科學探究的有效引領——直觀啟發(fā)

摘要：本文通過實驗、模型、圖景等手段，創(chuàng)設啟迪思維的直觀化情景，引導學生緊緊抓住具體的“物”與抽象的“理”的內(nèi)在聯(lián)系，讓學生在探索中發(fā)現(xiàn)隱藏于物中之理。

關鍵詞：開啟；思維；直觀啟發(fā)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)5(S)-0008-3

在新課程背景下，教師的責任是為學生的學習提供有效引領和服務。為提高學習和探究活動的有效性， 教師如何引導學生明確大致的探究方向，并一步一步地深入思考是至關重要的，而直觀啟發(fā)是有效引領的重要方式。

所謂直觀啟發(fā)，就是為了給學生的學習提供思考的線索或在學生思維受阻時，通過實驗、模型、圖景或形象化語言等手段，讓學生在生動直觀化的情景中形成豐富的表象，啟迪思維，激活想象， 引導學生緊緊抓住具體的“物”與抽象“理”的內(nèi)在聯(lián)系，以揭示物中之理。下面就物理教學中的直觀啟發(fā)的途徑作初步的探討，旨在跟同行交流分享。

認知心理學對物理學習過程的研究表明：學生學習物理的過程，首先是感知物理現(xiàn)象，形成物理表象，對大量感知的過濾，強化個別表象和同類表象，經(jīng)感知而獲得的物理表象在認知結(jié)構中原有知識經(jīng)驗的支持下，轉(zhuǎn)化為頭腦中的抽象規(guī)定，通過分類、概括、抽象形成物理概念。因此，學生學習物理是從生動的直觀開始的，通過表象搭橋?qū)崿F(xiàn)的?？梢姡谖锢斫虒W中通過創(chuàng)設直觀情景進行啟發(fā)引導，將有助于學生從感性認識上升為理性認識，增強學生的形象思維能力，并為學生的有效探究發(fā)揮“助推”作用。

1 提供直觀的圖象情景，凸現(xiàn)認知過程，理解物理本質(zhì)

教育家杜威曾說過：“人的思維源于直接經(jīng)驗的情景”。在引導學生學習和研究問題時，以原有知識為起點，通過設置直觀圖解，展現(xiàn)思維過程，讓學生在春雨潤物細無聲中發(fā)現(xiàn)物理本質(zhì)，也培養(yǎng)了學生的形象思維能力，而形象思維能力在創(chuàng)造性能力培養(yǎng)中起著不可替代的作用。

如在學習動滑輪時，學生通過實驗探究發(fā)現(xiàn)“動力是阻力的二分之一”。但追問學生“為什么”時，學生常常感到很茫然。于是，教師引導學生再作理論探析，即按圖1所示情景進行啟發(fā)引導。 

在此之前學生已明白“杠桿是繞某固定點轉(zhuǎn)動的硬棒，與形狀無關”這一知識點。現(xiàn)從動力臂是阻力臂二倍的直杠桿出發(fā)，要求學生將原直杠桿逐步演變成如圖1虛線所示的1、2、3……形狀的杠桿，最后變成圓形杠桿，學生驚訝地發(fā)現(xiàn)，這不就是我們要研究的動滑輪嗎?于是學生很快就理解了動滑輪的實質(zhì)是“動力臂為阻力臂二倍的杠桿”。

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又如在組織學生學習滑動變阻器時，他們對滑動變阻器在電路中的作用和按要求連接感到很困難，分析原因我們發(fā)現(xiàn)是學生對滑動變阻器的結(jié)構與連入的電阻是模糊的。我們就采用如圖2所示的圖解過程進行直觀啟發(fā)，收到意想不到的效果。

先通過討論，確定用改變導體長度改變電阻的辦法來調(diào)節(jié)電路的電流和電壓分配。若改變直導線的長度，實際變化的范圍太小，做成折線又不便滑動，自然想到做成螺線密繞形，再安裝上滑片、接線柱和支架，這不就是滑動變阻器嗎？通過這一演變過程，學生不僅理解了滑動變阻器的結(jié)構原理，更重要的是向?qū)W生滲透了解決物理問題的思路。

