魔术融入物理教学的初探

文∣石尧 任炜东 汪瀛

一、教学魔术的特点厘清

一直以来,魔术都因其神秘而引起人们的广泛兴趣。魔术总能打破人们的常规思维，制造出种种不可思议的“反常”现象。但很多魔术背后的实质都是常见的物理规律和原理，这就使魔术与物理教学的融合成为可能。如果教师能够恰如其分地将这些魔术融入物理课堂的教学中，将更有利于激发学生的想象力，培养学生的思维品质，提高学生的动手能力与创造力。那么能够融入物理教学中的魔术需要具备怎样的特点，又该满足何种条件呢？

配合物理教学而开展的魔术，或言“教学魔术”，绝非单单依靠“熟练的手法技巧”就能实现的，而是要以物理知识为魔术设计的依据，通过表演者风趣、幽默的主持及“故弄玄虚”的演出，借助玄妙的魔术现象呈现物理知识的本质。魔术兼具近景魔术与演示实验的功能和特点，集表演性、新奇性和实验的演示性、探究性于一体。简而言之，教学魔术在特点上继承了魔术出乎意料的现象，拥有近景魔术的属性，亦可借助魔术道具，给学生近距离表演。教学魔术秉承了实验为教学服务的宗旨，提升学生学习物理的兴趣；魔术拥有演示实验的属性,由教师或学生现场亲自表演魔术,调动学生积极性的同时激发他们的思维,发挥学生的主体性。

二、教学魔术的功能及释放

(一)提供了激发学生想象力的催化剂

根据现代认知心理学研究成果，人脑是一个自组织系统[1]，其运行包括被组织与自组织两个阶段，而只有当学生的大脑进入自组织状态，他们才会自觉张开想象的翅膀。所以，物理教学一定要找到促成学生想象力进入自组织状态的催化剂。而教学魔术因其现象的“出乎意料”正好扮演了这种催化剂。以“漏斗吹球”魔术为例，当“沿漏斗口吹球而球未下落”的奇妙现象展现在学生眼前时，学生便会自发调动自己的知识储备，尝试揭秘此魔术现象。虽然魔术有激发学生想象力的功能，但魔术的恰当运用须教师正确引导。建议教师在运用教学魔术时把握好两个原则：一是留白性原则，在学生“欣赏”魔术后，不要急于揭晓魔术谜底，要给学生留出足够的思考时间；二是开放性原则，让学生就新奇的魔术现象展开充分讨论，提出各种尝试性假设，并充分表达自己的想法。

(二)提供了锻炼学生思维品质的载体

思维品质是智力的核心，是智力活动中特别是思维活动中智力特点在个体身上的表现，反映了个体之间智力及思维水平的差异情况，一般包括批判性、灵活性、深刻性等品性。[2]如何在物理教学中发展学生的思维品质，是大家长期关注的话题。对此，从探究魔术本质的心理表征出发，在物理教学中引导学生揭秘魔术现象背后的物理原理，是锻炼学生思维品质的良好方式。学生在面对魔术现象时，教师要引导学生调用已有知识对其真伪进行判断，如“反重力水瓶”中的水真的可以不受重力影响吗?借此提升学生思维的批判性，让他们不轻易为眼前的幻象所迷惑。随后，教师让学生利用所学知识揭秘魔术，如在“物体沉浮条件”的教学末尾，让学生分析在引课环节表演的“听话的西红柿酱”魔术的原理。一方面，学生要采用抽象概括等方法建立分析问题的物理模型，厘清西红柿酱平均密度、水密度、瓶内压强、西红柿酱体积等物理量之间的关系，透过现象看本质。这培养了学生思维的深刻性。另一方面，学生还要尝试将所学的浮力知识及受力分析方法灵活地迁移到这个新奇而复杂的情境中，此过程训练了他们思维的灵活性。教学魔术是锻炼学生思维品质的良好载体。

(三)提供了启迪学生动手制作的范本

动手制作对发展学生能力有着极为重要的作用。教学魔术最终还是应该“落”在“做”上，也就是以教学魔术为范本，启迪学生设计魔术，研发魔术道具，并设法为他们搭建魔术展示的舞台。需要指出的是，这里所谓的魔术开发并不是让学生研制新的魔术，而是利用手头的“低成本”器材对一些经典魔术进行仿制与改装，将一些高大上的经典魔术简化。在学生对魔术进行了充分猜想、假设后，让学生亲手去拆解魔术道具，窥探其中的奥秘，同时让学生利用身边器材对魔术道具进行仿制或改进。譬如，我们在大气压强教学引课时，曾为学生演示了“两心壶”魔术，课后让学生查阅“两心壶”的内部构造，完成“利用矿泉水瓶制作两心壶”的作业，为点燃学生创作的火花，达到触类旁通的效果。教师还可发挥自身的引领作用，利用所教知识现场为学生“开发”魔术，借此拓宽学生的思路，促使学生自行探索开发魔术。

