“悖論思想”在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用 *

“悖論思想”在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用*

梁 瑤韓寶玉桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江蘇 蘇州215006)

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題,項(xiàng)目編號(hào)：D/2013/01/105;中國(guó)教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)2013-2016年全國(guó)物理教育科研重點(diǎn)課題“基于中學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理教師教學(xué)研究能力培養(yǎng)研究”的階段性研究成果之一.

指導(dǎo)教師：桑芝芳(1971-)，女，博士，教授，研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理和大學(xué)物理教學(xué).

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了悖論的思想，闡述了悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用模式，并列舉了相關(guān)教學(xué)案例.

關(guān)鍵詞：悖論思想教學(xué)流程教學(xué)案例

收稿日期：(2015-06-08)

作者簡(jiǎn)介:梁瑤(1990-)，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲锢碚n程與教學(xué)論.

Abstract:In the paper, the Paradox thoughts are introduced, the teaching procedure of Paradox in Physics Teaching is explained and some teaching cases are provided.

1悖論思想簡(jiǎn)述

悖論源于古希臘，其希臘文被稱為“疑難”，意思是說(shuō)“無(wú)路可走，無(wú)法解決”.通常把真正導(dǎo)致邏輯矛盾的命題稱為悖論，有學(xué)者認(rèn)為悖論實(shí)際上就是一種邏輯矛盾，它指的是從某一前提出發(fā)推出兩個(gè)邏輯上自相矛盾的命題，或從某一理論推出的命題與已知科學(xué)原理或?qū)嵺`產(chǎn)生的邏輯矛盾.

那么悖論的成因是什么？在這個(gè)問(wèn)題上，大家莫衷一是，但兩個(gè)問(wèn)題是明確的.首先，悖論不是根源于客觀事物所固有的矛盾，也不是主觀錯(cuò)誤.其次，悖論不是簡(jiǎn)單的邏輯矛盾.悖論與邏輯矛盾都包含矛盾的認(rèn)識(shí)，但悖論是正常的，不可避免的；而邏輯矛盾是不正常的，是可以避免的.邏輯矛盾只涉及邏輯形式，而悖論卻不一定如此.因此，悖論在實(shí)質(zhì)上是客觀事物的辯證性同主觀思維的形而上學(xué)性以及方法的形式化特征之間矛盾的一種集中體現(xiàn).

悖論從不同的角度可以進(jìn)行多種分類，通常把悖論分為語(yǔ)形悖論、語(yǔ)義悖論和語(yǔ)用悖論.語(yǔ)形悖論又叫邏輯-數(shù)學(xué)悖論.這種悖論不涉及內(nèi)容, 只與元素、類或集合、屬于和不屬于、基數(shù)和序數(shù)等數(shù)學(xué)概念相關(guān), 并且能用符號(hào)邏輯體系的語(yǔ)言表述.主要的語(yǔ)形悖論有布拉里-費(fèi)蒂悖論、康托爾悖論、羅素悖論和理發(fā)師悖論.語(yǔ)義悖論不是純邏輯的和純數(shù)學(xué)的, 而與一些心理的或語(yǔ)義的概念有關(guān).主要的語(yǔ)義悖論有說(shuō)謊者悖論、格雷林悖論、理查德悖論、貝里悖論.而語(yǔ)用悖論是一種與語(yǔ)境和認(rèn)知主體及其背景知識(shí)有關(guān)的悖論.

實(shí)踐證明，物理學(xué)的發(fā)展與悖論的研究有直接的關(guān)系.伽利略落體快慢悖論糾正了統(tǒng)治2 000多年的亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，讓物理學(xué)跨入真正的科學(xué)時(shí)代；光速悖論和雙生子佯謬促使相對(duì)論的誕生，開辟了物理學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元.悖論的發(fā)現(xiàn)往往會(huì)激勵(lì)著科學(xué)家們沖破原有的觀念和束縛，運(yùn)用創(chuàng)新的思維和方法提出新的問(wèn)題，解決新問(wèn)題，從而建立新的理論，最終促進(jìn)物理學(xué)革命性的發(fā)展.中學(xué)物理教學(xué)中若能合理利用悖論思想，將有利于學(xué)生理解物理問(wèn)題的本質(zhì)，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和物理思維品質(zhì).

2悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用

在中學(xué)物理教學(xué)中，悖論思想主要體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)的與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)、方法、思維、物理情境等方面的不一致或矛盾.例如，學(xué)生根據(jù)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的判斷和觀察到的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不一致；學(xué)生根據(jù)原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的判斷和理論推導(dǎo)的結(jié)論不一致；探究物理規(guī)律時(shí)設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果相矛盾；數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)際物理涵義相矛盾，等等.悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用模式如圖1所示.

圖1　悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用流程

(1)創(chuàng)設(shè)物理悖論情境，合理設(shè)置悖論

教師要根據(jù)學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新學(xué)知識(shí)的特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)與學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)相沖突的物理情境，在這特定的情境里，針對(duì)其中涉及的物理現(xiàn)象、過(guò)程和結(jié)果使學(xué)生產(chǎn)生懷疑，對(duì)已有的物理概念和規(guī)律表示不信任，從而提出相關(guān)的問(wèn)題，合理設(shè)置悖論.在進(jìn)行悖論設(shè)置時(shí)，教師不能牽強(qiáng)附會(huì)，要自然地引出教師和學(xué)生共鳴的材料.

(2)引導(dǎo)學(xué)生導(dǎo)致悖論

教師要尊重學(xué)生，充分體現(xiàn)教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，提出問(wèn)題.在創(chuàng)設(shè)悖論情境的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析，導(dǎo)致悖論.教師要充分考慮學(xué)生已有的認(rèn)知水平，不管學(xué)生的回答是對(duì)的還是錯(cuò)的，與學(xué)生積極討論，營(yíng)造一種和諧的教學(xué)環(huán)境.

(3)啟發(fā)認(rèn)知，分析悖論，消除悖論

悖論的出現(xiàn)讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，他們會(huì)對(duì)自己已有的知識(shí)產(chǎn)生懷疑，急切想要弄清楚究竟是怎么一回事兒，為什么會(huì)出現(xiàn)如此神奇的事情？這吸引了學(xué)生的注意力，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的興趣.此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析悖論產(chǎn)生的原因，并尋求消除悖論的方法.

(4)建立新認(rèn)知

悖論激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)處于一種不平衡的狀態(tài)，從而促使學(xué)生進(jìn)一步探究問(wèn)題，解決問(wèn)題.在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài).當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，會(huì)使知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，從而促進(jìn)學(xué)生更加深刻地理解和鞏固新的知識(shí).

3教學(xué)案例

案例1：沸點(diǎn)與壓強(qiáng)關(guān)系的教學(xué)

學(xué)生原有認(rèn)知：在學(xué)習(xí)物態(tài)變化時(shí)，學(xué)生已經(jīng)知道了水的沸騰條件，一是達(dá)到水的沸點(diǎn)，二是要繼續(xù)加熱.

根據(jù)學(xué)生原有認(rèn)知，教師提問(wèn)：如圖2，燒杯里的水正在沸騰，如果這時(shí)把酒精燈移走，水還會(huì)沸騰嗎？

圖2　水的沸騰

學(xué)生根據(jù)原有認(rèn)知判斷：酒精燈移走，停止加熱，水不沸騰.

教師繼續(xù)提問(wèn)：如果不沸騰，我們能夠采取哪些方式讓水沸騰呢?

