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增強(qiáng)直觀教學(xué)意識(shí)培養(yǎng)形象思維能力
作者：張南方
教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn) 2008年10期
在物理教學(xué)中，直觀性教學(xué)與學(xué)生形象思維能力的培養(yǎng)有著密不可分的聯(lián)系。著名科學(xué)家錢學(xué)森認(rèn)為，直觀性不僅僅是一種很好的教學(xué)手段，更是學(xué)生產(chǎn)生形象思維的源泉。然而，在我國(guó)現(xiàn)行的物理教學(xué)中，還沒(méi)有擺脫忽視直觀教學(xué)、輕視物理現(xiàn)象和物理實(shí)驗(yàn)、不注重學(xué)生形象思維能力培養(yǎng)的傾向，物理教學(xué)成了習(xí)題教學(xué)。為此，師生都投入了大量的精力，教師教得非常認(rèn)真，學(xué)生也學(xué)得很刻苦。雖然這樣學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)很扎實(shí)，但學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是不完整的，他們不知道物理學(xué)是與實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)象和實(shí)際情況聯(lián)系在一起的科學(xué)。因而盡管他們精于解題、擅長(zhǎng)考試，但卻不善于動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，更不善于創(chuàng)新。如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？關(guān)鍵是要樹(shù)立一種新的觀念，即在理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系上，要重視實(shí)驗(yàn)，真正把實(shí)驗(yàn)放在應(yīng)有的位置，以激發(fā)學(xué)生的形象思維，提高思維的效果。
一、物理教學(xué)中直觀性與形象思維的關(guān)系
直觀性教學(xué)在物理教學(xué)中的作用，不僅反映了教學(xué)思想的問(wèn)題，更反映了不同的傳統(tǒng)文化背景對(duì)人們觀念的影響。楊振寧博士認(rèn)為，傳統(tǒng)文化是一種非常復(fù)雜的現(xiàn)象，西方文化較為重視實(shí)驗(yàn)及其人才的培養(yǎng)，鼓勵(lì)能動(dòng)手的人脫穎而出，而中國(guó)的傳統(tǒng)文化則重理論輕實(shí)驗(yàn)，注重思維能力的培養(yǎng)，忽視實(shí)驗(yàn)人才的發(fā)展。在中學(xué)物理教學(xué)中就表現(xiàn)為不少的教師不重視直觀教學(xué)，不重視物理實(shí)驗(yàn)，只注重理論的演繹而忽視方法的運(yùn)用。
事實(shí)上正如楊振寧教授所說(shuō)的“物理本身是現(xiàn)象而不是推演�！蓖ㄟ^(guò)物理實(shí)驗(yàn)，可以真實(shí)地展現(xiàn)物理過(guò)程，幫助學(xué)生直接抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)，把握物理運(yùn)動(dòng)的主要特征，排除次要因素的干擾，從而認(rèn)識(shí)物理運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。物理實(shí)驗(yàn)也是一種理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐活動(dòng)，可以使學(xué)生在教學(xué)中處于主體地位，有效地完成知識(shí)的遷移過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，還可以用生動(dòng)活潑的形象激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，形成良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并通過(guò)非智力因素的作用促進(jìn)學(xué)生智力的發(fā)展。
二、培養(yǎng)形象思維能力的途徑
縱觀物理教學(xué)中直觀性與形象思維的關(guān)系，我們很容易得出這樣一個(gè)結(jié)論：只有充分重視直觀性教學(xué)、突出直觀性教學(xué)，才能使中學(xué)物理教學(xué)走出目前這種近乎習(xí)題課的教學(xué)誤區(qū)，才能使課堂教學(xué)顯得生動(dòng)、活潑、有理、有節(jié)，使課堂簡(jiǎn)練、清晰，學(xué)生才能看得清、聽(tīng)得懂、易接受、便于想象和遷移。我國(guó)著名物理教育家朱正元教授說(shuō)過(guò)：“對(duì)于物理概念、物理規(guī)律等一些理論性的東西，往往是千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，一看實(shí)驗(yàn)就分明了�！蹦敲�，在物理教學(xué)中又應(yīng)怎樣從直觀性入手培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力呢？
1.物理教學(xué)中，應(yīng)該強(qiáng)化直觀性教學(xué)