三、教学魔术的研发方式

在厘清了教学魔术的特点与功能后，我们来梳理教学魔术的研发方式。一般而言，教学魔术有两种主要的研发方式，一种是由外而内的舶来仿制，一种是由内而外的自行开发。

(一)由外而内的舶来仿制

相较而言，舶来仿制的方式比较简单。教师先从已有的魔术表演中截取蕴含物理知识的魔术片段，厘清魔术背后的物理本质；然后将其融入相应的教学章节中，并利用身边的简易器材对这些经典魔术进行模仿或改造，使其可以在现实教学环境中完成。如2016年的经典电影《惊天魔盗团2》中，丹尼尔曾经在广场上表演过“让雨滴静止”的魔术。这个魔术的设计运用了物理学知识，利用人眼的“视觉暂留”，在背景中使用频闪光源，如果两次光源照到同一个地方都有水滴，不论是否同一滴水，人们都会认为是同一滴，由此产生了一种“水滴停止”的错觉。教师在“交流电”一节课上，讲解“频闪灯”知识时，可以模仿并展示这一魔术现象，让学生领略“交流电”的神奇。这种舶来仿制魔术的关键在于教师宽广地涉猎魔术。建议教师在平时可多关注媒体上的魔术资讯，了解其背后的物理原理，并将其与物理教学结合。日积月累，教师脑中的魔术案例逐渐丰富起来，就可以随时调用了。

(二)由内而外的自行开发

另一种方式是由内而外的自行开发，该方式对教师的要求较高，需要教师结合物理知识与教学魔术的特点，创造新的魔术。该方式又可进一步分为自上而下的演绎式研发与自下而上的归纳式研发两类。对于演绎式研发，教师须在充分把握学生错误前概念的基础上，立足人类视觉缺陷，结合相关物理原理，为学生设计似是而非的魔术现象。例如，教师利用“硅碳棒在低温时，阻值随温度升高而降低的特点”，设计“火柴点电灯”的魔术。首先，教师将硅碳棒、干电池、小电珠用导线串联，然后用火柴加热硅碳棒，由于硅碳棒电阻随温度上升而减小，小电珠逐渐变亮，直观表现为“火柴点亮小电珠”。归纳式研发则需要教师在平时多留心一些“反常”现象，并用相关物理知识予以解释，进而将这些“反常”现象转化为教学魔术。教师看到“蒙有纱布的水瓶在倒置时，水没有漏出”的现象，便立即运用物理知识加以分析，是水的张力在“作祟”，于是教师在这个现象的基础上，设计了一个“反重力水瓶”的魔术，用牙签在不破坏水表面张力的情况下穿过纱布，进入瓶中，倒置的水瓶没有水洒出。

四、教学魔术的原则

(一)在内容选择中遵循适切性原则

魔术的引入是为物理教学服务的，因此魔术的设计必须契合教学内容,围绕教学主题在教学中展开，魔术背后所蕴含的物理知识不可过于复杂，要控制在中学物理知识范围以内，与学生认知水平及知识储备相匹配。魔术表演不可过多占据课上时间，切忌出现为魔术而教学的不利局面。倘若过于关注魔术的新奇而造成魔术原理脱离教学内容或是占据大量的教学时间，会影响教学。适切性原则是教学魔术的底线。

(二)在道具准备中遵循自制性原则

魔术是需要道具的，教师选取的魔术道具材料应来源于生活,如平面镜、气球等，并自行加工,尽量避免购置或使用高端、复杂的成品道具。看似新奇的成品道具往往会因结构复杂而在无形中拉远魔术与学生的距离。

(三)在魔术设计中遵循安全性原则

在开展任何魔术表演时都应以个人的安全为基础。魔术存在一定危险性，即便是教学魔术也不例外。一些涉及电学、热学知识的魔术，均存在安全隐患，教师要对魔术的安全性加以考量和评估，保证在设计时尽量避免选用具有潜在危险的魔术道具,同时在表演魔术前还要充分检查魔术道具，排除一切潜在危险，让魔术在物理课堂中能够稳定、安全地开展。

(四)在魔术表演中遵循娴熟性原则

魔术表演作为一种动作技能，和物理实验一样，离不开教师、学生的动手操作。因此为保证表演时不出现任何纰漏，魔术表演的娴熟至关重要。表演时不能“穿帮”，“穿帮”了也就不奇妙了。因此“表演”魔术之前，教师必须进行充分且有针对性的排练，总结表演成功的技巧。此外，教师还须了解魔术的原理，并对魔术道具的内部结构了然于心，在道具出现故障时，找到相应的替代品，能保证魔术表演的顺利进行。