佯謬與初中物理實驗教學＊

董子貴

（泗縣黑塔初級中學，安徽 宿州 234341）

在初中物理實驗教學中，教師通常直接進行實驗操作.結(jié)果，物理實驗雖然有效地吸引了學生的眼球，但是往往不能同樣有效地引起學生的思考；學生的物理學習往往停留在“看熱鬧”的層次，教學效果不甚理想.

為了提高初中物理實驗教學的有效性，我們把佯謬引入物理實驗教學.

1 什么是佯謬

“在物理學發(fā)展史中，最吸引人而又令人絞盡腦汁的大約應該首推五花八門的物理佯謬（或悖論）了”.［1］在英語中，佯謬與悖論常不加區(qū)分.現(xiàn)在，人們通常把導致邏輯矛盾的命題稱為悖論；而把理論或經(jīng)驗與實驗現(xiàn)象或事實之間的矛盾稱為佯謬.“通常出現(xiàn)的情況是：人們從原有的理論或假設前提出發(fā)，推出的結(jié)論與實驗事實不符；或者是人們的認識局限于某一固定的框架中無法突破，因此無法解釋和理解觀察到的現(xiàn)象或?qū)嶒炇聦?從這個意義上可以說在物理學中碰到的基本上是佯謬”.［2］

2 佯謬在初中物理實驗教學中的應用

2.1 佯謬在力學實驗中的應用

我們把佯謬應用于覆杯實驗.首先，我們用硬紙板蓋上空杯杯口并倒置，如圖1（a）所示，則硬紙板因受重力而下落.接著，杯中裝滿水并倒置，如圖1（b）所示.則水因受重力而灑出.最后，我們用硬紙板蓋上裝滿水的杯子的杯口并倒置，如圖1（c）所示.結(jié)果會怎樣呢？學生肯定會認為，硬紙板下落，水灑出.因為硬紙板不僅受重力作用，還受到杯中水向下的壓力作用.可實驗結(jié)果卻是，硬紙板不會掉下，水也不會灑出，與學生猜想相矛盾.___________________

圖1

這顯然出現(xiàn)了佯謬.此后，教師再啟發(fā)、引導學生分析實驗現(xiàn)象，說明大氣壓強的存在就水到渠成了.

再如，利用流體動力學佯謬來說明流體壓強規(guī)律.如圖2所示，圖中的乒乓球相同，玻璃管相同，漏斗相同.學生認為吹氣時更容易掉下來的乒乓球卻偏偏不容易掉下來，如圖2（a）所示；學生認為本該更容易吹起來的漏斗中的乒乓球卻偏偏吹不起來，如圖2（b）所示；學生認為本該更容易吹掉下去的乒乓球卻偏偏掉不下去，如圖2（c）所示.

圖2

淘氣的乒乓球偏偏讓學生對實驗現(xiàn)象的推測都與實驗結(jié)果尖銳矛盾，這顯然出現(xiàn)了佯謬.此后，教師再啟發(fā)、引導學生分析矛盾的原因，消除認知沖突，得出規(guī)律——流體壓強與流速的關系.最后，再通過練習鞏固所得規(guī)律.

2.2 佯謬在電學實驗中的應用

我們把佯謬應用于電路連接關系分析.教師先接通如圖3（a）所示電路.這時，3燈串聯(lián)發(fā)光，其亮度都很弱.隨后，教師依次接通如圖3（b）、（c）、（d）、（e）所示電路.每次接通電路之前，教師都問學生：“能亮的燈有哪些？它們的連接關系如何？”學生對于如圖3（b）、（c）、（d）所示電路的判斷都沒有問題，但對于如圖3（e）所示電路，學生大多會認為，這一下，肯定是一個都不亮！可實驗結(jié)果卻令人大吃一驚：3個燈原本都該不亮的，可結(jié)果竟然都亮了，而且都很亮，特別是L2.

圖3

為什么用了二根“短接線”，反倒連一盞燈也短不掉了？這顯然出現(xiàn)了佯謬.此后，教師再啟發(fā)、引導學生分析佯謬，消除沖突，深化對“短接”的認識.

再 如，把 “2.5V，0.3A”的手電筒燈泡L1與 “220V，60W”的普通白熾燈泡L2串聯(lián)，接到220V的電路上，如圖4所示.結(jié)果如何？學生大多會認為，L1肯定燒掉了！可實驗結(jié)果卻是，L1、L2竟相安無事，看上去都正常發(fā)光.為什么L1不會被燒壞呢？這又出現(xiàn)了佯謬.此后，教師再啟發(fā)、引導學生分析電路的電阻、電流，化解沖突，消除佯謬.

圖4

2.3 佯謬在熱學實驗中的應用

我們把佯謬應用于熱學實驗“觀察水的沸騰”.在學生通過實驗認識到水的沸騰條件之后，教師給出問題：如果把圖5（a）中的酒精燈撤去，那么燒瓶中的水肯定不能持續(xù)沸騰下去.這時，如果用橡皮塞塞住燒瓶口并倒立，再用冷水去澆它，給它降溫，如圖5（b）所示，則燒瓶中的熱水能否沸騰呢？學生大多會認為，你把它澆涼了，肯定不能沸騰.

可實驗結(jié)果卻是，當用汽水澆燒瓶底部時水卻沸騰起來了.這顯然出現(xiàn)了佯謬.此后，教師再啟發(fā)、引導學生分析佯謬，消除沖突.這樣，學生對液體沸騰條件的認識就進一步深化了.

