通過“體驗感知”實現(xiàn)對物理概念的“理性認(rèn)知”

摘要：2018年暑假的江蘇省物理教師“引智培訓(xùn)”項目.美國教師在課堂中呈現(xiàn)的精妙體驗環(huán)節(jié)令眾多教師印象深刻.物理概念是物理教學(xué)中的重要基石，結(jié)合培訓(xùn)內(nèi)容，筆者探討了如何在物理概念教學(xué)中，通過增加學(xué)生的“感官體驗”“活動體驗”“實驗體驗”和“美感體驗”等體驗式教學(xué)活動，來促進(jìn)學(xué)生主動建構(gòu)、理解概念，實現(xiàn)對概念從“形象感知”到“理性認(rèn)知”的升華.

關(guān)鍵詞：體驗；概念；物理；引智培訓(xùn)

作者簡介：蔡麗（1987-），女，江蘇無錫人，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：初中物理學(xué)科教學(xué).

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人腦中的反映，是事物的抽象.在物理概念教學(xué)中，教師如果只是空洞地講解或說教，學(xué)生就會處于被動接受知識的狀態(tài).捷克教育家夸美紐斯認(rèn)為：一切知識都是從感官體驗開始的.體驗式教學(xué)是指依據(jù)學(xué)生已有認(rèn)知水平，選取必要的材料、創(chuàng)設(shè)合理情境，讓學(xué)生在直觀體驗中理解知識、發(fā)展能力.

2018年暑假，筆者有幸參加了江蘇省針對物理教師開設(shè)的“引智培訓(xùn)”.在兩周的培訓(xùn)中，來自美國的Dawn老師設(shè)計了大量精妙的體驗活動，令筆者印象深刻.大衛(wèi)·庫伯認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個以體驗為基礎(chǔ)的持續(xù)的過程.只有通過積極體驗，反思觀察與思考，才能將對事件的具體經(jīng)驗，逐漸抽象概念化.如何在物理概念教學(xué)中增加學(xué)生“體驗”，以促進(jìn)其主動建構(gòu)、理解概念，是筆者在培訓(xùn)中一直在思考的問題.

1增加與物理概念有關(guān)的感官體驗

初中階段，學(xué)生學(xué)習(xí)到的物理概念很多，大致可以歸為三類： （1）描述物理現(xiàn)象的概念，如熔化、勻速直線運(yùn)動、擴(kuò)散、光的直線傳播等；（2）反映物理本質(zhì)特征或?qū)傩缘母拍睿缳|(zhì)量、密度、慣性、比熱容等；（3）反映物體間相互作用及規(guī)律的概念，如力、功、功率、機(jī)械能、壓強(qiáng)等.

11體驗與“物理現(xiàn)象”有關(guān)的概念

感官體驗式教學(xué)，是教師利用一系列課堂活動，使學(xué)生通過眼、耳、鼻手等感覺器官，體會物理概念本質(zhì)的過程[1].對于第一類“描述物理現(xiàn)象”的概念，設(shè)置體驗相對容易.例如，Dawn老師用金屬環(huán)演示聲波的傳遞（如圖1），并讓大家用到金屬衣架和線做固體傳聲實驗（如圖2）.Dawn老師提供了不同的線，有棉線、麻線、細(xì)金屬絲、釣魚線等.學(xué)員們對比體驗，除了感知聲音的產(chǎn)生與傳播，還自發(fā)對比不同種類線的傳聲效果.體驗視覺、聽覺感官在“聲音”教學(xué)中的應(yīng)用.

12體驗反映“物理屬性”和“物體間相互作用”的概念

對于后兩類相對抽象的概念，學(xué)生獲得直觀經(jīng)驗并不容易，但合理增加感官體驗，同樣可以幫助學(xué)生在感性的基礎(chǔ)上通過理性思維而建構(gòu)概念.例如，在“密度”教學(xué)中，對于這一相對抽象的物理屬性概念，可以先呈現(xiàn)以下幾幅圖并提出問題.圖3如何描述電線上的小鳥密集程度？（線密度）；圖4如何反映我國的人口密度？（面密度）；圖5對比兩幅圖中骨骼礦物質(zhì)密度，你有何發(fā)現(xiàn)？（體密度）.關(guān)于“密度”概念的視覺體驗，能夠引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗建立起“密度”的大概念，為比值定義打下基礎(chǔ)，并了解初中課本中討論的密度其實是指體密度.這種視覺體驗對學(xué)生掌握“密度”這一核心概念非常有益.

再例如，在“液體壓強(qiáng)”教學(xué)中，可以讓學(xué)生手帶一次性手套浸入盛水容器中，感受液體壓強(qiáng)的存在和變化.在“浮力”教學(xué)中，可將球緩慢壓入水中，感受球所受浮力的變化.教師可以在類似的體感活動之后，幫助學(xué)生內(nèi)化實踐感受，輔以思維加工，初步建立概念.

