物理教學(xué)中的空間智能因素及開(kāi)發(fā)策略

姜連國(guó)

(北京市第八十中學(xué) 北京 100102)

多元智能理論是新課程的理論支柱之一.新課程要求認(rèn)真對(duì)待而不是忽視學(xué)生的個(gè)別差異，提倡在可能的范圍內(nèi)使具有不同智能的學(xué)生都能受到同樣好的教育[1].實(shí)踐中要求在了解學(xué)生智能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的智能差異實(shí)施個(gè)性化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的最優(yōu)組合，使每個(gè)學(xué)生得到最大限度的發(fā)展機(jī)會(huì).在空間智能與教育教學(xué)的關(guān)系方面，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在學(xué)生空間智能差異的表現(xiàn)和空間智能的開(kāi)發(fā)上，教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高中學(xué)生空間智能的差異對(duì)物理學(xué)習(xí)存在一定的影響，在某些特定知識(shí)的學(xué)習(xí)中，這種影響表現(xiàn)得非常突出.

1 空間智能及其在物理課程中的地位

在美國(guó)哈佛大學(xué)心理學(xué)教授加德納提出的8種智能中，空間智能又稱(chēng)視覺(jué)空間智力.這種智能主要指感受、辨別、記憶和改變物體的空間關(guān)系并以此進(jìn)行思維的能力.具有較強(qiáng)視覺(jué)空間智能的人，對(duì)細(xì)微的視覺(jué)細(xì)節(jié)有敏銳的洞察力，擅長(zhǎng)以圖、表、影像表達(dá)事物，或?qū)⒄Z(yǔ)言、文字轉(zhuǎn)換為心理圖像，具有良好的方向感和定位感[2].

在普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的研制背景中提及個(gè)體差異對(duì)課程設(shè)置的影響，指出每個(gè)學(xué)生天生就具有各自不同的才能，學(xué)校課程的設(shè)置要有利于不同智力潛能的開(kāi)發(fā)，學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的制定要考慮學(xué)生智力類(lèi)型的差異，使之具有更廣泛的適應(yīng)性[3].目前國(guó)內(nèi)、外關(guān)于物理教學(xué)與多元智能結(jié)合方面的研究很少，其中文獻(xiàn)[2]運(yùn)用實(shí)證研究的方法對(duì)中學(xué)生的多元智能進(jìn)行了調(diào)查，提出在課程與教學(xué)中發(fā)展學(xué)生多元智能的觀點(diǎn)，并結(jié)合物理教學(xué)的特點(diǎn)，提出了發(fā)展學(xué)生多元智能的教學(xué)策略.但空間智能的差異對(duì)物理學(xué)習(xí)的影響尚無(wú)人關(guān)注.

2 學(xué)生空間智能的差異及其對(duì)物理學(xué)習(xí)的影響

通俗地說(shuō)，空間智能即在腦中形成一個(gè)外部空間世界的模式并運(yùn)用和操作這模式的能力.包括對(duì)色彩、線條、結(jié)構(gòu)、形狀和空間關(guān)系的敏感性以及通過(guò)平面圖形或立體造型等形式，再現(xiàn)空間關(guān)系的能力，還包括發(fā)達(dá)的空間思維和定位能力[4].調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生的空間智能呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；男女生沒(méi)有明顯差異；不同學(xué)校學(xué)生間有一定差異,城市重點(diǎn)中學(xué)學(xué)生明顯高于農(nóng)村普通學(xué)校和職業(yè)中學(xué)學(xué)生[2].學(xué)生個(gè)體之間的空間智能存在明顯差異，導(dǎo)致對(duì)相關(guān)物理內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果不同.教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，空間智能對(duì)物理學(xué)習(xí)的影響突出表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面.

2.1 能否準(zhǔn)確感知研究對(duì)象

學(xué)生的空間感知能力首先體現(xiàn)在是否具有清楚的空間方位感，即是否對(duì)“東、西、南、北、上、下”6個(gè)空間方位有清晰的體驗(yàn).有的學(xué)生在生活中沒(méi)有清楚的空間方位概念，對(duì)東西南北的認(rèn)識(shí)局限在初中地理課中“上北下南左西右東”的畫(huà)圖規(guī)范上，造成在紙上畫(huà)出的東南西北方向與真實(shí)空間中的東南西北無(wú)法對(duì)號(hào)入座，甚至出現(xiàn)“上就是北，下就是南”的誤解.這類(lèi)學(xué)生在涉及空間問(wèn)題，如地球自轉(zhuǎn)、地磁場(chǎng)問(wèn)題時(shí)，暴露出理解上的困難，導(dǎo)致在題目中無(wú)法作出判斷.

