實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生形象思維能力培養(yǎng)中的應(yīng)用*

蔣淑芳 王金文

（北京市第五中學(xué)分校 北京 100009）

形象這一概念，總是和感受、體驗(yàn)關(guān)聯(lián)在一起.形象思維是指用直觀形象和表象解決問(wèn)題的思維.形象思維的過(guò)程是思維主體感知客觀事物的形象，并經(jīng)過(guò)由表及里的概括加工之后建構(gòu)意向系統(tǒng)的過(guò)程.它的形象性、直覺(jué)性、非邏輯性、整體性等特征要求我們通過(guò)真實(shí)的情境、圖形、圖像、聲音等去感知事物的運(yùn)動(dòng)變化［1］.物理形象思維是指基于物理表象基礎(chǔ)上的思維，物理表象就是物理形象在人腦里概括性與間接性的反映［2］.

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式以及相互作用規(guī)律的科學(xué).物理學(xué)研究的對(duì)象具有形象性，小到微觀粒子，大到天體，以及我們所熟悉的聲、光、熱、電、力等形形色色的物理現(xiàn)象，它們都有自己的大小、形狀、狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等表現(xiàn)形式；物理學(xué)研究的過(guò)程具有形象性，物理學(xué)中物質(zhì)的變化、運(yùn)動(dòng)、相互作用都有形象的、生動(dòng)的過(guò)程與之對(duì)應(yīng)，如物態(tài)變化、光的傳播、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、壓強(qiáng)、浮力等都有具體的動(dòng)態(tài)形象；物理概念、規(guī)律具有形象性，如凸透鏡的成像規(guī)律、牛頓第一定律、阿基米德原理等都是形象思維到抽象思維的產(chǎn)物.所以，物理學(xué)習(xí)始終伴有形象性這一特征，物理形象是物理學(xué)研究的主要支撐，沒(méi)有物理形象，就不會(huì)有物理形象思維，物理學(xué)習(xí)就沒(méi)有意義［1］.因此，在物理教學(xué)中要重視創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生充分感知物理形象，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的核心素養(yǎng).

物理學(xué)是以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科.通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境是學(xué)生感知物理形象的有效途徑.而且，在實(shí)驗(yàn)觀察和體驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生可以透過(guò)現(xiàn)象把握物理規(guī)律，建立對(duì)所學(xué)知識(shí)的深刻理解.在此筆者就以初中物理一些教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為例，談?wù)剬?shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生形象思維能力培養(yǎng)中的教學(xué)策略.

1 演示實(shí)驗(yàn)引入新課 提供形象思維素材 激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

形象思維是以表象進(jìn)行思維的，一個(gè)表象貧乏的學(xué)生是不可能進(jìn)行有效的、正確的形象思維的.在新課的引入環(huán)節(jié)，通過(guò)學(xué)生感興趣的演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境引入新課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并為學(xué)生提供形象思維素材，使學(xué)生充分感知物理現(xiàn)象，形成正確、鮮明的物理表象.

比如在“光的直線傳播”教學(xué)中，老師用手電筒做光源、在屏幕上演示了小兔子、狗、鳥(niǎo)等幾個(gè)手影引入新課，如圖1所示.同學(xué)們看到屏幕上生動(dòng)的手影倍感親切，并且很自然地由形象生動(dòng)的手影聯(lián)想到光的傳播路徑，積極主動(dòng)地進(jìn)入光的直線傳播的學(xué)習(xí).

