黃濤

【摘要】物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中必不可少的一部分，通過物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的奇特特性，透過物理現(xiàn)象了解背后的物理理論，促進(jìn)學(xué)生對物理知識(shí)的掌握。文章分析了學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知，根據(jù)不同的認(rèn)知內(nèi)容最終確定了物理實(shí)驗(yàn)研究的思路。

【關(guān)鍵詞】物理實(shí)驗(yàn)；物理認(rèn)知；生活實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容一直都是物理學(xué)科研究的重要內(nèi)容。目前，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師更多的關(guān)注點(diǎn)在于對物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)施技術(shù)與方法的研究，而忽略了對認(rèn)知層面的分析。一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)雖然過程精彩，也達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，卻沒有達(dá)到物理教學(xué)效果，沒有充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的作用，那么這并不能稱為一堂成功的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課。對物理實(shí)驗(yàn)的有效認(rèn)識(shí)是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，必須從物理認(rèn)知的過程來進(jìn)行有效的物理實(shí)驗(yàn)研究。

一、物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程

物理知識(shí)涉及各個(gè)方面，不同的物理知識(shí)有不同的認(rèn)知過程。有的物理知識(shí)在通過認(rèn)知物理現(xiàn)象之后，很快就能理解；但是有的物理知識(shí)必須在大腦中進(jìn)行知識(shí)的轉(zhuǎn)化或者調(diào)整之后才能充分理解。教師在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)的情景，從而增強(qiáng)學(xué)生對于物理實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)知，使學(xué)生真正理解物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，這一類實(shí)驗(yàn)叫作增強(qiáng)感性認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)；對于學(xué)生來說，已經(jīng)擁有了相關(guān)學(xué)科的經(jīng)驗(yàn)，將已有的經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)知識(shí)相融合，喚醒學(xué)生的感性認(rèn)知，這一類實(shí)驗(yàn)叫作認(rèn)知調(diào)整實(shí)驗(yàn)。對于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容與實(shí)施相反，通過實(shí)驗(yàn)過程糾正學(xué)生的認(rèn)知，這一類實(shí)驗(yàn)叫作認(rèn)知轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)[1]。

二、物理的實(shí)驗(yàn)探究分析

不同的知識(shí)體系中有不同的實(shí)驗(yàn)方法，認(rèn)知是指學(xué)生的主干認(rèn)知。在學(xué)生對相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容沒有任何了解的情況下，認(rèn)知變得格外重要。首先可以通過直觀的物理實(shí)驗(yàn)，說明物理知識(shí)的本質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)知與理性分析。在具體的學(xué)習(xí)中，相關(guān)的研究者可以通過不同類型的實(shí)驗(yàn)來確定研究方式。本文通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行內(nèi)容的介紹。

（一）探究疑難的物理實(shí)驗(yàn)

有些物理實(shí)驗(yàn)是正確的，但是在具體的實(shí)施中卻無法達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。在具體的實(shí)驗(yàn)操作中，會(huì)因?yàn)榉N種原因，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果出現(xiàn)了誤差，嚴(yán)重影響了對學(xué)生的教育。例如探究晶體的熔點(diǎn)，一直是中學(xué)物理中最難的實(shí)驗(yàn)。首先，在實(shí)驗(yàn)過程中，晶體多是選用熱的不良的導(dǎo)體，這類實(shí)驗(yàn)器材導(dǎo)熱性相對較差。在加熱時(shí)，試管里面的溫度往往已經(jīng)達(dá)到了晶體的熔點(diǎn)，但溫度計(jì)上顯示的溫度卻沒有達(dá)到物體的熔點(diǎn)，這就使得實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)了問題。另外，在晶體達(dá)到熔點(diǎn)之后，往往由于晶體的導(dǎo)熱性較差，熱的傳感不均勻，理論上溫度計(jì)的溫度應(yīng)該保持不變，但實(shí)際上溫度卻發(fā)生了變化。這類實(shí)驗(yàn)稱為陰暗性實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)階段的物理研究中還沒有找到較好的解決辦法[2]。