學(xué)生們討論，教師點(diǎn)撥(創(chuàng)設(shè)悖論情境)：如圖3所示，若把燒瓶用瓶塞蓋緊，再將其倒置，用冷水去澆它，燒瓶里的水還會(huì)沸騰嗎？

圖3

學(xué)生們繼續(xù)討論，根據(jù)原有認(rèn)知一致認(rèn)為：冷水降低了水的溫度，低于水的沸點(diǎn)，水一定不能沸騰.

教師根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題串的方式，一步步把學(xué)生引入所要討論的問(wèn)題上，創(chuàng)設(shè)了物理悖論情境.

導(dǎo)致悖論：教師按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果超出意料，燒杯里的水居然沸騰了，很自然地導(dǎo)致了悖論.悖論的出現(xiàn)激發(fā)了學(xué)生探究的欲望，燒瓶里的水為什么沸騰了呢？這肯定是水達(dá)到了沸點(diǎn).沸點(diǎn)還是之前的100℃嗎？

引導(dǎo)學(xué)生分析并消除悖論，建立新認(rèn)知：向燒杯底部澆冷水，顯然水的溫度降低，但仍再一次沸騰，說(shuō)明水的沸點(diǎn)降低.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析，向燒杯底部澆冷水，不僅降低了水的溫度，而且降低了燒杯里的壓強(qiáng)，沸點(diǎn)和壓強(qiáng)有關(guān)，壓強(qiáng)減小，沸點(diǎn)降低.雖然水的溫度降低了，但壓強(qiáng)減小導(dǎo)致沸點(diǎn)降得更低，因此水仍然能沸騰，從而消除了悖論，并進(jìn)一步討論高山上的食物為什么煮不熟等問(wèn)題.

通過(guò)上述悖論教學(xué)，學(xué)生對(duì)液體沸騰的條件有了新的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)沸點(diǎn)有了更深刻的理解.

案例2：閉合電路歐姆定律的教學(xué)

學(xué)生原有認(rèn)知：在初中時(shí)學(xué)生已掌握部分電路歐姆定律，且電源都當(dāng)作理想電源.

教師根據(jù)學(xué)生原有認(rèn)知提問(wèn)學(xué)生：如圖4，在改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化，為什么？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)的知識(shí)判斷：電壓表的示數(shù)不變，因?yàn)殡娫措妷菏遣蛔兊?

教師創(chuàng)設(shè)悖論情境，設(shè)置悖論：教師演示實(shí)驗(yàn)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)是變化的，這讓學(xué)生產(chǎn)生了疑惑.

圖4

教師引導(dǎo)學(xué)生分析、消除悖論，建立新認(rèn)知：電壓表的示數(shù)發(fā)生改變，那么電路中必定存在另外一個(gè)電阻，進(jìn)一步分析得出電源是有內(nèi)阻的，在此基礎(chǔ)上探究閉合電路歐姆定律的具體形式及其規(guī)律.

通過(guò)上述教學(xué)，學(xué)生對(duì)閉合電路歐姆定律有了更加深刻、本質(zhì)的理解.

教師在物理教學(xué)中適時(shí)、合理地運(yùn)用悖論思想, 把學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感到困惑的問(wèn)題以“悖論”形式暴露出來(lái), 并加以分析, 有助于糾正學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中存在的思維障礙，使抽象的物理概念和物理過(guò)程變得更具體、直觀,從而加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解.

參 考 文 獻(xiàn)

1楊寧芳. 悖論分類及其產(chǎn)生原因探究. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2007(04)：361～363

2岳燕寧. 悖論與物理教學(xué). 物理教師，2000(06)：38～39

3曾志旺. 物理教學(xué)中“悖論”的形態(tài)、功能和使用. 物理教師，2002(03)：18～19

4余建剛. 也談悖論法在物理教學(xué)中的運(yùn)用. 物理教師，2006(02)：8～10

ApplicationonParadoxThoughtinMiddleSchoolPhysicsTeaching

LiangYaoHanBaoyuSangZhifang

(DepartmentofPhysics,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215006)

Keywords:Paradoxthoughts;teachingprocedure;teachingcases