【例1】太陽(yáng)從東邊升起，西邊落下，是地球上的自然現(xiàn)象，但在某些條件下，在緯度較高地區(qū)上空飛行的飛機(jī)上，旅客可以看到太陽(yáng)從西邊升起的奇妙現(xiàn)象，看到這現(xiàn)象的條件是

A．時(shí)間必須是在清晨，飛機(jī)正在由西向東飛行，飛機(jī)的速率必須較大

B．時(shí)間必須是在清晨，飛機(jī)正在由東向西飛行，飛機(jī)的速率必須較大

C．時(shí)間必須是在傍晚，飛機(jī)正在由西向東飛行，飛機(jī)的速率必須較大

D．時(shí)間必須是在傍晚，飛機(jī)正在由東向西飛行，飛機(jī)的速率必須較大

如果清楚日出、日落與地球自轉(zhuǎn)的關(guān)系，很容易得出本題正確答案為選項(xiàng)D.有些學(xué)生空間方位感模糊，借助于畫(huà)圖解決時(shí)，反而可能誤入歧途.如圖1所示，根據(jù)太陽(yáng)光方向和地球自轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，A點(diǎn)為傍晚，要想看到太陽(yáng)從西邊升起的奇妙現(xiàn)象，飛機(jī)應(yīng)該自A點(diǎn)向右飛，如果按照“上北下南左西右東”的畫(huà)圖規(guī)范，答案應(yīng)為選項(xiàng)C，產(chǎn)生這種錯(cuò)誤是因?yàn)楦鶕?jù)圖中所示的地球自轉(zhuǎn)方向，在A點(diǎn)應(yīng)為左東右西，跟學(xué)生的固有觀念正好相反.

圖1

【例2】國(guó)慶閱兵中，當(dāng)飛機(jī)勻速飛過(guò)天安門(mén)廣場(chǎng)上空時(shí)，機(jī)翼保持水平，飛行高度不變.由于地磁場(chǎng)的作用，金屬機(jī)翼上有電勢(shì)差.設(shè)飛行員左方機(jī)翼末端處的電勢(shì)為U1，右方機(jī)翼末端處的電勢(shì)為U2

A．若飛機(jī)從西往東飛，U1比U2高

B．若飛機(jī)從東往西飛，U2比U1高

C．若飛機(jī)從南往北飛，U1比U2高

D．若飛機(jī)從北往南飛，U2比U1高

本題是一道電磁感應(yīng)的常規(guī)題目，只要弄清北京地區(qū)的地磁場(chǎng)指向北下方，根據(jù)右手定則就不難得出水平飛行時(shí)U1比U2高的結(jié)論，正確答案為選項(xiàng)A，C.同理，當(dāng)飛機(jī)豎直起降時(shí)，也可得出上升時(shí)西側(cè)電勢(shì)高，下降時(shí)東側(cè)電勢(shì)高的結(jié)論.若飛機(jī)下方吊一段金屬長(zhǎng)繩，則東飛時(shí)上端電勢(shì)高，西飛時(shí)下端高，南北飛行時(shí)無(wú)電勢(shì)差.類(lèi)似的題目還有宇宙射線中不同的帶電粒子飛臨地球時(shí)的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，此類(lèi)題目若不能準(zhǔn)確理解北半球的地磁場(chǎng)分布，即使題目給出如圖2所示的地磁場(chǎng)示意圖，仍然無(wú)法解決.

圖2

在圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中，有時(shí)支持面會(huì)對(duì)軌道面的確定產(chǎn)生干擾作用，不能明確區(qū)分軌道面和支持面，導(dǎo)致向心力分析錯(cuò)誤.這種干擾在火車(chē)轉(zhuǎn)彎類(lèi)問(wèn)題的解決中影響較大，因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有鐵路彎道的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，僅憑教師結(jié)合示意圖進(jìn)行講解，很難區(qū)分傾斜的支持面和水平的運(yùn)動(dòng)圓周.相反，借助電腦三維動(dòng)畫(huà)模擬上述過(guò)程，分別展示支持面和水平圓周軌道，就可以輕松突破這一障礙.另外，在具體問(wèn)題的求解中，有時(shí)由于審題不細(xì)，也會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似的錯(cuò)誤.