2增加有助于概念理解的趣味活動體驗

活動體驗式教學(xué)，是指由教師組織一系列的課堂活動，促進(jìn)學(xué)生直接行動體驗，讓學(xué)生從行為和情感上直接參與到活動中，通過切身體驗來建構(gòu)物理知識體系，最終達(dá)到對概念的理解[2] .正如Dawn老師介紹的，在課堂中她會讓學(xué)生遇到問題時先嘗試解決問題，再討論背后的原因和先關(guān)知識，這個順序很重要.

21在“小制作”“小游戲”中加深對物理概念的理解

從“小制作”和“小游戲”的角度進(jìn)行物理學(xué)習(xí)，在某種程度上形成“寓學(xué)于樂”.在制作和游戲的過程中，學(xué)生會遇到各種問題，這些問題往往與物理現(xiàn)象或規(guī)律有關(guān).在解決問題的過程中，學(xué)生可以直觀體會概念所表征的物理量或物理屬性，并且興趣十足.

例如培訓(xùn)中，Dawn老師讓大家按圖紙制作一個“投射器”（圖6），并讓大家嘗試投擲不同大小的小球.為了將小球投射得更遠(yuǎn)，大家在制作的過程中不約而同地增大投射板的傾角.在投擲過程中用力下壓投射板，發(fā)現(xiàn)大球投得更遠(yuǎn).在整個過程中，大家已經(jīng)運(yùn)用了很多物理學(xué)知識，例如彈性勢能、牛頓第三定律等.在作品展示即“小游戲”環(huán)節(jié)，有一組學(xué)員的小球投得特別遠(yuǎn)，原來是這組組員在小球中注了水，增加了質(zhì)量.大家歡笑之余，開始圍繞這一“作弊”討論原因，討論動量定理，從而加深了對“動量”概念的理解.

22開展“競賽”，在競賽過程中體會物理概念的內(nèi)涵與外延

在Dawn老師課堂中，形式多樣的競賽體驗讓大家內(nèi)驅(qū)力十足且印象深刻.例如在“浮力”教學(xué)中，針對學(xué)生的生活經(jīng)驗不足，Dawn老師設(shè)計了鋪墊性的“競賽”體驗活動：讓學(xué)生用錫箔紙造船（如圖7），比較船漂浮時裝載的硬幣數(shù)量.因為只可以用相同規(guī)格的錫箔紙而不能用其他材料，所以不同小組都采取折紙的方式.學(xué)員們發(fā)現(xiàn)，不同形狀的船最大載重不同；裝載的硬幣越多，船排水量越大，直到船形變進(jìn)水.這一“競賽”不僅使學(xué)生體驗了浮力，也為“浮力大小影響因素”的猜想指明了方向，同時為“浮沉條件”的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).學(xué)生在競賽過程中會仔觀察、對比自己組和其他組的不同，潛移默化地加深了對“浮力”概念的內(nèi)涵與外延的理解.

也許在實際課堂中，由于課時限制，我們并沒有足夠的時間讓學(xué)生充分“制作”“游戲”或“競賽”.但是以解決問題為導(dǎo)向的“項目式驅(qū)動”教學(xué)形式，確是可以借鑒的.在概念教學(xué)中，這種活動式的體驗是理性抽象思維的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)物理概念的重要途徑.

3提供豐富素材樣本增加實驗體驗

蘇霍姆林斯基說過：“如果概括性的結(jié)論不是從實踐中抽取，不是建立在分析事實的基礎(chǔ)上，那么死記和背誦的結(jié)果，就是學(xué)生并不能運(yùn)用他們花了很多勞動得來的知識.”在物理概念教學(xué)中，實驗往往是不可或缺的.但如果只做很少的實驗就歸納出一個概念，往往會成為“急于求成”的灌輸，無法體現(xiàn)學(xué)生的主體地位.在概念教學(xué)中，教師應(yīng)提供豐富素材樣本，增加學(xué)生真實的實驗體驗，同時積極引導(dǎo)，幫助學(xué)生實現(xiàn)從“實驗體驗”向“理性認(rèn)知”相關(guān)概念的轉(zhuǎn)化.

在“密度”教學(xué)中，Dawn老師給每一小組準(zhǔn)備了一包材料，里面有軟木塞、金屬塊、骰子、回形針、玻璃珠、小石塊等（如圖8），并且提供天平、量筒等，要求小組合作測出各物體的密度，然后通過查表或借助網(wǎng)絡(luò)了解組成各物體的材料種類，最后展示交流.

