物理实验研究中的物理认知问题探究

黄涛

【摘要】物理实验是物理教学中必不可少的一部分，通过物理实验，学生可以发现物质的奇特特性，透过物理现象了解背后的物理理论，促进学生对物理知识的掌握。文章分析了学生对物理学习的认知，根据不同的认知内容最终确定了物理实验研究的思路。

【关键词】物理实验；物理认知；生活实验

物理实验的内容一直都是物理学科研究的重要内容。目前，在物理实验教学中，教师更多的关注点在于对物理实验的实施技术与方法的研究，而忽略了对认知层面的分析。一个物理实验虽然过程精彩，也达到了预期的实验效果，却没有达到物理教学效果，没有充分发挥物理实验的作用，那么这并不能称为一堂成功的实验教学课。对物理实验的有效认识是进行物理实验的基础，必须从物理认知的过程来进行有效的物理实验研究。

一、物理学习的认知过程

物理知识涉及各个方面，不同的物理知识有不同的认知过程。有的物理知识在通过认知物理现象之后，很快就能理解；但是有的物理知识必须在大脑中进行知识的转化或者调整之后才能充分理解。教师在进行物理实验时，可以创设学习的情景，从而增强学生对于物理实验的感性认知，使学生真正理解物理实验的内容，这一类实验叫作增强感性认知的实验；对于学生来说，已经拥有了相关学科的经验，将已有的经验与科学知识相融合，唤醒学生的感性认知，这一类实验叫作认知调整实验。对于学生已经学习的内容与实施相反，通过实验过程纠正学生的认知，这一类实验叫作认知转变实验[1]。

二、物理的实验探究分析

不同的知识体系中有不同的实验方法，认知是指学生的主干认知。在学生对相关的学习内容没有任何了解的情况下，认知变得格外重要。首先可以通过直观的物理实验，说明物理知识的本质，增强学生对实验的感性认知与理性分析。在具体的学习中，相关的研究者可以通过不同类型的实验来确定研究方式。本文通过以下几个方面进行内容的介绍。

（一）探究疑难的物理实验

有些物理实验是正确的，但是在具体的实施中却无法达到预期的结果。在具体的实验操作中，会因为种种原因，实验的结果出现了误差，严重影响了对学生的教育。例如探究晶体的熔点，一直是中学物理中最难的实验。首先，在实验过程中，晶体多是选用热的不良的导体，这类实验器材导热性相对较差。在加热时，试管里面的温度往往已经达到了晶体的熔点，但温度计上显示的温度却没有达到物体的熔点，这就使得实验过程出现了问题。另外，在晶体达到熔点之后，往往由于晶体的导热性较差，热的传感不均匀，理论上温度计的温度应该保持不变，但实际上温度却发生了变化。这类实验称为阴暗性实验，在现阶段的物理研究中还没有找到较好的解决办法[2]。

有的物理实验虽然很难达到完美的实验效果，但这类物理实验的过程本来就是一种挑战。对于学生来说，找到疑难问题的解决方法固然不错，但是在具体的实验过程中，通过疑难问题引发学生对实验进行充分的思考，也是对学生思维能力的一种锻炼。有的物理实验过程一帆风顺，使得学生认为物理的相关实验只要操作正确即可，但是事实并非如此，适当地留给学生一些疑难问题会使学生对于物理知识有更深刻的理解，比采用精密的物理设备得出精确的物理数据这种方式更加行之有效。

（二）对抽象知识设计进行实验

物理学的概念与规律多是在丰富的感性认识的基础上进行的，是思维的相关产物。如果感性的直观认识无法达到相应的实验效果，实验具有困难，则可以通过设置过度台阶最终形成较好的物理教学。

有的物理知识，从表面上看与实质上有许多区别，例如在探究物体的浮力时，学生会产生疑问：沉到水底的物体会受到浮力的相关作用吗？答案是肯定的。但是在具体的教学过程中，教师往往回避相关的问题，这就使学生对物理实验产生疑惑。如果此时教师采用有效的方式，则可以打消学生的疑惑，具体的方式如下。

教师准备两个弹簧称重器，在其中一个称重器内放入铁块，将铁块放在空气中进行称量，得到相关的结果；再将另外一个称重器内放入铁块，但是将其放在水底进行称量。在称量之后，通过对比相关數据发现两次称量的结果不同，最终得出结论：铁块即使沉入水底，仍然受到浮力的作用。通过设置相关的物理实验，学生对物理的学习兴趣明显提高。另外，通过有效地设计过渡台阶，巧妙地对学生进行了相关物理知识的教育，促进了学生对物理知识的认知，实现了物理实验的良好教学[3]。

（三）实现多感官共同作用的物理学实验认知方法

视觉是学生对实验活动认知的主要途径，但是视觉的表现是有一定的局限性的。当视觉的表现无法达到相应的表现效果的时候，就需要配合其他感官的感受进行相关教学。例如，可以配合听觉进行相关教学，通过拓宽感觉的通道，使学生对物理实验有更加直观的认识，