圖1 手影

在“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)中，教師給大家展示了一個(gè)套在礦泉水瓶口上的氣球，然后選班里的一名同學(xué)吹套在瓶口的氣球，當(dāng)氣球被吹鼓后，教師接過(guò)瓶子的同時(shí)，悄悄將瓶底的小孔堵住，這時(shí)套在瓶口的氣球沒(méi)有封口仍然能保持膨脹，如圖2所示.然后教師發(fā)給每位同學(xué)一個(gè)礦泉水瓶和一個(gè)氣球，讓同學(xué)們也來(lái)試一試.因?yàn)橥瑢W(xué)們的礦泉水瓶上沒(méi)有孔，同學(xué)們憋足了勁，也不能把套在瓶口的氣球吹鼓.“為什么老師的氣球可以吹鼓，且可以不封口保持膨脹？為什么學(xué)生的氣球吹不起來(lái)呢？老師的瓶子或氣球有什么特殊之處嗎？”同學(xué)們由生動(dòng)的“吹氣球”實(shí)驗(yàn)引出了一連串的問(wèn)題.此時(shí)老師說(shuō)“是大氣壓幫了我的忙！”這時(shí)同學(xué)們提出了問(wèn)題“什么是大氣壓？為什么大氣壓不能幫我們把氣球吹鼓呢？”同學(xué)們帶著困惑、好奇、興奮進(jìn)入了大氣壓強(qiáng)一節(jié)課的學(xué)習(xí).

圖2 不封口的氣球保持膨脹

2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)貫穿課堂 豐富學(xué)生的物理表象庫(kù)

科學(xué)研究證明，動(dòng)手操作有利于學(xué)生物理形象思維的塑造，如果學(xué)生能親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行有目的地觀察、分析、歸納、總結(jié)，不僅使學(xué)生因各種感官的刺激而激發(fā)學(xué)生的興趣和培養(yǎng)他們的能動(dòng)性，而且通過(guò)學(xué)生親身經(jīng)歷整個(gè)物理過(guò)程，有利于在學(xué)生頭腦中形成正確的、清晰的、生動(dòng)的物理表象，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)形象的建構(gòu)和加深他們對(duì)知識(shí)的理解及長(zhǎng)久地掌握［3］.

在“光的直線傳播”教學(xué)中，手影實(shí)驗(yàn)提供形象思維素材引入新課之后，教師給同學(xué)們準(zhǔn)備了激光筆、噴水壺、水、玻璃磚、平面鏡、可燃香、打火機(jī)、收集煙霧的塑料盒等器材，同學(xué)們自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，觀察光在空氣中的傳播路徑，光在同種介質(zhì)和不同介質(zhì)中的傳播路徑.同學(xué)們通過(guò)向空氣中噴水霧、制造煙霧觀察到了光在空氣中的傳播路徑，如圖3所示.

圖3 光在空氣中的傳播

同學(xué)們通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)將枯燥的知識(shí)點(diǎn)“光在空氣中沿直線傳播”變成了一個(gè)有生命力的物理形象，激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)光的傳播，并且為學(xué)生自主探究光在其他介質(zhì)中的傳播提供方法指導(dǎo).接下來(lái)同學(xué)們將水、平面鏡、玻璃磚放在煙霧室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們除了觀察到了光在空氣中的傳播路徑，還觀察到了光在水、玻璃中的直線傳播路徑，觀察到了光從空氣射向平面鏡后的反射，觀察到了光從空氣射入水中、從空氣射入玻璃中傳播路徑發(fā)生了偏折，如圖4所示.同學(xué)們通過(guò)親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察、比較、交流，積累了大量的物理表象.

圖4 光在水中和玻璃中的傳播

在“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)中，在“不封口的氣球能保持膨脹”實(shí)驗(yàn)后，老師給同學(xué)們提供塑料吸盤、玻璃板、水槽、注射器、塑料片、玻璃杯等器材，讓同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明大氣壓的存在.同學(xué)們將小吸盤按壓在玻璃板上；將注射器在空氣中推拉，放到水中推拉；將玻璃杯內(nèi)灌滿水，倒扣在水槽中，用紙片蓋住盛滿水的玻璃杯倒扣在空氣中；將兩個(gè)大吸盤壓在一起，使勁地拉開(kāi)……他們通過(guò)親身體驗(yàn)，建立豐富的物理表象，充分感知了大氣壓的存在，感受了大氣壓的力量.