因?yàn)樾蜗笏季S往往以感覺(jué)、表象作為思維的重要材料，所以在物理教學(xué)中，可以從所傳授的物理概念、規(guī)律的需要出發(fā)，運(yùn)用演示、板書(shū)、板畫(huà)、模型、幻燈、實(shí)物投影和多媒體等直觀的教學(xué)手段和方法，使學(xué)生獲得生動(dòng)具體的感性認(rèn)識(shí)，直觀地了解或認(rèn)識(shí)客體的全部形態(tài)，并上升為知覺(jué)，產(chǎn)生形象的結(jié)構(gòu)。
譬如，在講授“光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”時(shí)，僅憑這樣一句抽象的語(yǔ)言學(xué)生頭腦中很難留下什么印象，更不用說(shuō)接下來(lái)的“折射定律”“反射定律”和運(yùn)用這些知識(shí)去解釋：夏天夜晚的天空中看到星星的閃爍；夏日陽(yáng)光下沙漠、公路表面遠(yuǎn)處的物體模糊晃動(dòng)；海市蜃樓等現(xiàn)象。為此，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)“光在不均勻介質(zhì)中傳播現(xiàn)象”的演示實(shí)驗(yàn)。如圖1所示，用直徑為1cm、長(zhǎng)為5cm的圓柱體半導(dǎo)體激光器去照射注有6cm左右的清水的燒杯，攪動(dòng)清水時(shí)，屏幕上光點(diǎn)不動(dòng)。而后分別進(jìn)行如下操作，并仔細(xì)觀察屏幕上光點(diǎn)的變動(dòng)情況：①在水中倒入少許蔗糖，稍微攪動(dòng)水；②不斷攪拌直至蔗糖全部溶解；③加入蔗糖，重復(fù)上述操作；④取盛有冷水的燒杯，讓光束通過(guò)，而后慢慢注入熱水。鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在學(xué)生頭腦中留下了清晰的印象，從而很自然地得出了“光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，而在不均勻介質(zhì)中光的傳播方向要改變”的規(guī)律。又譬如，我們可以用幻燈機(jī)的光源去照射鋼精鍋蓋，向?qū)W生清晰地層示半影和本影。這樣的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單、易做，生動(dòng)而活潑，為學(xué)生的形象思維提供了良好的感性材料，并留下深刻印象。
圖1
2.應(yīng)盡量創(chuàng)造讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。要培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力，就應(yīng)該讓學(xué)生多觀察多思考，積極創(chuàng)造條件讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)或引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓他們?cè)谟H自操作中更細(xì)致、更全面地去觀察物理現(xiàn)象，體驗(yàn)物理規(guī)律的奧秘。譬如，為了幫助學(xué)生明確聲波是縱波的概念，可以設(shè)計(jì)如圖2a的實(shí)驗(yàn)：喇叭中通入低頻交流電時(shí)，在電波的作用下，明膠片振動(dòng)，從而使乒乓球也晃動(dòng)起來(lái)。為了幫助學(xué)生明確“共振”的現(xiàn)象和條件，我們可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)如圖2b的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并剖析其原因。為了使學(xué)生理解電流的熱效應(yīng)現(xiàn)象，除了讓學(xué)生摸摸發(fā)光的白熾燈泡外，還可以幫助學(xué)生從熱脹冷縮的角度入手去認(rèn)識(shí)。為此，可設(shè)計(jì)如圖2c的實(shí)驗(yàn)：①斷開(kāi)K，在電阻絲上涂蠟，點(diǎn)燃電阻絲中的蠟，隨著電阻絲的受熱變長(zhǎng)，小球位置下降。②合上K，給電阻絲通電，小球位置也慢慢地下降；斷電后，小球上升到原位置。兩者對(duì)照，電流熱效應(yīng)現(xiàn)象顯現(xiàn)。
圖2
又如，光的衍射現(xiàn)象形成的原理在高中階段還無(wú)法分析，但我們可以用實(shí)驗(yàn)的手段開(kāi)展直觀的教學(xué)。用圓柱體的半導(dǎo)體激光器照射小鋼珠，在屏上形成泊松亮斑；讓學(xué)生通過(guò)薄紗巾片、絲襪片和透明紙去觀察光時(shí)，分別看見(jiàn)“十字光芒”“星光狀”“環(huán)帶狀”及“爆炸狀”的衍射圖樣，并讓學(xué)生記錄（描圖）各種的衍射圖樣。當(dāng)學(xué)生用幾片紗巾看到電影、電視中常見(jiàn)的“十字光芒”時(shí)，激動(dòng)不已，獲得了一次難以忘懷的“物理美”的享受，也激發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情。
現(xiàn)階段在我國(guó)的中學(xué)物理教學(xué)中，大多實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。為了培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力，我們應(yīng)該在教學(xué)中有意識(shí)地讓學(xué)生多做一些探究性實(shí)驗(yàn)，教師也可以將一些驗(yàn)證性的演示實(shí)驗(yàn)適當(dāng)?shù)馗脑斐商骄啃匝菔緦?shí)驗(yàn)，盡可能地向?qū)W生提供更多的形象思維的材料，讓學(xué)生體會(huì)探究與發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣。