有的物理實(shí)驗(yàn)雖然很難達(dá)到完美的實(shí)驗(yàn)效果，但這類物理實(shí)驗(yàn)的過程本來就是一種挑戰(zhàn)。對于學(xué)生來說，找到疑難問題的解決方法固然不錯(cuò)，但是在具體的實(shí)驗(yàn)過程中，通過疑難問題引發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行充分的思考，也是對學(xué)生思維能力的一種鍛煉。有的物理實(shí)驗(yàn)過程一帆風(fēng)順，使得學(xué)生認(rèn)為物理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)只要操作正確即可，但是事實(shí)并非如此，適當(dāng)?shù)亓艚o學(xué)生一些疑難問題會(huì)使學(xué)生對于物理知識(shí)有更深刻的理解，比采用精密的物理設(shè)備得出精確的物理數(shù)據(jù)這種方式更加行之有效。

（二）對抽象知識(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

物理學(xué)的概念與規(guī)律多是在豐富的感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是思維的相關(guān)產(chǎn)物。如果感性的直觀認(rèn)識(shí)無法達(dá)到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)具有困難，則可以通過設(shè)置過度臺(tái)階最終形成較好的物理教學(xué)。

有的物理知識(shí)，從表面上看與實(shí)質(zhì)上有許多區(qū)別，例如在探究物體的浮力時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問：沉到水底的物體會(huì)受到浮力的相關(guān)作用嗎？答案是肯定的。但是在具體的教學(xué)過程中，教師往往回避相關(guān)的問題，這就使學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生疑惑。如果此時(shí)教師采用有效的方式，則可以打消學(xué)生的疑惑，具體的方式如下。

教師準(zhǔn)備兩個(gè)彈簧稱重器，在其中一個(gè)稱重器內(nèi)放入鐵塊，將鐵塊放在空氣中進(jìn)行稱量，得到相關(guān)的結(jié)果；再將另外一個(gè)稱重器內(nèi)放入鐵塊，但是將其放在水底進(jìn)行稱量。在稱量之后，通過對比相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩次稱量的結(jié)果不同，最終得出結(jié)論：鐵塊即使沉入水底，仍然受到浮力的作用。通過設(shè)置相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣明顯提高。另外，通過有效地設(shè)計(jì)過渡臺(tái)階，巧妙地對學(xué)生進(jìn)行了相關(guān)物理知識(shí)的教育，促進(jìn)了學(xué)生對物理知識(shí)的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的良好教學(xué)[3]。

（三）實(shí)現(xiàn)多感官共同作用的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)認(rèn)知方法

視覺是學(xué)生對實(shí)驗(yàn)活動(dòng)認(rèn)知的主要途徑，但是視覺的表現(xiàn)是有一定的局限性的。當(dāng)視覺的表現(xiàn)無法達(dá)到相應(yīng)的表現(xiàn)效果的時(shí)候，就需要配合其他感官的感受進(jìn)行相關(guān)教學(xué)。例如，可以配合聽覺進(jìn)行相關(guān)教學(xué)，通過拓寬感覺的通道，使學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)有更加直觀的認(rèn)識(shí)，

在研究加速度的物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于學(xué)生對加速度的認(rèn)知不明確，在進(jìn)行具體的教學(xué)時(shí)，就需要結(jié)合其他感官作用進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師首先講述加速度的相關(guān)內(nèi)容，解釋加速度是速度的變化，然后使小車在斜坡上下落給學(xué)生展現(xiàn)速度的變化?？墒牵捎谛≤嚨捏w積較小，斜坡長度不夠，因此在小車運(yùn)行過程中，很難從視覺的角度發(fā)現(xiàn)小車的速度變化。但是教師通過記錄小車運(yùn)行的聲音，對小車的具體運(yùn)行過程進(jìn)行錄音操作，在實(shí)驗(yàn)完成后播放相關(guān)錄音內(nèi)容，學(xué)生自然聽到小車在運(yùn)行過程中與通道接觸產(chǎn)生了不同音調(diào)的聲響，從而在聽覺方面感受到小車速度的變化，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。這就是通過拓展感官的方式，通過對學(xué)生認(rèn)知的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的應(yīng)有價(jià)值。

（四）創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)知的調(diào)整

由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不同，人們對于物體有著不同的認(rèn)識(shí)觀。例如在伽利略進(jìn)行比薩斜塔實(shí)驗(yàn)之前，不會(huì)有人想到“自由落體定律”。物理的實(shí)驗(yàn)就是對相關(guān)認(rèn)知的調(diào)整，在一些理論與事實(shí)認(rèn)知不同的內(nèi)容中，我們可以通過有效的實(shí)驗(yàn)調(diào)整人們對于實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知。

