实验教学在学生形象思维能力培养中的应用*

蒋淑芳 王金文

（北京市第五中学分校 北京 100009）

形象这一概念，总是和感受、体验关联在一起.形象思维是指用直观形象和表象解决问题的思维.形象思维的过程是思维主体感知客观事物的形象，并经过由表及里的概括加工之后建构意向系统的过程.它的形象性、直觉性、非逻辑性、整体性等特征要求我们通过真实的情境、图形、图像、声音等去感知事物的运动变化［1］.物理形象思维是指基于物理表象基础上的思维，物理表象就是物理形象在人脑里概括性与间接性的反映［2］.

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用规律的科学.物理学研究的对象具有形象性，小到微观粒子，大到天体，以及我们所熟悉的声、光、热、电、力等形形色色的物理现象，它们都有自己的大小、形状、状态、运动规律等表现形式；物理学研究的过程具有形象性，物理学中物质的变化、运动、相互作用都有形象的、生动的过程与之对应，如物态变化、光的传播、机械运动、压强、浮力等都有具体的动态形象；物理概念、规律具有形象性，如凸透镜的成像规律、牛顿第一定律、阿基米德原理等都是形象思维到抽象思维的产物.所以，物理学习始终伴有形象性这一特征，物理形象是物理学研究的主要支撑，没有物理形象，就不会有物理形象思维，物理学习就没有意义［1］.因此，在物理教学中要重视创设情境让学生充分感知物理形象，培养学生的形象思维能力，发展学生的科学思维，提升学生的核心素养.

物理学是以观察、实验为基础的一门学科.通过实验创设情境是学生感知物理形象的有效途径.而且，在实验观察和体验的过程中，学生可以透过现象把握物理规律，建立对所学知识的深刻理解.在此笔者就以初中物理一些教学设计环节为例，谈谈实验教学在学生形象思维能力培养中的教学策略.

1 演示实验引入新课 提供形象思维素材 激发学习动机

形象思维是以表象进行思维的，一个表象贫乏的学生是不可能进行有效的、正确的形象思维的.在新课的引入环节，通过学生感兴趣的演示实验创设问题情境引入新课，激发学生的学习动机，并为学生提供形象思维素材，使学生充分感知物理现象，形成正确、鲜明的物理表象.

比如在“光的直线传播”教学中，老师用手电筒做光源、在屏幕上演示了小兔子、狗、鸟等几个手影引入新课，如图1所示.同学们看到屏幕上生动的手影倍感亲切，并且很自然地由形象生动的手影联想到光的传播路径，积极主动地进入光的直线传播的学习.

图1 手影

在“大气压强”的教学中，教师给大家展示了一个套在矿泉水瓶口上的气球，然后选班里的一名同学吹套在瓶口的气球，当气球被吹鼓后，教师接过瓶子的同时，悄悄将瓶底的小孔堵住，这时套在瓶口的气球没有封口仍然能保持膨胀，如图2所示.然后教师发给每位同学一个矿泉水瓶和一个气球，让同学们也来试一试.因为同学们的矿泉水瓶上没有孔，同学们憋足了劲，也不能把套在瓶口的气球吹鼓.“为什么老师的气球可以吹鼓，且可以不封口保持膨胀？为什么学生的气球吹不起来呢？老师的瓶子或气球有什么特殊之处吗？”同学们由生动的“吹气球”实验引出了一连串的问题.此时老师说“是大气压帮了我的忙！”这时同学们提出了问题“什么是大气压？为什么大气压不能帮我们把气球吹鼓呢？”同学们带着困惑、好奇、兴奋进入了大气压强一节课的学习.

图2 不封口的气球保持膨胀

2 学生实验贯穿课堂 丰富学生的物理表象库

科学研究证明，动手操作有利于学生物理形象思维的塑造，如果学生能亲自动手实验并进行有目的地观察、分析、归纳、总结，不仅使学生因各种感官的刺激而激发学生的兴趣和培养他们的能动性，而且通过学生亲身经历整个物理过程，有利于在学生头脑中形成正确的、清晰的、生动的物理表象，进而促进学生对物理知识形象的建构和加深他们对知识的理解及长久地掌握［3］.