例如，學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)http://http://m.clearvueentertainment.com/news/55AD21B89238CBF9.html中“向心力”一節(jié)后，我們可設(shè)計(jì)這樣的演示實(shí)驗(yàn)：把一小試管裝滿水，在水中放一些密度大于水的物質(zhì)顆粒（例如把綠色的細(xì)塑料導(dǎo)線剪成一些很短的小段），再在水中放一些密度小于水的物質(zhì)顆粒（例如紅色的蠟燭顆�；蚣t色的塑料小球），這時(shí)可看見(jiàn)紅色的蠟燭顆粒浮在水中，而綠色的塑料導(dǎo)線小段則沉于水底。然后，用膠木塞塞住試管口，將試管水平放置，如圖3a系好繩子。順著某一方向?qū)⒗K絞緊，松手后試管反向旋轉(zhuǎn)，兩種顆粒分別向中間和兩端集中，如圖3b。這種生動(dòng)、活潑的實(shí)驗(yàn)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，促使學(xué)生經(jīng)過(guò)一系列符合邏輯的比較、分析和綜合的過(guò)程，弄清楚實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，從而啟迪學(xué)生思維的發(fā)展。
又如“單擺”一節(jié)的教學(xué)中，學(xué)習(xí)了單擺的基本知識(shí)后，我向?qū)W生提供了幾個(gè)外形完全相同、質(zhì)量不同的金屬小球，2個(gè)外形和質(zhì)量相同的金屬小球，幾根細(xì)線，6塊條形磁鐵，鐵架臺(tái)和橫桿，固定橫桿的器具，米尺和2個(gè)鐵夾，要求學(xué)生設(shè)計(jì)出定性驗(yàn)證單擺周期公式的實(shí)驗(yàn)。
這種用實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想符合高中生活潑好動(dòng)、容易激發(fā)形象思維的特點(diǎn)，因而激發(fā)了學(xué)生濃厚的興趣。片刻后，甲同學(xué)說(shuō)：“因?yàn)椴牧现袥](méi)有停表，所以用書(shū)上的實(shí)驗(yàn)方法是不行的�！币彝瑢W(xué)接著說(shuō)：“書(shū)上的實(shí)驗(yàn)采用分別測(cè)出兩個(gè)單擺周期的方法找出有關(guān)物理量間的關(guān)系，類似地，我們可以將兩個(gè)單擺在相同時(shí)間內(nèi)完成振動(dòng)的次數(shù)進(jìn)行對(duì)比的方法來(lái)研究有關(guān)問(wèn)題�！蔽铱隙艘业姆椒�，并引導(dǎo)學(xué)生按圖3c的裝置很快驗(yàn)證了單擺振動(dòng)的周期與擺錘的質(zhì)量和振幅無(wú)關(guān)、與擺長(zhǎng)的平方根成正比。丙同學(xué)自言自語(yǔ)地說(shuō)：“老師出示的幾塊條形磁鐵是干什么用的呢？”我不做正面回答，而是問(wèn)學(xué)生：“單擺擺動(dòng)中的回復(fù)力由重力的切向分力提供，而物體在地球的不同位置時(shí)所受的重力是不同的。那么，單擺的振動(dòng)周期跟g有什么關(guān)系呢？”丁同學(xué)用肯定的語(yǔ)氣說(shuō)：“我們可將磁鐵（由幾塊條形磁鐵疊成）放在甲球下方，通過(guò)磁鐵對(duì)甲球的吸引力改變甲球振動(dòng)的回復(fù)力的方法來(lái)模擬單擺在地球表面上的不同位置時(shí)的擺動(dòng)情況�！彼脑捯齺�(lái)一陣掌聲。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示后發(fā)現(xiàn)擺球難以穩(wěn)定。怎么辦呢？戊同學(xué)想了想說(shuō)：“只要改變一下擺線就行，用兩條等長(zhǎng)的懸點(diǎn)分開(kāi)的細(xì)線系住甲球，就可以穩(wěn)定甲球的擺動(dòng)軌道�！�
一個(gè)頗有難度的實(shí)驗(yàn)，就像猜謎一樣，經(jīng)過(guò)學(xué)生的細(xì)心的琢磨、推敲，終于被成功完成。這種探究性的學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的思維水平。
3.讓學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)造
我們知道，學(xué)習(xí)的目的：一是繼承和運(yùn)用，二是發(fā)展提高。而一些尚待發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)對(duì)象往往是處于認(rèn)識(shí)主體難以直接把握的復(fù)雜的系統(tǒng)中的。如果不學(xué)會(huì)從整體上首先去把握問(wèn)題的物理實(shí)質(zhì)，然后再去具體研究問(wèn)題的方法，不首先設(shè)法通過(guò)已有的模型使復(fù)雜的現(xiàn)象簡(jiǎn)單化、理想化，使抽象的問(wèn)題具體化，就根本無(wú)法解決問(wèn)題。因此，我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中，要十分注重形象思維能力的培養(yǎng)，積極創(chuàng)造條件為學(xué)生設(shè)置解決實(shí)際問(wèn)題的情境，將他們置身于探究、創(chuàng)造的情境中去。我們還要及時(shí)幫助學(xué)生建構(gòu)起模型，使物理模型真正成為學(xué)生科學(xué)的認(rèn)識(shí)活動(dòng)中的中介物，從而使學(xué)生在形象思維和抽象思維的交互作用中激發(fā)出靈感，達(dá)到思維水平的較高層次。
圖3
作者介紹：張南方 浙江紹興市馬山鎮(zhèn)中學(xué)，312000
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