在匯報時，Dawn老師要求將材料貼在匯報單上，標(biāo)明測量結(jié)果和對應(yīng)的物質(zhì)（如圖9）.在多組對比分析時會發(fā)現(xiàn)（如圖10），有的物體體積一樣但質(zhì)量不同，所以密度不同，有的物體質(zhì)量相同但體積不同，也是由不同物質(zhì)組成的.還有一些物體質(zhì)量和體積都不同，但測出的密度非常相近，是同種物質(zhì)組成.先充分實驗，再對比分析，“密度是物質(zhì)的物理屬性，與質(zhì)量、體積無關(guān)”的規(guī)律就呼之欲出了.最關(guān)鍵的是，這一結(jié)論是基于豐富素材樣本的實驗得出的，每位學(xué)員都參與到了測量與分析的過程，筆者認(rèn)為這是建立和完善“密度”概念的有效途徑.

4增加科學(xué)與藝術(shù)相融合的“美”的體驗

泰戈爾認(rèn)為：教育的目的應(yīng)當(dāng)是向人傳送生命的氣息，而不單單是傳授知識.顯性化知識形態(tài)只是教育的一部分.在物理學(xué)科教學(xué)中也有很多隱形的教育形態(tài)，例如美育.物理學(xué)中蘊(yùn)含豐富的美學(xué)特征，充分挖掘后將給學(xué)生帶來“潤物細(xì)無聲”的科學(xué)美熏陶，激發(fā)求知欲望，讓學(xué)生更喜愛物理課堂.

培訓(xùn)中，Dawn老師非常善于給大家?guī)怼懊馈钡捏w驗.例如，在學(xué)習(xí)“聲音”時，Dawn老師讓學(xué)員嘗試用身邊的器材來演奏簡單樂曲（如圖11），并且在全班進(jìn)行展示.當(dāng)教師們變身學(xué)生，親身體驗演奏時，均獲得了極大的樂趣.有的教師吹吸管小笛，有的敲奏盛水玻璃瓶，有著是吹盛水試管，還有的彈奏皮筋弦樂器.大家制作、調(diào)音、演奏、欣賞，在愉悅的體驗中對“音調(diào)”“響度”“音色”等概念有了更直觀、深刻的理解，這種基于實踐的概念學(xué)習(xí)方式令人印象深刻，對素養(yǎng)的關(guān)注寓于其中.

在“密度”學(xué)習(xí)中，Dawn老師讓大家調(diào)制“雞尾酒”（如圖12），作品色彩斑斕讓人在美的體驗中對“液體密度”加深了理解.在制作過程中，每組學(xué)員分到四杯不同顏色的液體（不同濃度的染色鹽水），學(xué)員需要運(yùn)用密度知識先辨別出不同顏色液體的密度，再按密度由大到小的順序依次滴加到試管中.過程中會遇到很多問題，例如顏色分層不明顯，所以學(xué)員需要分析討論并不斷調(diào)整方法，更仔細(xì)輕巧地完成加注.在實際教學(xué)中，我們?nèi)绻軌蚝侠戆才藕没顒訒r間，讓學(xué)生體驗美、享受美，把學(xué)習(xí)作為一種審美活動，就可以增加學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情感投入.

生活中從來不缺少美，只是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛.在物理教學(xué)中，如果教師能有意識地挖掘物理科學(xué)美的因素，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)美的審美教育，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，這也是物理概念教學(xué)中的一條有效路徑.

5結(jié)語

很多教師在物理概念教學(xué)中過于強(qiáng)調(diào)知識本位，壓縮了概念形成過程的教學(xué)，致使一部分學(xué)生只是死記物理概念，概念在他們的頭腦中成為空中樓閣.概念不清晰就會導(dǎo)致學(xué)生的知識儲備越多，往后的學(xué)習(xí)就越困難，成為一種生命中不可承受之重的累贅[3] .

在Dawn老師的課堂中，她非常注重學(xué)生的親身體驗，通過創(chuàng)設(shè)鮮明、具體的情境，讓學(xué)生自主體驗，引起積極、愉悅的情感體驗，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情.學(xué)生在體驗中發(fā)現(xiàn)問題，又充分體驗問題的解決過程，從而實現(xiàn)概念從“形象感知”到“理性認(rèn)知”的升華.物理概念是物理教學(xué)中最重要的基石.如何在概念教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中創(chuàng)設(shè)情境，提供必要的體驗經(jīng)歷，在體驗的過程中進(jìn)行相關(guān)思維能力的訓(xùn)練，進(jìn)而建構(gòu)概念，是我們每位物理教師需要思考的.

參考文獻(xiàn)：

[1]張敏. 體驗式教學(xué)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[D]. 大連：遼寧師范大學(xué)， 2011.

[2]陳碧河. 高中物理體驗式教學(xué)的實踐研究[D]. 福建：福建師范大學(xué)， 2013.

[3]熊志權(quán). 促進(jìn)物理概念建構(gòu)的過程教學(xué)策略——以“密度”教學(xué)為例[J]. 物理教師， 2017（1）： 39-42.