圖3

【例3】一種玩具的結(jié)構(gòu)如圖3所示，豎直放置的光滑鐵圓環(huán)的半徑為R=20 cm，環(huán)上有一個(gè)穿孔的小球，僅能沿環(huán)做無(wú)摩擦滑動(dòng)，若圓環(huán)繞著通過(guò)環(huán)心的豎直軸O1O2以10 rad/s的角速度旋轉(zhuǎn)(g取10 m/s2)，則小球相對(duì)環(huán)靜止時(shí)，與環(huán)心O的連線與O1O2的夾角θ可能是

A．30° B．45° C．60° D．75°

小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，重力與圓環(huán)力的合力沿水平方向充當(dāng)向心力，按照這一分析，結(jié)合題目所給的幾何關(guān)系很容易得到正確答案為選項(xiàng)C，但如果錯(cuò)誤地認(rèn)為，小球沿圓環(huán)在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則無(wú)法找到正確的處理思路.

2.2 能否想象物體在空間的旋轉(zhuǎn)

空間智能較好的學(xué)生在思考有關(guān)概念和解釋信息時(shí)，會(huì)用清晰的視覺(jué)想象進(jìn)行思考，樂(lè)于三維圖畫(huà)之類(lèi)的游戲，能夠想象研究對(duì)象的不同側(cè)面.涉及三維立體對(duì)象問(wèn)題的分析中，空間智能強(qiáng)的學(xué)生能夠根據(jù)需要,從不同角度分析研究對(duì)象，能選擇合適的視角將立體圖改畫(huà)為平面圖并進(jìn)行分析.視覺(jué)空間能力欠缺的學(xué)生，由于難以想象研究對(duì)象不同側(cè)面的構(gòu)造，找不出相關(guān)量之間的幾何關(guān)系，導(dǎo)致理解困難.比如，在示波器、電視機(jī)顯像管原理的學(xué)習(xí)中，難以想象儀器的立體構(gòu)造，不能準(zhǔn)確構(gòu)建電子沿軸線前進(jìn)和垂直于軸線偏轉(zhuǎn)的圖景，導(dǎo)致對(duì)其工作原理的理解困難，無(wú)法導(dǎo)出控制條件與偏轉(zhuǎn)參數(shù)之間的關(guān)系；當(dāng)帶電粒子與磁場(chǎng)方向成一定夾角進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，無(wú)法分析粒子的受力與運(yùn)動(dòng)的變化關(guān)系，想象不出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡(等距螺旋線)的形狀；在三維立體情境中，無(wú)法確定安培力與磁場(chǎng)、電流方向的關(guān)系，畫(huà)不出導(dǎo)體棒的受力分析圖，等等.

【例4】如圖4所示的坐標(biāo)系中，在x,y軸上距離原點(diǎn)均為r的兩點(diǎn)A,B處各固定一個(gè)正的點(diǎn)電荷，電荷量均為Q.求在z軸上距離原點(diǎn)也為r的C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向.

圖4

圖5

不難求出

與z軸的夾角等于z軸與底面的夾角，即

學(xué)生求解過(guò)程中需要較多的立體幾何知識(shí)，如果不能明白三棱錐各個(gè)邊角之間的關(guān)系，則無(wú)法完成由立體到平面的圖形轉(zhuǎn)換，無(wú)法得出正確結(jié)論.

2.3 能否從各個(gè)角度描述物體

物理概念和物理規(guī)律有多種表達(dá)方式，僅數(shù)學(xué)表達(dá)就有方程式、函數(shù)、圖像等.能否從各個(gè)角度描述同一概念或規(guī)律，能否準(zhǔn)確理解同一概念或規(guī)律的不同表達(dá)方式，實(shí)現(xiàn)不同表達(dá)方式之間的轉(zhuǎn)換，是學(xué)生視覺(jué)空間能力強(qiáng)、弱的標(biāo)志之一.

