探討物理直觀性教學(xué)與形象思維能力的有效融合

劉芝兵

（宿遷高等師范學(xué)校，江蘇 宿遷 223800）

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，在我國現(xiàn)行的物理教學(xué)中，還沒有擺脫忽視直觀教學(xué)、輕視物理現(xiàn)象和物理實驗、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)知識很扎實,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)是與實驗、現(xiàn)象和實際情況聯(lián)系在一起的科學(xué)。因而盡管他們精于解題、擅長考試，但卻不善于動手實驗，更不善于創(chuàng)新。如何解決這個問題呢?關(guān)鍵是要樹立一種新的觀念，即在理論與實驗的關(guān)系上，要重視實驗,真正把實驗放在應(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)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)思想的問題，更反映了不同的傳統(tǒng)文化背景對人們觀念的影響。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驗及其人才的培養(yǎng)，鼓勵能動手的人脫穎而出，而中國的傳統(tǒng)文化則重理論輕實驗,注重思維能力的培養(yǎng)，忽視實驗人才的發(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)，不重視物理實驗，只注重理論的演繹而忽視方法的運用。

事實上“物理本身是現(xiàn)象而不是推演?！蓖ㄟ^物理實驗，可以真實地展現(xiàn)物理過程，幫助學(xué)生直接抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)，把握物理運動的主要特征，排除次要因素的干擾，從而認(rèn)識物理運動的基本規(guī)律。物理實驗也是一種理論聯(lián)系實際的實踐活動，可以使學(xué)生在教學(xué)中處于主體地位，有效地完成知識的遷移過程。通過實驗，還可以用生動活潑的形象激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,形成良好的學(xué)習(xí)動機(jī)，并通過非智力因素的作用促進(jìn)學(xué)生智力的發(fā)展。

二、物理教學(xué)中培養(yǎng)形象思維能力的途徑

縱觀物理教學(xué)直觀性與形象思維的關(guān)系,我們很容易得出這樣一個結(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、活潑、有理、有節(jié)，使課堂簡練、清晰,學(xué)生才能看得清、聽得懂、易接受、便于想象和遷移。我國著名物理教育家朱正元教授說過:“對于物理概念、物理規(guī)律等一些理論性的東西,往往是千言萬語說不清，一看實驗就分明了?！蹦敲矗谖锢斫虒W(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?

（一）強化直觀教學(xué)，塑造形象思維

因為形象思維往往以感覺、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),運用演示、板書、板畫、模型、幻燈、實物投影和多媒體等直觀的教學(xué)手段和方法,使學(xué)生獲得生動具體的感性認(rèn)識，直觀地了解或認(rèn)識客體的全部形態(tài),并上升為知覺,產(chǎn)生形象的過程。

譬如,在講授“光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”時,僅憑這樣一句抽象的語言，學(xué)生頭腦中很難留下什么印象，更不用說接下來的“折射定律”“反射定律”和運用這些知識去解釋:夏天夜晚的天空中看到星星的閃爍；夏日陽光下沙漠、公路表面遠(yuǎn)處的物體模糊晃動、海市蜃樓等現(xiàn)象。為此，我們可以設(shè)計一個“光在不均勻介質(zhì)中傳播現(xiàn)象”的演示實驗。如圖1所示，用直徑為1cm、長為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，攪動清水時，屏幕上光點不動。而后分別進(jìn)行如下操作,并仔細(xì)觀察屏幕上光點的變動情況：①在水中倒入少許蔗糖,稍微攪動水；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,而后慢慢注入熱水。鮮明的實驗現(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生清晰地展示半影和本影。這樣的實驗簡單、易做，生動而活潑，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

（二）創(chuàng)造實驗機(jī)會，增強動手能力

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(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)生動手做實驗或引導(dǎo)學(xué)生自己動手設(shè)計實驗，讓他們在親自操作中更細(xì)致、更全面地去觀察物理現(xiàn)象,體驗物理規(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)計如圖2a的實驗:喇叭中通入低頻交流電時,在電波的作用下，明膠片振動，從而使乒乓球也晃動起來。

