物理課堂“差異性實驗”情境的創(chuàng)設(shè)

張忠明

（平湖市當湖高級中學，浙江 平湖 314200）

建構(gòu)主義認為知識是認知個體主動的建構(gòu)，不是被動的接受或吸收，即知識不是以直接傳輸?shù)姆绞焦噍斀o學生的，學生學習的內(nèi)在要求需要外部因素的誘導下才能有效的發(fā)生.基于建構(gòu)主義理念的“差異性實驗”是指：創(chuàng)設(shè)與學生原有認知有差異的實驗問題情境，通過對原有錯誤認知的沖擊和破除，最后建構(gòu)對科學概念的正確理解.通過差異性實驗給予的沖突式實驗情境帶來巨大的認知沖突點，促進他們對未知知識的興趣與渴望度，產(chǎn)生強大求知動力，從而迸發(fā)出思維火花，激發(fā)其探究意識和學習物理知識的興趣.

1 創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境，導入新課探究式教學

心理學研究表明：當人對某種事物充滿興趣的時候，對之有關(guān)知識的接受往往迅速而且印象深刻，在課堂里學生對所要學習的內(nèi)容大感興趣，那么聽講的效率無疑是較高的.

例1.根據(jù)燈泡規(guī)格參數(shù)運用功率表達式，算得“220V，60W”燈泡電阻為807Ω，若運用歐姆擋測量燈泡電阻的實驗，測得燈泡電阻僅為50Ω，學生心存疑惑，存在認知沖突，進而提出猜想，展開金屬電阻與溫度關(guān)系的教學研究.這樣的教學方式無疑讓學生學習主動性更強、效率更高.

圖1

例2.在“探究感應電流產(chǎn)生的條件”教學中，重溫初中產(chǎn)生感應電流的方法.提出問題，在不切割磁感線的情況下，是否能產(chǎn)生感應電流呢？暴露一些學生的錯誤前概念：認為只有當導體在切割磁感線時才能產(chǎn)生感應電流.

討論猜想基礎(chǔ)上實驗演示：將J2425型教學用可拆變壓器的條形鐵芯豎直放置，把一帶有小燈泡的線圈套在其上（不與其接觸），接通交變電流220V電源后，小燈泡亮了（注意實驗時，通電時間不能過長），如圖1所示.目的在于用最明了的實驗現(xiàn)象破除學生認為只有當導體切割磁感線的時候才能產(chǎn)生感應電流的錯誤認知，激發(fā)起學生的學習興趣.

復習已有知識引出原有錯誤認知，通過演示實驗引起認知差異，調(diào)動認知內(nèi)驅(qū)力，喚起探究欲望，以促進學生積極、高效的認知建構(gòu)，進而科學探究未知領(lǐng)域.

2 創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境，提取抽象的理想模型

自由落體理想模型的建立是重要的教學點，關(guān)鍵在于要讓學生了解理想模型、建構(gòu)抽象的理想模型所涉及的處理問題的方法，提高學生認知能力.

例3.實驗1：將已抽成“真空”的“牛頓管”倒置后，管內(nèi)的羽毛與金屬片幾乎同時到達管底.產(chǎn)生認知沖突的同時，激發(fā)其探究意識.實驗2：從同一高度同時靜止釋放光盤和等大的紙片，哪個下落的快？若將紙片揉成團，與光盤同時靜止下落，又如何呢？實驗3：再次演示打開閥門充滿空氣的“牛頓管”裝置，并提問若倒置鐵片、羽毛、塑料片下落的快慢如何？通過將空氣慢慢抽盡的“牛頓管”各階段實驗演示.實驗4：選用兩段不同長度的粉筆，長短相差5倍，讓他們從同一高度，同時靜止釋放，下落快慢如何？

通過4個相關(guān)的“差異性實驗情境”演示，激發(fā)他們的思維活動，經(jīng)由表及里的思考，認識到事物的本質(zhì)，從實際問題中忽略次要，抽象、建構(gòu)出來的理想化模型.實際處理中，具體問題分析是否能夠構(gòu)建成自由落體（羽毛在空中的下落，就不能看成自由落體運動）.

3 創(chuàng)設(shè)差異性問題情境，進行證偽性實驗教學

瑞士心理學家皮亞杰認為：“激勵學生最有效的方式是建立一種認知失衡狀態(tài)，這樣就會把學生帶入一種認知沖突——他本來認為會發(fā)生的事情卻沒有發(fā)生.”通過創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境，證偽一些在物理學史上早已被證偽的錯誤理論.