再比如在學習光的直線傳播中小孔成像時，學生很難理解為什么小孔成的是倒立的實像。通過圖3所示的直觀啟發(fā)，將化難為易。

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通過引導學生分析，只要找到物體上下兩端點位置所成的像，也就大致確定了整個物體所成的像。先讓學生畫出從物體上端傳出若干條光線，只有能通過小孔的極少的光線才能在小孔的另一側(cè)成像，學生通過圖示馬上就“看透”了小孔成像因光的直線傳播所致，通過直觀的圖景啟發(fā)，學生不僅知其然，更知其所以然。

2 通過實驗提供動態(tài)真實的物象情景，啟發(fā)學生在物中悟理

實驗是學習和研究物理問題的基本方法，實驗探究是科學探究的重要方式。通過控制條件下的實驗探究，啟發(fā)學生在真實的情景中不斷地體驗、觀察、歸納、推理和想象，為揭示隱藏在現(xiàn)象背后的物理規(guī)律提供可靠的思維素材，并滲透重要的科學方法。

如在牛頓第一定律的教學中，教師向?qū)W生講解伽利略的重要觀點“物體運動不需要力來維持”啟發(fā)學生思考“怎樣得出這個結(jié)論的”。實際上伽利略主要通過兩組實驗進行分析、歸納的。實驗的工具就是小球和光滑的木槽軌道。

伽利略先研究了小球在斜面軌道上的運動，在圖4（甲）中，他注意到小球沿斜面向下運動時速度越來越大；在圖4（乙）中，小球沿斜面向上運動則速度越來越小。由此他推斷：小球沿光滑水平面上的運動速度應當是不變的。

在第二組實驗中，伽利略證明，如果把兩個斜面對接在一起（如圖5所示），一個小球從靜止開始滾下一個斜面，接著又滾上另一斜面，若軌道非常光滑，小球幾乎可以達到原來的高度，如圖5（甲），如果軌道的坡度減小，小球到達原來高度的距離就增大了，如圖5（乙），他推論，如果第二個斜面的坡度減小到零，小球就再也達不到它原來的高度，會沿著水平面永遠向前運動。伽利略再次作出結(jié)論：沿水平面的運動是永恒的。

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通過實驗現(xiàn)象的直觀啟發(fā)，結(jié)合合理想象和推理，使邏輯思維、形象思維、靈感思維交匯融合，揭開了困擾人類兩千多年的秘霧，導致物理學的真正開端，從此拉開了經(jīng)典物理學發(fā)展的序幕。這充分展示了直觀啟發(fā)下科學想象的獨特魅力，它是人類思維的“助推器”。

3 在真實的直觀情景中通過“遞進式”設問，在不斷追問中把學生的思考引向深入

因為人的思維是從問題開始，并在一定的情景下誘發(fā)。啟發(fā)的核心是激活思維，而啟發(fā)的關鍵是思維點拔。在真實的直觀情景中，通過“遞進式”設問，形成“問題鏈”，在不斷的追問中讓學生“看透”物理事實的本質(zhì)所在，幫助學生建構起自己的認知結(jié)構。 

如在引導學生學習摩擦力時，我們通過設置如圖6所示的實驗，并配上“遞進式”設問進行啟發(fā)引導，讓學生對摩擦力有比較完整的認識。教學片段如下：

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師：你能用桌上提供的器材，通過實驗說明摩擦力的存在嗎？

學生：討論后找到了通過圖示裝置，向盤里加碼，木塊未動，說明有力與繩的拉力平衡，這力只能是桌面提供的摩擦力。

追問1：在逐步加碼過程中木塊始終未動，說明了什么？

讓學生獨立思考，在不同的判斷中引發(fā)了學生間的思維碰撞，最后形成共識：靜摩擦力是變力，隨外力而變。

追問2：當逐步加碼到木塊開始緩慢滑動，木塊在滑動過程中還受摩擦力嗎？你是怎么判斷的？

追問3：木塊滑動過程中受到的摩擦力的大小與哪些因素有關？請同學們提出猜想，并設計實驗驗證猜想。

根據(jù)提出的猜想，學生分組實驗，每組只針對一個猜想進行實驗探究，然后分組上臺展示實驗成果。通過提供的直觀的實物情景配“遞進式”設疑，為學生提供思維的線索，啟發(fā)學生自己探究，達到了讓學生在探究中獲取知識的目的，使學生成為課堂教學中“發(fā)現(xiàn)知識”的主體。