圖2

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)計如圖2b的實驗,讓學(xué)生動手進(jìn)行實驗并剖析其原因。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。為此，可設(shè)計如圖2c的實驗：①斷開K,在電阻絲上涂蠟,點燃電阻絲中的蠟,隨著電阻絲的受熱變長，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。兩者對照，電流熱效應(yīng)現(xiàn)象顯現(xiàn)。

又如，光的衍射現(xiàn)象形成的原理在高中階段還無法分析，但我們可以用實驗的手段開展直觀的教學(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)生通過薄紗巾片、絲襪片和透明紙去觀察光時，分別看見“十字光芒”“星光狀”“環(huán)帶狀”及“爆炸狀”的行射圖樣，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、電視中常見的“十字光芒”時,激動不已，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)階段在我國的中學(xué)物理教學(xué)中，大多實驗是驗證性實驗。為了培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力，我們應(yīng)該在教學(xué)中有意識地讓學(xué)生多做一些探究性實驗,教師也可以將-些驗證性的演示實驗適當(dāng)?shù)馗脑斐商骄啃匝菔緦嶒?盡可能地向?qū)W生提供更多的形象思維的材料，讓學(xué)生體會探究與發(fā)現(xiàn)的樂趣。

例如，學(xué)習(xí)圓周運動中“向心力”這節(jié)內(nèi)容后,我們可設(shè)計這樣的演示實驗: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)，這時可看見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、活潑的實驗，能充分調(diào)動學(xué)生思維的積極性,促使學(xué)生經(jīng)過一系列符合邏輯的比較、分析和綜合的過程,弄清楚實驗的本質(zhì)，從而啟迪學(xué)生思維的發(fā)展。

圖3

又如“單擺”一節(jié)的教學(xué)中,學(xué)習(xí)了單擺的基本知識后,我向?qū)W生提供了幾個外形完全相同、質(zhì)量不同的金屬小球,2個外形和質(zhì)量相同的金屬小球，幾根細(xì)線,6塊條形磁鐵，鐵架臺和橫桿，固定橫桿的器具，米尺和2個鐵夾，要求學(xué)生設(shè)計出定性驗證單擺周期公式的實驗。

這種用實物進(jìn)行實驗設(shè)計的思想符合高中生活潑好動、容易激發(fā)形象思維的特點，因而激發(fā)了學(xué)生濃厚的興趣。片刻后，甲同學(xué)說：“因為材料中沒有停表,所以用書上的實驗方法是不行的。”乙同學(xué)接著說：“書上的實驗采用分別測出兩個單擺周期的方法找出有關(guān)物理量間的關(guān)系,類似地，我們可以將兩個單擺在相同時間內(nèi)完成振動的次數(shù)進(jìn)行對比的方法來研究有關(guān)問題?！蔽铱隙艘业姆椒ǎ⒁龑?dǎo)學(xué)生按圖3c的裝置很快驗證了單擺振動的周期與擺錘的質(zhì)量和振幅無關(guān)與擺長的平方根成正比。丙同學(xué)自言自語地說:“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，而是問學(xué)生：“單擺擺動中的回復(fù)力由重力的切向分力提供，而物體在地球的不同位置時所受的重力是不同的。那么,單擺的振動周期跟g有什么關(guān)系呢?”丁同學(xué)用肯定的語氣說:“我們可將磁鐵(由幾塊條形磁鐵疊成)放在甲球下方,通過磁鐵對甲球的吸引力改變甲球振動的回復(fù)力的方法來模擬單擺在地球表面上的不同位置時的擺動情況?！彼脑捯齺硪魂囌坡?。進(jìn)行實驗演示后發(fā)現(xiàn)擺球難以穩(wěn)定。怎么辦呢?戊同學(xué)想了想說:“只要改變一下擺線就行，用兩條等長的懸點分開的細(xì)線系住甲球,就可以穩(wěn)定甲球的擺動軌道”。一個頗有難度的實驗，就像猜謎一樣,經(jīng)過學(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。

