增強直觀教學意識培養(yǎng)形象思維能力

作者：張南方

教學儀器與實驗 2008年10期

在物理教學中，直觀性教學與學生形象思維能力的培養(yǎng)有著密不可分的聯系。著名科學家錢學森認為，直觀性不僅僅是一種很好的教學手段，更是學生產生形象思維的源泉。然而，在我國現行的物理教學中，還沒有擺脫忽視直觀教學、輕視物理現象和物理實驗、不注重學生形象思維能力培養(yǎng)的傾向，物理教學成了習題教學。為此，師生都投入了大量的精力，教師教得非常認真，學生也學得很刻苦。雖然這樣學生的基礎知識很扎實，但學生的認知結構是不完整的，他們不知道物理學是與實驗、現象和實際情況聯系在一起的科學。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？關鍵是要樹立一種新的觀念，即在理論與實驗的關系上，要重視實驗，真正把實驗放在應有的位置，以激發(fā)學生的形象思維，提高思維的效果。

一、物理教學中直觀性與形象思維的關系

直觀性教學在物理教學中的作用，不僅反映了教學思想的問題，更反映了不同的傳統(tǒng)文化背景對人們觀念的影響。楊振寧博士認為，傳統(tǒng)文化是一種非常復雜的現象，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。在中學物理教學中就表現為不少的教師不重視直觀教學，不重視物理實驗，只注重理論的演繹而忽視方法的運用。

事實上正如楊振寧教授所說的“物理本身是現象而不是推演�！蓖ㄟ^物理實驗，可以真實地展現物理過程，幫助學生直接抓住物理現象的本質，把握物理運動的主要特征，排除次要因素的干擾，從而認識物理運動的基本規(guī)律。物理實驗也是一種理論聯系實際的實踐活動，可以使學生在教學中處于主體地位，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)學生的學習興趣，形成良好的學習動機，并通過非智力因素的作用促進學生智力的發(fā)展。

二、培養(yǎng)形象思維能力的途徑

縱觀物理教學中直觀性與形象思維的關系，我們很容易得出這樣一個結論：只有充分重視直觀性教學、突出直觀性教學，才能使中學物理教學走出目前這種近乎習題課的教學誤區(qū)，才能使課堂教學顯得生動、活潑、有理、有節(jié)，使課堂簡練、清晰，學生才能看得清、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�在物理教學中又應怎樣從直觀性入手培養(yǎng)學生的形象思維能力呢？

1.物理教學中，應該強化直觀性教學

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手段和方法，使學生獲得生動具體的感性認識，直觀地了解或認識客體的全部形態(tài)，并上升為知覺，產生形象的結構。

譬如，在講授“光在同一種均勻介質中沿直線傳播”時，僅憑這樣一句抽象的語言學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、公路表面遠處的物體模糊晃動；海市蜃樓等現象。為此，我們可以設計一個“光在不均勻介質中傳播現象”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。而后分別進行如下操作，并仔細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。鮮明的實驗現象，在學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中沿直線傳播，而在不均勻介質中光的傳播方向要改變”的規(guī)律。又譬如，我們可以用幻燈機的光源去照射鋼精鍋蓋，向學生清晰地層示半影和本影。這樣的實驗簡單、易做，生動而活潑，為學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

2.應盡量創(chuàng)造讓學生動手做實驗的機會

物理學是一門以實驗為基礎的科學。要培養(yǎng)學生的形象思維能力，就應該讓學生多觀察多思考，積極創(chuàng)造條件讓學生動手做實驗或引導學生自己動手設計實驗，讓他們在親自操作中更細致、更全面地去觀察物理現象，體驗物理規(guī)律的奧秘。譬如，為了幫助學生明確聲波是縱波的概念，可以設計如圖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。為了幫助學生明確“共振”的現象和條件，我們可以引導學生設計如圖2b的實驗，讓學生動手進行實驗并剖析其原因。為了使學生理解電流的熱效應現象，除了讓學生摸摸發(fā)光的白熾燈泡外，還可以幫助學生從熱脹冷縮的角度入手去認識。為此，可設計如圖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，電流熱效應現象顯現。

圖2

又如，光的衍射現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。用圓柱體的半導體激光器照射小鋼珠，在屏上形成泊松亮斑；讓學生通過薄紗巾片、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”的衍射圖樣，并讓學生記錄（描圖）各種的衍射圖樣。當學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)了學習的熱情。

現階段在我國的中學物理教學中，大多實驗是驗證性實驗。為了培養(yǎng)學生的形象思維能力，我們應該在教學中有意識地讓學生多做一些探究性實驗，教師也可以將一些驗證性的演示實驗適當地改造成探究性演示實驗，盡可能地向學生提供更多的形象思維的材料，讓學生體會探究與發(fā)現的樂趣。

例如，學習圓周運動http://http://www.ishadingyu.com/news/55AD21B89238CBF9.html中“向心力”一節(jié)后，我們可設計這樣的演示實驗：把一小試管裝滿水，在水中放一些密度大于水的物質顆粒（例如把綠色的細塑料導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。順著某一方向將繩絞緊，松手后試管反向旋轉，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，能充分調動學生思維的積極性，促使學生經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，從而啟迪學生思維的發(fā)展。

又如“單擺”一節(jié)的教學中，學習了單擺的基本知識后，我向學生提供了幾個外形完全相同、質量不同的金屬小球，2個外形和質量相同的金屬小球，幾根細線，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，要求學生設計出定性驗證單擺周期公式的實驗。

這種用實物進行實驗設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)了學生濃厚的興趣。片刻后，甲同學說：“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物理量間的關系，類似地，我們可以將兩個單擺在相同時間內完成振動的次數進行對比的方法來研究有關問題�！蔽铱隙�了乙的方法，并引導學生按圖3c的裝置很快驗證了單擺振動的周期與擺錘的質量和振幅無關、與擺長的平方根成正比。丙同學自言自語地說：“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，而是問學生：“單擺擺動中的回復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有什么關系呢？”丁同學用肯定的語氣說：“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�的話引來一陣掌聲。進行實驗演示后發(fā)現擺球難以穩(wěn)定。怎么辦呢？戊同學想了想說：“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，經過學生的細心的琢磨、推敲，終于被成功完成。這種探究性的學習，有助于提高學生的思維水平。

3.讓學生學會創(chuàng)造

我們知道，學習的目的：一是繼承和運用，二是發(fā)展提高。而一些尚待發(fā)現的認識對象往往是處于認識主體難以直接把握的復雜的系統(tǒng)中的。如果不學會從整體上首先去把握問題的物理實質，然后再去具體研究問題的方法，不首先設法通過已有的模型使復雜的現象簡單化、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)造條件為學生設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生建構起模型，使物理模型真正成為學生科學的認識活動中的中介物，從而使學生在形象思維和抽象思維的交互作用中激發(fā)出靈感，達到思維水平的較高層次。

圖3

作者介紹：張南方 浙江紹興市馬山鎮(zhèn)中學，312000

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