例4.關(guān)于摩擦力的概念，不少學生有這樣的錯誤前概念：摩擦力總是阻礙物體的運動，它的方向總與物體的運動方向相反；摩擦力的大小與物體的重力成正比.為了糾正錯誤認知，演示圖2的實驗，讓學生感到上述觀點似乎是正確的.接著進行圖3、4、5的所示的實驗.圖3中木板上面的木塊受到的摩擦力的方向和它的運動方向相同，并“促進”它的運動，這就與“摩擦力總是與運動方向相反，總是阻礙物體的運動”相矛盾；圖4中物體之間的正壓力大小，雖與重力有關(guān)，但不等于重力，而在圖5中，正壓力的大小與物體的重力毫無關(guān)系.通過與問題相結(jié)合的認知差異性實驗，形成認知沖突，將原有錯誤的認識就會轉(zhuǎn)化為正確的認識，表面的認識就會深化為內(nèi)在的認識.通過差異性實驗，證偽一些在物理學史上早已被證偽的錯誤理論及觀點.

圖2

圖3

圖4

圖5

4 創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境，開展物理習題教學

在新課程理念的要求下，高考考查更注重對學生科學探究、知識遷移能力的考查.然而，為了追求短期效果，“滿堂灌，題海戰(zhàn)術(shù)”依舊大行其道，學生在大量習題練習中迷失熱情，在應對探究性、創(chuàng)新性試題時也就屢屢失分.

例5.（2011年浙江高考理綜卷第16題）如圖6所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1＝800和n2＝200的兩個線圈，上線圈兩端與u＝51sin314tV的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是

圖6

（A）2.0V. （B）9.0V.

（C）12.7V. （D）144.0V.

試題情境非常清晰，由于漏磁，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案是（A）.考察了理想變壓器的有關(guān)知識，了解有關(guān)知識則答案并不難選，但實際考查結(jié)果不甚理想，學生思維定勢，套用理想變壓器模型而錯選（B）.

習題教學中若能夠創(chuàng)設(shè)“差異性實驗”情境，教師可有意設(shè)置不滿足理想化條件的實驗演示，（1）使可拆變壓器的鐵芯由不閉合到閉合時，測得接在副線圈兩端的電壓表示數(shù).（2）逐步增加副線圈的匝數(shù)，測得副線圈兩端的電壓表示數(shù).分別求得電壓之比與匝數(shù)之比的比較，得到的結(jié)果與電壓與匝數(shù)關(guān)系比相去甚遠，然后分析，改進線圈電阻，改進閉合鐵芯，也只能不斷接近，重新審視理想化條件：原副線圈無電阻、鐵芯無漏磁且不發(fā)熱，重新建立理想化模型，明確使用條件.習題教學中，創(chuàng)設(shè)“差異性實驗”情境，以習題的物理情景分析為中心，培養(yǎng)“分析式”的解題思維模式，讓情景分析，成為學生的習慣.

5 創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境，進行對比性實驗

例6.斷電自感實驗演示，同時接通圖7甲、乙電路，待燈泡A、B正常發(fā)光，斷開電路，觀察S斷開時，A燈突然閃亮一下才熄滅，B燈未出現(xiàn)閃亮便熄滅.實驗情境創(chuàng)設(shè)意圖：（1）甲電路A的閃亮，出乎學生意料，形成認知差異，激發(fā)學生學習興趣；（2）甲、乙電路實驗現(xiàn)象的差異，導致學生認知的矛盾與沖突深化，為知識的深入研究作好鋪墊.燈泡的閃亮雖與自感有關(guān)，卻并非自感的必然結(jié)果，只有線圈的直流電阻RL遠小于燈電阻RA時，斷開電路瞬間通過燈泡的電流變大才有明顯的閃亮現(xiàn)象.教學中應注意這一問題，避免造成學生思維定勢.通過甲、乙電路采用不同阻值的線圈演示斷電自感現(xiàn)象，進行對比性實驗，分析現(xiàn)象差異變化的原因，以激發(fā)學生探索支配該現(xiàn)象和變化的客觀規(guī)律，有利于發(fā)展學生的知識遷移能力和創(chuàng)造性思維能力.

圖7

總之，在物理課程實施過程中，通過多樣化的教學方式，新課程理念的實施，必然要求教師轉(zhuǎn)變?nèi)粘Ｌ铠喪降慕虒W方式，注重對教材的開發(fā)設(shè)計.創(chuàng)設(shè)差異性實驗情境開展物理教學，通過激活學生已經(jīng)具備的知識和經(jīng)歷，引起學生的認知差異（認知心理不平衡），提高學生的學習興趣.在興趣的引領(lǐng)下，激發(fā)學生的內(nèi)在主動性，學習物理知識與技能，培養(yǎng)其科學探究能力.在這過程中讓學生切實體驗和感悟概念形成的過程和方法，激發(fā)學生探究意識和培養(yǎng)他們敢于質(zhì)疑、善于交流的科學態(tài)度與科學精神.

1 張大均.教育心理學［M］.北京：人民教育出版社，1999.

2 蔡鐵權(quán)，臧文彧等.科學實驗教學與研究［M］.上海：華東師范大學出版社，2008.

3 朱鐵成.物理課程與教學論［M］.浙江：浙江大學出版社，2010.

4 周紀良.用演示實驗突破定勢思維障礙［J］.物理教學，2011（8）：20－21.

5 卞志榮.用“實驗誘導法”進行概念教學的嘗試［J］.物理教學，2011（3）：15－17.