在研究加速度的物理实验时，由于学生对加速度的认知不明确，在进行具体的教学时，就需要结合其他感官作用进行物理实验教学。教师首先讲述加速度的相关内容，解释加速度是速度的变化，然后使小车在斜坡上下落给学生展现速度的变化。可是，由于小车的体积较小，斜坡长度不够，因此在小车运行过程中，很难从视觉的角度发现小车的速度变化。但是教师通过记录小车运行的声音，对小车的具体运行过程进行录音操作，在实验完成后播放相关录音内容，学生自然听到小车在运行过程中与通道接触产生了不同音调的声响，从而在听觉方面感受到小车速度的变化，达到实验的目的。这就是通过拓展感官的方式，通过对学生认知的培养，实现物理实验的应有价值。

（四）创设实验进行认知的调整

由于实践经验的不同，人们对于物体有着不同的认识观。例如在伽利略进行比萨斜塔实验之前，不会有人想到“自由落体定律”。物理的实验就是对相关认知的调整，在一些理论与事实认知不同的内容中，我们可以通过有效的实验调整人们对于实验的认知。

比如，证明阿基米德定理时，大部分的学生对定理存在疑虑：物体所受的浮力等于排开水的面积？学生在日常生活中无法感受到相关的概念，因此我们进行了有效的实验。

取一个带刻度的量筒，使用弹簧秤，首先在空气中称一下铁块的重量。再将相同的铁块放置在量筒中进行称量，對水的刻度进行统计，对比水的初始体积，将两者相减，根据水的密度与体积算出增高部分水的质量，与铁块减少的重量做对比，最终确定物体受到的浮力等于排开水的重量[4]。

（五）通过生活实验促进物理认知

物理的学习是存在于生活中的。生活中处处包含物理学的相关知识。首先，人体内部无时无刻都在进行着物理的变化，日常生活中处处体现着物理的变化，生活中处处是实验。教师可以给学生布置生活实验的相关任务，使学生通过生活的实验加深对物理知识的认知，并灵活转换，最终应用到物理科目的学习中。我们通过下面的例子进行相关的分析[5]。

例如：我们会对向心力和离心力的相关内容产生疑问，不明白向心力具体是一种什么类型的力。我们在乘坐公交车的过程中，会经历转弯，汽车在转弯的过程中使人体会有种被甩出的感觉。我们不禁产生疑问：为什么向心力是朝向内部的，但是我们却感觉要被甩出去呢？通过课下查验资料，我们得知，向心力是一种虚拟的力，当公交车转弯的过程中，人体本能地需要一种维持转弯效果的力，这种力往往由摩擦力提供。但是，人体始终是处于平衡状态的，因此产生了水平方向的摩擦力之后，人体也同样需要一个力来与之平衡，这便是水平方向感受到被甩出去的力。

通过对生活中物理知识的获取，我们丰富了生活，对物理产生了更加浓厚的兴趣。另外，在研究惯性的过程中，我们也可以从生活中得到一定的体会，当公交车突然停下的时候，我们会本能地前倾，这便是受到了惯性的作用。总之，生活中处处有物理，处处有实验，体验生活，也可以较好地增强对物理学科的认知力[6]。

三、总结

物理实验不是一味地向学生传授知识，而是通过学生对外界信息的感知，综合运用各种方式，使学生感受到物理的乐趣，对物理知识活学活用，最终转化为自己的理解。必须根据学生的认知过程进行相应的物理实验。首先，我们可以对疑难的物理实验进行探讨，使学生在学习探究中加强对物理难点的认知。其次，我们应该使用创新性的方式进行实验，将原有的实验和方式改良成更利于学生理解的实验和方式，使学生在实验中更好地理解物理实验，感受物理魅力。再者，通过多感官联合实验教学的方式，也可以促进学生对物理知识的把握。最后，我们可以将物理学科的学习融入学生的日常生活中，使学生在生活中感知物理，将生活作为物理实验的第二课堂，加深对物理知识的认知，实现物理实验的真正价值。

【参考文献】

[1]黄荣胜.初中物理实验探究过程中研究方法的渗透[J].南昌师范学院学报，2014（06）：23-26.

[2]罗世灼.加强物理实验教学 培养实验探究能力[J].佳木斯教育学院学报，2013（01）：158-159.

[3]毛中峰.高中物理探究实验教学和科学探究精神——从《探究加速度与力、质量的关系》培养科学探究精神[J].科学大众（科学教育），2012（02）：44.

[4]赵忠明.上好初中物理实验探究课的反思[J].中国教育技术装备，2012（04）：137-138.

[5]冼维平.探究式物理实验的基本特征及核心要素[J].教育教学论坛，2011（18）：225-226.

[6]赵雪稳.加强中学物理实验探究 培养创新型人才[J].科技信息，2010（29）：267.