体的电流与电压、电阻的关系”表述为“I＝U／R”，间接引入“比值法”——“导体的电压与电流的比值是一定值”，这些科学方法在问题情境设计时可以进行层次性渗透并落实.事实上，在研究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”的问题时，无论是观察法、公式法、比值法，包括控制变量法的应用，本身就是与“欧姆定律”相关的知识应用，此处的知识与方法是相互关联，不可分割的.

4 对比观察在教学情境中的体现

对比观察，包括前后对比、部位对比、分类对比、异物对比等，是控制和判断某一种因素对现象或过程起支配作用的有效方法，也是教学情境创设中常用的观察方法.

以笔者设计的研究“直升机升空原理”的非常规实验为例.

图1

情境：用小风车在遥控直升机模型下方转动，生动形象地显示了“直升机螺旋桨对下方空气有力的作用，同时空气对直升机产生向上的力的作用”（如图1所示），由此说明“力的作用是相互的”.

说明：学生观察该实验时需要先对比观察直升机运动前后小风车是否转动，即直升机不运动时，小风车在其下方也不会转动；然后对直升机和小风车进行部位对比观察，即直升机向上运动，小风车会在其下方转动，以获得“直升机升空原理”是根据“力的作用是相互的”的性质的可靠事实依据.

这样的教学设计较好地提供给了学生进行对比观察的情境体验，能够从方法层面让学生对现象产生联想和思考，通过学生的对比观察，直观地得到“直升机升空原理”的结论，而不需要费太多的口舌进行解释.

对于对比观察，教学设计需要体现的是，问题情境设置必须具有可对比性；提供给观察者的信息及结构关系具体明确，有层次及差异，直观性强.

教学情境中对比观察的例子很丰富，进行教学设计时要善于创设“不同的物体或不同条件下的同一物体存在相互联系”的情境，引导学生进行对比观察，从中发现差异及规律，只有通过对比观察，才能对某些物理现象从感性上升到理性的认识.

例如研究“电磁感应”的实验情境设计，首先对比观察电路闭合与断开情况下是否产生感应电流的现象，再对比观察导体做切割磁感线运动时与没有做切割磁感线运动时是否产生感应电流的现象，接着对比观察磁场方向变化及导体做切割磁感线运动方向变化时感应电流方向变化的现象，情境设置层层递进，让观察者在情境体验中认识电磁感应现象，通过归纳分析，推论得出电磁感应结论，不是依赖机械性的记忆去掌握电磁感应现象及结论.

另外，归纳观察法、验证观察法和综合观察法也是常用的观察方法，同一个体验性教学情境设计中往往蕴含有多种情形的观察方法，每一种观察方法的应用都体现了科学方法能为学生提供在情境中解决问题的综合能力，使他们经历批判性思考的过程，通过使用科学观察所获得的证据来得出相应结论.

观察法包涵的科学元素非常丰富，在问题解决过程中通常需要利用可观察的证据来检验思维，明晰概念和规律.因此，进行物理教学情境创设时，有必要在关注学生体验性学习的基础上体现“观察法”的有意义应用及其在教学过程中的有效实施.

1 张宪魁.物理科学方法教育.青岛：中国海洋大学出版社，2000.

2 阎金铎，续佩君.物理能力测量研究，南宁：广西人民教育出版社，1996.