圖5

2.4 佯謬在光學實驗中的應用

我們把佯謬應用于光學實驗“透鏡對光線的作用”.在學生完成實驗“凸透鏡、凹透鏡對光線的作用［如圖6（a）、（b）所示］”之后.教師給出問題：在一塊冰中有一扁球形空氣泡，其形狀宛如凸透鏡.今讓一束平行光從冰中射向這個“空氣凸透鏡”，如圖6（c）所示，則這個“空氣凸透鏡”將會聚光線呢，還是發(fā)散光線呢，抑或既不會聚也不發(fā)散呢？學生大多會認為會聚，因為凸透鏡對光線具有會聚作用.我們用玻璃代替冰，用兩塊相同的平凹透鏡組合成如圖6（d）所示裝置以代替圖6（c）所示裝置進行實驗研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這個空氣凸透鏡只是披著凸透鏡的“皮”，卻干著凹透鏡的事——它竟然發(fā)散光線！

圖6

為什么這個空氣凸透鏡不但不會聚光線，反而發(fā)散光線呢？這顯然出現(xiàn)了佯謬.這時，教師再啟發(fā)、引導學生分析其中的原因，從而深刻認識透鏡會聚與發(fā)散光線的本質(zhì)——光的折射規(guī)律，就水到渠成了.

當然，初中物理中還有許多實驗可以利用佯謬.在此恕不贅述.

3 佯謬在初中物理實驗教學中的價值

3.1 激發(fā)興趣

既然佯謬“最吸引人”，那么在初中物理實驗教學中，我們不妨選用或設計一些佯謬來激發(fā)學生的學習興趣，喚醒學生的好奇心，激起學生的求知欲.

3.2 驅(qū)動思維

既然佯謬往往“令人絞盡腦汁”，那么在初中物理實驗教學中，我們就可以利用佯謬來驅(qū)動學生的物理思維，進而培養(yǎng)并發(fā)展學生的物理思維能力.

3.3 深化認識

在佯謬中，真實鮮活的物理事實與學生頭腦中已有的物理理論或經(jīng)驗尖銳矛盾，對比強烈.這不僅強化了學生對物理知識的記憶，而且還能有效地克服學生頭腦中錯誤的物理前概念，進而深化對物理知識的理解與認識.［3］

3.4 掌握方法

在物理學史上，佯謬往往是導致新理論誕生的關鍵.在初中物理實驗教學中，如果教師主動地利用佯謬，向?qū)W生展示物理理論與實驗現(xiàn)象之間的尖銳對立，而隨著對立的消除，學生頭腦中的認知結(jié)構得以更加合理地重構并鞏固.學生長期在這樣的教學氛圍里耳濡目染，便也會在物理學習中有意無意地發(fā)現(xiàn)并提出佯謬，從而在不知不覺中學會利用佯謬來建立或反駁物理理論的方法.

3.5 形成態(tài)度

由于佯謬中的實驗現(xiàn)象或事實與已知的理論或經(jīng)驗水火不容，那么，我們是尊重事實懷疑理論呢，還是堅持理論否定事實呢？理論源自實踐，這就決定了我們必須尊重事實、實事求是.因此，利用佯謬進行物理實驗教學，有利于學生形成“尊重事實、實事求是”的科學態(tài)度.

3.6 養(yǎng)成習慣

因為佯謬不僅吸引學生，而且還會引發(fā)學生思索，所以，在物理實驗中利用佯謬有利于學生養(yǎng)成質(zhì)疑習慣.

4 實驗佯謬教學法

為了切實提高初中物理實驗教學的有效性，充分利用佯謬在初中物理實驗教學中的價值，筆者結(jié)合初中物理實驗教學實踐，提出實驗佯謬教學法.

4.1 什么叫實驗佯謬教學法

簡單來說，在物理實驗教學中，教師利用佯謬，讓實驗結(jié)果或事實與學生頭腦中原有的理論或經(jīng)驗之間尖銳矛盾，從而誘發(fā)學生頭腦中激烈的認知沖突；在學生為此絞盡腦汁之后，教師再啟發(fā)、引導學生消除沖突，化解矛盾；最后，深化并鞏固知識.這種實驗教學方法就叫實驗佯謬教學法.

4.2 實驗佯謬教學法的基本環(huán)節(jié)及結(jié)構

從前面的幾個應用實例可以看出，實驗佯謬教學法通常有5個基本環(huán)節(jié)：引導鋪墊、猜想預測、實驗檢驗、析因矯正、鞏固深化.其基本結(jié)構如圖7所示.

圖7

在初中物理實驗教學中，教師利用佯謬，人為地給學生制造認知沖突，并讓學生為之絞盡腦汁，最后終于找到突破口，學生恍然大悟.也就是說，在初中物理實驗教學中，不能總是讓學生的思維一瀉千里，而要讓它打著漩渦，激起浪花，不僅要讓學生看到熱鬧，而且更要讓學生悟出門道.只有這樣，物理實驗教學才能取得比較理想的效果.

1 楊建鄴.福音：物理學的佯謬［M］.武漢：湖北教育出版社，2013.

2 趙超先.佯謬與物理教學［J］.南京師專·南京教院學報，1994（1）.

3 嚴麗，韓寶玉，金毅，桑芝芳.國內(nèi)外“力與運動”前概念研究概述及對教學啟示［J］.物理教學，2014（3）.

4 張憲魁，李小林，陰瑞華.物理學方法論［M］.杭州：浙江教育出版社，2007.