在“光的直线传播”教学中，手影实验提供形象思维素材引入新课之后，教师给同学们准备了激光笔、喷水壶、水、玻璃砖、平面镜、可燃香、打火机、收集烟雾的塑料盒等器材，同学们自主设计实验，观察光在空气中的传播路径，光在同种介质和不同介质中的传播路径.同学们通过向空气中喷水雾、制造烟雾观察到了光在空气中的传播路径，如图3所示.

图3 光在空气中的传播

同学们通过亲自动手实验将枯燥的知识点“光在空气中沿直线传播”变成了一个有生命力的物理形象，激发学生的好奇心和学习兴趣，引领学生初步认识光的传播，并且为学生自主探究光在其他介质中的传播提供方法指导.接下来同学们将水、平面镜、玻璃砖放在烟雾室中进行实验，他们除了观察到了光在空气中的传播路径，还观察到了光在水、玻璃中的直线传播路径，观察到了光从空气射向平面镜后的反射，观察到了光从空气射入水中、从空气射入玻璃中传播路径发生了偏折，如图4所示.同学们通过亲自设计实验、观察、比较、交流，积累了大量的物理表象.

图4 光在水中和玻璃中的传播

在“大气压强”教学中，在“不封口的气球能保持膨胀”实验后，老师给同学们提供塑料吸盘、玻璃板、水槽、注射器、塑料片、玻璃杯等器材，让同学们通过实验证明大气压的存在.同学们将小吸盘按压在玻璃板上；将注射器在空气中推拉，放到水中推拉；将玻璃杯内灌满水，倒扣在水槽中，用纸片盖住盛满水的玻璃杯倒扣在空气中；将两个大吸盘压在一起，使劲地拉开……他们通过亲身体验，建立丰富的物理表象，充分感知了大气压的存在，感受了大气压的力量.

3 对实验中的物理表象展开分析、类比、联想等思维活动 构建物理模型 培养形象思维能力

物理模型是形象思维和抽象思维的产物，建立在观察和实验基础之上，是人们在积累了大量的物理表象后，通过对头脑中的物理表象进行分析、类比、总结、抽象等，总结出研究对象的特点及规律，从而对研究对象做出一种简化的特殊模型.物理模型的形成过程及其模型本身都具有形象性，有助于学生在头脑中建立起清晰的物理情景，使复杂问题形象化、清晰化［1］.

在“光的直线传播”教学中，在学生经历了空中喷水雾、自制管道中充满烟雾的情景下观察到光沿直线传播的路径，经历了在玻璃罩烟雾室中，观察到了光在不同介质中的传播路径等大量的物理表象后，教师引导学生将看到的光的传播路径画出来，光线模型的建立水到渠成.另外，由此引出光线后，在本节课接下来的学习过程中教师以画光线为主线，在学生每完成一个实验后，鼓励学生将所观察到的实验现象用光线描述出来，在影子、小孔成像等应用中引导学生用光线去描述现象，解释现象.将实验现象转化为物理模型，加深了学生对光现象的理解，培养了学生的形象思维能力.

在“大气压强”教学中，学生通过亲自设计实验充分感知了大气压的存在，感受了大气压的力量后，教师提出问题“大气压这么大，我们人体为什么没有感觉呢？”此问题引起了同学们的思考.同学们对亲身经历的证明大气压存在的实验进行类比、分析、抽象、总结出“要想证明或感受大气压的存在，需要想办法打破常态的平衡，形成压强差.”比如向玻璃上压吸盘，要用力按压使吸盘内的空气变得稀薄甚至成为真空，从而使得吸盘内外产生气压差，这样大气压的作用才能显现出来；覆杯实验中，将杯子装满水再倒过来是为了排出里面的空气，使大气压和液体压强之间有压强差，实验容易成功，当然即使杯子没有装满水，只要形成压强差，这样大气压的作用也能显现出来.同学们在通过对实验进行类比、分析、抽象、总结出大气压得以显现的原理后想起了套在瓶口吹不起来的气球，迫不及待地拿起气球研究起来，一股吹不起来不罢休的劲头.此部分教学实录如下.