比如，證明阿基米德定理時(shí)，大部分的學(xué)生對定理存在疑慮：物體所受的浮力等于排開水的面積？學(xué)生在日常生活中無法感受到相關(guān)的概念，因此我們進(jìn)行了有效的實(shí)驗(yàn)。

取一個(gè)帶刻度的量筒，使用彈簧秤，首先在空氣中稱一下鐵塊的重量。再將相同的鐵塊放置在量筒中進(jìn)行稱量，對水的刻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對比水的初始體積，將兩者相減，根據(jù)水的密度與體積算出增高部分水的質(zhì)量，與鐵塊減少的重量做對比，最終確定物體受到的浮力等于排開水的重量[4]。

（五）通過生活實(shí)驗(yàn)促進(jìn)物理認(rèn)知

物理的學(xué)習(xí)是存在于生活中的。生活中處處包含物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)。首先，人體內(nèi)部無時(shí)無刻都在進(jìn)行著物理的變化，日常生活中處處體現(xiàn)著物理的變化，生活中處處是實(shí)驗(yàn)。教師可以給學(xué)生布置生活實(shí)驗(yàn)的相關(guān)任務(wù)，使學(xué)生通過生活的實(shí)驗(yàn)加深對物理知識(shí)的認(rèn)知，并靈活轉(zhuǎn)換，最終應(yīng)用到物理科目的學(xué)習(xí)中。我們通過下面的例子進(jìn)行相關(guān)的分析[5]。

例如：我們會(huì)對向心力和離心力的相關(guān)內(nèi)容產(chǎn)生疑問，不明白向心力具體是一種什么類型的力。我們在乘坐公交車的過程中，會(huì)經(jīng)歷轉(zhuǎn)彎，汽車在轉(zhuǎn)彎的過程中使人體會(huì)有種被甩出的感覺。我們不禁產(chǎn)生疑問：為什么向心力是朝向內(nèi)部的，但是我們卻感覺要被甩出去呢？通過課下查驗(yàn)資料，我們得知，向心力是一種虛擬的力，當(dāng)公交車轉(zhuǎn)彎的過程中，人體本能地需要一種維持轉(zhuǎn)彎效果的力，這種力往往由摩擦力提供。但是，人體始終是處于平衡狀態(tài)的，因此產(chǎn)生了水平方向的摩擦力之后，人體也同樣需要一個(gè)力來與之平衡，這便是水平方向感受到被甩出去的力。

通過對生活中物理知識(shí)的獲取，我們豐富了生活，對物理產(chǎn)生了更加濃厚的興趣。另外，在研究慣性的過程中，我們也可以從生活中得到一定的體會(huì)，當(dāng)公交車突然停下的時(shí)候，我們會(huì)本能地前傾，這便是受到了慣性的作用?？傊?，生活中處處有物理，處處有實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)生活，也可以較好地增強(qiáng)對物理學(xué)科的認(rèn)知力[6]。

三、總結(jié)

物理實(shí)驗(yàn)不是一味地向?qū)W生傳授知識(shí)，而是通過學(xué)生對外界信息的感知，綜合運(yùn)用各種方式，使學(xué)生感受到物理的樂趣，對物理知識(shí)活學(xué)活用，最終轉(zhuǎn)化為自己的理解。必須根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知過程進(jìn)行相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)。首先，我們可以對疑難的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討，使學(xué)生在學(xué)習(xí)探究中加強(qiáng)對物理難點(diǎn)的認(rèn)知。其次，我們應(yīng)該使用創(chuàng)新性的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將原有的實(shí)驗(yàn)和方式改良成更利于學(xué)生理解的實(shí)驗(yàn)和方式，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中更好地理解物理實(shí)驗(yàn)，感受物理魅力。再者，通過多感官聯(lián)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，也可以促進(jìn)學(xué)生對物理知識(shí)的把握。最后，我們可以將物理學(xué)科的學(xué)習(xí)融入學(xué)生的日常生活中，使學(xué)生在生活中感知物理，將生活作為物理實(shí)驗(yàn)的第二課堂，加深對物理知識(shí)的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的真正價(jià)值。

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