（三）發(fā)揮主體地位，培養(yǎng)創(chuàng)造精神

在物理課堂教學(xué)中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，也是創(chuàng)造的主體，每個學(xué)生都是發(fā)展中的人，因此，在教學(xué)中應(yīng)更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，重視學(xué)生的對課堂教學(xué)的理解和感悟，發(fā)揮他們的主觀能動性和創(chuàng)造性，把他們當(dāng)作課堂的主人；教師要發(fā)揮主導(dǎo)性作用，對于學(xué)生在課堂中提出的問題要進(jìn)行引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生的物理探究思維，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，合作交流能力，自主創(chuàng)新能力。在學(xué)生主動、積極、創(chuàng)造的基礎(chǔ)上進(jìn)行直觀性的物理教學(xué)才能取得事半功倍的效果。

我們知道，學(xué)習(xí)的目的：一是繼承和運用，二是發(fā)展提高。而一些尚待發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識對象往往是處于認(rèn)識主體難以直接把握的復(fù)雜的系統(tǒng)中的。如果不學(xué)會從整體上首先去把握問題的實質(zhì),然后再去具體研究問題的方法,不首先設(shè)法通過已有的模型使復(fù)雜的現(xiàn)象簡單化、理想化，使抽象的問題具體化,就根本無法解決問題。因此,我們在平時的教學(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)置解決實際問題的情境,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)識活動中的中介物,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。

（四）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成良好習(xí)慣

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，在研究過程中需要做到定性研究和定量研究相結(jié)合，不僅要用物理概念解釋各種生活現(xiàn)象，還需要學(xué)習(xí)大量公式進(jìn)行計算推導(dǎo)和演繹，甚至很多抽象概念難以理解，會對一部分學(xué)生造成阻礙，因此，在物理教學(xué)中更要注重學(xué)生興趣的激發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)物理的樂趣所在，學(xué)生才更愿意將時間和精力投入到學(xué)習(xí)中去。要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，將物理學(xué)科知識與學(xué)生日常生活中的遇到的問題聯(lián)系起來，并能通過一些直觀的物理掛圖、模型、實驗為學(xué)生解釋科學(xué)的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生理解物理學(xué)習(xí)就是日常生活現(xiàn)象科學(xué)化的工具，以此鼓勵學(xué)生踴躍參與到物理學(xué)習(xí)和實驗中去，教師也要加強啟發(fā)和引導(dǎo)，與學(xué)生一起動手操作和探究，共同打造高效的物理學(xué)習(xí)課堂。

學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣的形成不僅是學(xué)會學(xué)習(xí)的標(biāo)志也是培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力的重要途徑。物理學(xué)的學(xué)科特點也要求學(xué)生不能眼高手低，物理現(xiàn)象與學(xué)生日常生活現(xiàn)象息息相關(guān)，這就要求學(xué)習(xí)物理要有勤于觀察的習(xí)慣，如觀察某一物體的受力情況、自由落體現(xiàn)象、物體之間的摩擦力等，當(dāng)老師在進(jìn)行直觀的實驗演示時，學(xué)生也要細(xì)致觀察實驗過程和產(chǎn)生的現(xiàn)象，認(rèn)真思考實驗的原因和結(jié)果，這都需要學(xué)生養(yǎng)成善于觀察的學(xué)習(xí)習(xí)慣，才能更好地掌握物理相關(guān)知識；學(xué)生要養(yǎng)成良好的動手學(xué)習(xí)習(xí)慣，這就要讓學(xué)生更多地參與到實驗中來，將學(xué)校的各實驗器械設(shè)備充分利用起來，可以采用“原理講授、實驗演示、學(xué)生操作、總結(jié)提高”的模式，讓每個學(xué)生都能在實驗操作的過程中理解物理學(xué)知識相關(guān)原理并學(xué)會掌握和運用；學(xué)生還要養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，這不僅要求學(xué)生學(xué)會觀察和思考，教師更要會引導(dǎo)學(xué)生分析和探究，在研究某一物理理論時，要遵循物理學(xué)知識研究的一般規(guī)律。著名美國教育學(xué)家杜威就曾提出研究問題的“五步教學(xué)法”：首先創(chuàng)設(shè)疑難情境，確定疑難所在；其次提出解決問題的種種假設(shè)；再次，推斷哪個假設(shè)能解決這個困難；最后，驗證這個假設(shè)。在物理學(xué)習(xí)時也要學(xué)會運用物理研究方法，盡可能采用直觀化的實驗方法和程序，鼓勵學(xué)生思考和想象，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力。