4 針對抽象難以感知的問題，通過類比啟發(fā)，化抽象為直觀

面對難以言表或物理形態(tài)特征難以感知的“大物體”或“小粒子”，通過類比、模擬、模型化等手段進行直觀啟發(fā)，向?qū)W生展現(xiàn)類似真實的物象情景，幫助學生具體感知。

如在學習分子大小時，向?qū)W生講述分子很小，一般分子直徑大約為0.3-0.4nm，這個數(shù)量級是很難感受到分子究竟小到什么程度?？刹捎靡韵路绞街庇^啟發(fā)：一個分子和一個蘋果相比的倍數(shù)，就尤如一個蘋果和地球相比的倍數(shù)?；蛘甙堰呴L為1cm的立方體盒子里的空氣密封好，開一個很小的孔，讓每秒有1億個空氣分子跑出，約需9000年的時間才能跑完！

又如在學習分子間相互作用力表現(xiàn)的規(guī)律時，學生理解起來可能有較大困難，若通過自制分子作用模型進行模擬，變抽象為直觀，幫助理解和記憶。具體作法是用兩個小木球代表分子，用一根橡皮筋穿連兩個小木球，并在兩球之間穿上彈簧，使彈簧在兩球間被壓縮，橡皮筋的兩端打結(jié)固定。

壓縮彈簧產(chǎn)生的彈力表示分子斥力，拉伸像皮筋產(chǎn)生的位力表示分子引力，模型可同時模擬出分子引力和分子斥力。當兩球平衡時，橡皮筋的拉力等于彈簧的彈力，即表示分子引力等于分子斥力，此時分子間作用力為零；當兩球的距離增大到大于兩球平衡時的距離時，彈簧的彈力小于橡皮筋的拉力，表示分子引力大于分子斥力，此時分子間表現(xiàn)為引力；當兩球的距離縮小到小于兩球平衡時的距離（但注意這時橡皮筋不能松弛），彈簧的彈力大于橡皮筋的拉力，表示分子斥力大于分子引力，此時分子間表現(xiàn)斥力。向?qū)W生說明，這雖然不是真實情況，但通過該模型將直觀顯現(xiàn)微觀分子間相互作用的規(guī)律。

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又比如人教版教材在介紹固、液、氣三態(tài)物質(zhì)分子結(jié)構時，用坐在座位上的學生、課間教室中的學生和操場上亂跑的學生分別類比固體、液體和氣體的分子結(jié)構，學生就容易理解分子的微觀模型。

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5 結(jié)束語

為了激發(fā)學生豐富的想象或針對學生在學習過程中的思維障礙、探究過程中的困惑，教師應提供直觀化的情景，輔設思維臺階或提供問題線索，因循善誘，凸現(xiàn)認知過程，有效地啟發(fā)學生不斷地深思和頓悟，既有利于啟迪直覺，誘發(fā)靈感，又避免了學生學習探究活動中的盲目性，走好更加切實和有效的課改之路。

直觀啟發(fā)的應用，要把握好直觀啟發(fā)在教學中介入的時機與“火候”。啟發(fā)不是直接告知，啟發(fā)應是含而不露，指而不明 ，貴在開啟思維 ，激發(fā)興趣，引發(fā)想象。 

參考文獻：

［1］義務教育課程標準教科書物理（八年級上、下）.人民教育出版社出版，2006.3.

［2］鐘鵬明，張以明著.初中物理課堂教學技藝.蘇州大學出版社出版，1996.8.

(欄目編輯趙保鋼)