师：我们再来尝试吹一吹套在瓶口的气球，注意观察气球体积的变化.

生：还是吹不起来.

生：不是一点也吹不起来，只能吹鼓一点点.

师：为什么只能吹鼓一点点，是谁阻碍了气球体积变大呢？

学生展开讨论.

生：气球鼓起一点后，瓶内气体被压缩，体积变小，气压变大，阻碍气球鼓起来.

师：想什么办法使在气球鼓起的过程中瓶内的气压不变大呢？

生：在瓶子上打个孔，让瓶内气体和大气相通.

学生恍然大悟，想到老师刚才实验的矿泉水瓶上应该有孔.

师：（发给大家工字钉）大家在瓶子上打孔后再吹气球试试.

生：吹起来了，气球吹起来了.

生：可是停止吹气气球就变瘪啊，怎么封口呢？

师：停止吹气球，气球变瘪了，如何做到气球不变瘪呢？

生：再把瓶身上扎的小孔堵住？

师：可以吗？先试一试吧，吹鼓气球后将瓶上的小孔堵住，仔细观察现象.

生：不瘪了，气球不瘪了.

生：不，好像先变小一点，才不再变瘪了.

师：大家再多吹几次试试，仔细观察现象.

生：是这样，先变小一点，后来就不变小了.

师：为什么气球缩小一点后不封口也能保持膨胀呢？

学生再次展开讨论.

生：气球缩小一点后，瓶子里面气体体积增大，气压减小，小于大气压，气球内的气压和大气相通等于大气压，气球内外有压强差，大气压压着气球使其不变瘪.

生：原来是这样，太神奇了.

当同学们将套在瓶口的气球吹起并做到不封口也能保持膨胀时，他们的欣喜之情溢于言表，如图5所示.他们感受到了大气压的力量，感受到了科学的神奇魅力.

图5 不封口的气球保持膨胀

4 实践探索性实验延伸到课外 培养学生的创新精神和实践能力

物理来源于生活，又应用于生活，物理的进步推进了科技的进步，科技的进步也给我们的生活带来了方便.老师的教和学生的学都不能紧扣课本，应该密切联系生活，鼓励学生，给学生提供机会把所学的知识应用于生活.比如课下给学生留一些家庭小实验、小制作等实践探索性任务，这些实践探索性实验不仅能让学生体会到物理的乐趣与魅力，还能培养学生动手操作能力、应用能力、幻想能力，而这正是他们形象思维能力的体现.

例如，学完“光现象”之后，让同学们寻找身边神奇美丽的光现象.很多同学都学会了手影，在班里展示，如图6所示.

图6 学生的手影作品

有的同学用光盘、水盆和镜子去寻找身边的彩虹，如图7所示；还有的同学发现了身边的透镜，如图8所示.学习了密度后，孩子们调制了漂亮的鸡尾酒，还传授给大家调制鸡尾酒的秘方，如图9所示；学完“压强”一章后，同学们在压强复习课上展示“神奇气球”系列，像“踩不破的气球”“水吹气球”等特技，如图10所示；学完“浮力”后，他们用口服液瓶、曲别针和吸管、笔帽等身边的物品制作了各式各样的浮沉子……实践探索性实验使得学生聪明的脑瓜里冒出了一朵朵美丽神奇的浪花.

图7 身边的彩虹

图8 身边的透镜

图9 鸡尾酒

图10 神奇气球

实践表明，实验教学在学生形象思维能力培养中的教学策略的实施，大大激发了学生对物理学习的兴趣，营造了一个充满生命活力的物理课堂.学生通过亲身的感受、体验，在头脑中建立丰富的物理表象，经过对物理表象由表及里地概括加工，把真实的情境和物理学的概念、规律等联系起来，提升了学生把情境与知识相关联的意识和能力，发展了学生的科学思维，提升了学生的核心素养.