（五）關(guān)注個體差異，創(chuàng)新教學(xué)方法

加德納的多元智能理論認(rèn)為，智力的內(nèi)涵是多元的，它由其七種相對獨立的智力成分組成，不同的學(xué)生個體外顯的智力水平和行為有很大差別，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力也參差不齊，因此，教師要關(guān)注學(xué)生對于知識的不同理解，重視學(xué)生的個體差異，更多采用直觀化、形象化的教學(xué)手段，并盡量以一個有趣的教學(xué)形式呈現(xiàn)給學(xué)生，注重學(xué)習(xí)的循序漸進(jìn)，由淺入深、由易到難、由簡到繁。當(dāng)面臨物理學(xué)中比較艱澀難懂的概念和理論時，教師也應(yīng)恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用實驗直觀、教具直觀和語音直觀，能夠?qū)?fù)雜的問題簡單化，語言形象性程度能夠達(dá)到更多同學(xué)理解和接受的水平，盡可能兼顧不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生，如可以利用一些實物教具為學(xué)生演示力的作用是相互的、家庭電路的簡單演示儀，還可以讓學(xué)生親自完成平面鏡成像、凸透鏡成像的規(guī)律實驗等，這能夠讓學(xué)生直觀接觸物理現(xiàn)象，并引導(dǎo)學(xué)生思考成因，掌握理論運用的原理，使每個學(xué)生都能學(xué)有所獲。

但是我們在運用直觀教學(xué)的同時也要注意不是所有的物理知識教學(xué)都可以運用直觀教學(xué)手段，這要視學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容試用直觀的可行性和教師教學(xué)現(xiàn)狀和學(xué)校的實際情況來定，如因條件限制使用直觀教具演示實驗效果不明顯，教師就可以選用視頻演示的方法進(jìn)行；還要針對學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)恰當(dāng)運用直觀，有些知識學(xué)生日常生活中已接觸過并能夠理解和掌握，就不用再為了直觀而直觀了。所以教師要把握直觀的“度”，恰當(dāng)?shù)剡x取直觀教學(xué)手段，使教學(xué)直觀能夠塑造學(xué)生的形象思維能力，又不禁錮學(xué)生的抽象思維能力。

三、結(jié)語

在物理課堂教學(xué)中，直觀性教學(xué)在對學(xué)生形象思維能力的培養(yǎng)中發(fā)揮了巨大作用，也是促進(jìn)學(xué)生理解和掌握知識的重要手段。通過運用實驗直觀，能夠讓學(xué)生理解實驗過程，將復(fù)雜的物理理論轉(zhuǎn)化為自己腦海中的知識體系；通過運用教具直觀，能夠讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下積極思考，形成學(xué)生的形象思維能力，通過運用語言直觀，可以有效地將抽象的物理概念生動活潑化，幫助學(xué)生化解知識難點，教師清晰、條理、直觀化的講述能幫助學(xué)生塑造邏輯思維體系，有效恰當(dāng)?shù)倪\用直觀，讓直觀服務(wù)于教學(xué)，讓直觀與學(xué)生的形象思維有效融合，是尊重教學(xué)規(guī)律的重要體現(xiàn)，也是未來高效教學(xué)的必要舉措。