3 對(duì)實(shí)驗(yàn)中的物理表象展開(kāi)分析、類比、聯(lián)想等思維活動(dòng) 構(gòu)建物理模型 培養(yǎng)形象思維能力

物理模型是形象思維和抽象思維的產(chǎn)物，建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，是人們?cè)诜e累了大量的物理表象后，通過(guò)對(duì)頭腦中的物理表象進(jìn)行分析、類比、總結(jié)、抽象等，總結(jié)出研究對(duì)象的特點(diǎn)及規(guī)律，從而對(duì)研究對(duì)象做出一種簡(jiǎn)化的特殊模型.物理模型的形成過(guò)程及其模型本身都具有形象性，有助于學(xué)生在頭腦中建立起清晰的物理情景，使復(fù)雜問(wèn)題形象化、清晰化［1］.

在“光的直線傳播”教學(xué)中，在學(xué)生經(jīng)歷了空中噴水霧、自制管道中充滿煙霧的情景下觀察到光沿直線傳播的路徑，經(jīng)歷了在玻璃罩煙霧室中，觀察到了光在不同介質(zhì)中的傳播路徑等大量的物理表象后，教師引導(dǎo)學(xué)生將看到的光的傳播路徑畫(huà)出來(lái)，光線模型的建立水到渠成.另外，由此引出光線后，在本節(jié)課接下來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)程中教師以畫(huà)光線為主線，在學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，鼓勵(lì)學(xué)生將所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用光線描述出來(lái)，在影子、小孔成像等應(yīng)用中引導(dǎo)學(xué)生用光線去描述現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象.將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為物理模型，加深了學(xué)生對(duì)光現(xiàn)象的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的形象思維能力.

在“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)充分感知了大氣壓的存在，感受了大氣壓的力量后，教師提出問(wèn)題“大氣壓這么大，我們?nèi)梭w為什么沒(méi)有感覺(jué)呢？”此問(wèn)題引起了同學(xué)們的思考.同學(xué)們對(duì)親身經(jīng)歷的證明大氣壓存在的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行類比、分析、抽象、總結(jié)出“要想證明或感受大氣壓的存在，需要想辦法打破常態(tài)的平衡，形成壓強(qiáng)差.”比如向玻璃上壓吸盤，要用力按壓使吸盤內(nèi)的空氣變得稀薄甚至成為真空，從而使得吸盤內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差，這樣大氣壓的作用才能顯現(xiàn)出來(lái)；覆杯實(shí)驗(yàn)中，將杯子裝滿水再倒過(guò)來(lái)是為了排出里面的空氣，使大氣壓和液體壓強(qiáng)之間有壓強(qiáng)差，實(shí)驗(yàn)容易成功，當(dāng)然即使杯子沒(méi)有裝滿水，只要形成壓強(qiáng)差，這樣大氣壓的作用也能顯現(xiàn)出來(lái).同學(xué)們?cè)谕ㄟ^(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行類比、分析、抽象、總結(jié)出大氣壓得以顯現(xiàn)的原理后想起了套在瓶口吹不起來(lái)的氣球，迫不及待地拿起氣球研究起來(lái)，一股吹不起來(lái)不罷休的勁頭.此部分教學(xué)實(shí)錄如下.

師：我們?cè)賮?lái)嘗試吹一吹套在瓶口的氣球，注意觀察氣球體積的變化.

生：還是吹不起來(lái).

生：不是一點(diǎn)也吹不起來(lái)，只能吹鼓一點(diǎn)點(diǎn).

師：為什么只能吹鼓一點(diǎn)點(diǎn)，是誰(shuí)阻礙了氣球體積變大呢？

學(xué)生展開(kāi)討論.

生：氣球鼓起一點(diǎn)后，瓶?jī)?nèi)氣體被壓縮，體積變小，氣壓變大，阻礙氣球鼓起來(lái).

師：想什么辦法使在氣球鼓起的過(guò)程中瓶?jī)?nèi)的氣壓不變大呢？

生：在瓶子上打個(gè)孔，讓瓶?jī)?nèi)氣體和大氣相通.

學(xué)生恍然大悟，想到老師剛才實(shí)驗(yàn)的礦泉水瓶上應(yīng)該有孔.

師：（發(fā)給大家工字釘）大家在瓶子上打孔后再吹氣球試試.

生：吹起來(lái)了，氣球吹起來(lái)了.

生：可是停止吹氣氣球就變癟啊，怎么封口呢？

師：停止吹氣球，氣球變癟了，如何做到氣球不變癟呢？

生：再把瓶身上扎的小孔堵??？

師：可以嗎？先試一試吧，吹鼓氣球后將瓶上的小孔堵住，仔細(xì)觀察現(xiàn)象.

生：不癟了，氣球不癟了.

生：不，好像先變小一點(diǎn)，才不再變癟了.

師：大家再多吹幾次試試，仔細(xì)觀察現(xiàn)象.

生：是這樣，先變小一點(diǎn)，后來(lái)就不變小了.

師：為什么氣球縮小一點(diǎn)后不封口也能保持膨脹呢？

學(xué)生再次展開(kāi)討論.

生：氣球縮小一點(diǎn)后，瓶子里面氣體體積增大，氣壓減小，小于大氣壓，氣球內(nèi)的氣壓和大氣相通等于大氣壓，氣球內(nèi)外有壓強(qiáng)差，大氣壓壓著氣球使其不變癟.

生：原來(lái)是這樣，太神奇了.

當(dāng)同學(xué)們將套在瓶口的氣球吹起并做到不封口也能保持膨脹時(shí)，他們的欣喜之情溢于言表，如圖5所示.他們感受到了大氣壓的力量，感受到了科學(xué)的神奇魅力.

圖5 不封口的氣球保持膨脹

4 實(shí)踐探索性實(shí)驗(yàn)延伸到課外 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力

物理來(lái)源于生活，又應(yīng)用于生活，物理的進(jìn)步推進(jìn)了科技的進(jìn)步，科技的進(jìn)步也給我們的生活帶來(lái)了方便.老師的教和學(xué)生的學(xué)都不能緊扣課本，應(yīng)該密切聯(lián)系生活，鼓勵(lì)學(xué)生，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于生活.比如課下給學(xué)生留一些家庭小實(shí)驗(yàn)、小制作等實(shí)踐探索性任務(wù)，這些實(shí)踐探索性實(shí)驗(yàn)不僅能讓學(xué)生體會(huì)到物理的樂(lè)趣與魅力，還能培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、應(yīng)用能力、幻想能力，而這正是他們形象思維能力的體現(xiàn).

例如，學(xué)完“光現(xiàn)象”之后，讓同學(xué)們尋找身邊神奇美麗的光現(xiàn)象.很多同學(xué)都學(xué)會(huì)了手影，在班里展示，如圖6所示.

圖6 學(xué)生的手影作品

有的同學(xué)用光盤、水盆和鏡子去尋找身邊的彩虹，如圖7所示；還有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)了身邊的透鏡，如圖8所示.學(xué)習(xí)了密度后，孩子們調(diào)制了漂亮的雞尾酒，還傳授給大家調(diào)制雞尾酒的秘方，如圖9所示；學(xué)完“壓強(qiáng)”一章后，同學(xué)們?cè)趬簭?qiáng)復(fù)習(xí)課上展示“神奇氣球”系列，像“踩不破的氣球”“水吹氣球”等特技，如圖10所示；學(xué)完“浮力”后，他們用口服液瓶、曲別針和吸管、筆帽等身邊的物品制作了各式各樣的浮沉子……實(shí)踐探索性實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生聰明的腦瓜里冒出了一朵朵美麗神奇的浪花.

圖7 身邊的彩虹

圖8 身邊的透鏡

圖9 雞尾酒

圖10 神奇氣球

實(shí)踐表明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生形象思維能力培養(yǎng)中的教學(xué)策略的實(shí)施，大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，營(yíng)造了一個(gè)充滿生命活力的物理課堂.學(xué)生通過(guò)親身的感受、體驗(yàn)，在頭腦中建立豐富的物理表象，經(jīng)過(guò)對(duì)物理表象由表及里地概括加工，把真實(shí)的情境和物理學(xué)的概念、規(guī)律等聯(lián)系起來(lái)，提升了學(xué)生把情境與知識(shí)相關(guān)聯(lián)的意識(shí)和能力，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，提升了學(xué)生的核心素養(yǎng).