在機(jī)械波的圖像的學(xué)習(xí)中，部分學(xué)生將波的圖像等同于質(zhì)點(diǎn)的空間位置分布，或認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)沿波形圖遷移，從而導(dǎo)致原理錯(cuò)誤.部分學(xué)生無(wú)法根據(jù)波的圖像與傳播方向確定各質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)規(guī)律，在波的圖像與振動(dòng)圖像結(jié)合類(lèi)問(wèn)題中就束手無(wú)策.

在分析物理過(guò)程時(shí)，愛(ài)好美術(shù)的學(xué)生，能根據(jù)物理過(guò)程作出分析示意圖，在圖中找出相關(guān)物理量之間的聯(lián)系，擅長(zhǎng)用圖像處理問(wèn)題，能夠根據(jù)需要畫(huà)出完整的過(guò)程圖像.在分析追及、相遇類(lèi)問(wèn)題中確定位移關(guān)系，帶電粒子在有界磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中確定圓心、半徑位置與幾何關(guān)系，或者涉及彈簧彈力變化與物體位移關(guān)系問(wèn)題時(shí)，這種智能的作用更加突出.

3 物理教學(xué)中的空間智能開(kāi)發(fā)策略

在加德納提出的8種智能中，包括空間智能在內(nèi)的4種智能是由日常生活與工作所接觸的具體物體所激發(fā).這4種智能都是受外部物體影響的，而且個(gè)體可以通過(guò)與外部世界中物體的相互作用不斷使這4種智能得到發(fā)展和完善并趨于系統(tǒng)化.由于中學(xué)物理課程的內(nèi)容是與客觀世界中的物質(zhì)有關(guān)的，所以，物理課程的教學(xué)可以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的空間智能，同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的空間智能，可以使空間智能出色的學(xué)生對(duì)物理課程產(chǎn)生濃厚的興趣，可以使學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用空間智能輔助物理學(xué)習(xí)，使空間智能欠缺的學(xué)生得到適當(dāng)?shù)奶岣?，將空間智能對(duì)物理學(xué)習(xí)的負(fù)面影響降到最低.

3.1 利用“教師期望效應(yīng)”幫助實(shí)現(xiàn)空間智能的自我開(kāi)發(fā)

加德納認(rèn)為，每一種智能都可以開(kāi)發(fā)和培養(yǎng)，智力可以在任何年齡階段發(fā)展，或不同智力層次的人都可以通過(guò)一定的教育，在智力的各個(gè)方面得到不同程度的發(fā)展.這為教育提供了一個(gè)平等的機(jī)會(huì)，也對(duì)教師提出了如何開(kāi)發(fā)學(xué)生多元智能環(huán)境的要求.導(dǎo)致學(xué)生空間智能欠缺的因素很多，除先天遺傳因素外，有些學(xué)生是失敗經(jīng)歷導(dǎo)致自我歸因偏差，長(zhǎng)期逃避空間思維形成的，有些學(xué)生尚不清楚自己的空間智能欠缺，只是在相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)中遇到了更多的障礙.對(duì)于這兩類(lèi)學(xué)生，利用“教師期望效應(yīng)”，可以幫助實(shí)現(xiàn)空間智能的自我開(kāi)發(fā)[5].教師期望是教師對(duì)學(xué)生未來(lái)的行為或?qū)W業(yè)成績(jī)的推演，是建立在教師對(duì)學(xué)生現(xiàn)狀了解的基礎(chǔ)上的.教師期望效應(yīng)是指教師對(duì)其期望采取的相應(yīng)行動(dòng)發(fā)生在學(xué)生身上的結(jié)果.教學(xué)中利用自我實(shí)現(xiàn)預(yù)言效應(yīng)，對(duì)學(xué)生提出空間智能提升期望，相信學(xué)生通過(guò)鍛煉能夠?qū)崿F(xiàn)空間智能的自我開(kāi)發(fā)，學(xué)生會(huì)按照教師所期望的方向塑造自己的行為，主動(dòng)采取有效手段提升自己的視覺(jué)空間智能.

3.2 化抽象為具體 開(kāi)發(fā)抽象思維和空間思維

加德納在新的智能層次與結(jié)構(gòu)研究中，認(rèn)為每一種智能都有其特定的符號(hào)系統(tǒng)和獨(dú)特的發(fā)展軌跡.經(jīng)由良好的教育，人在各方面的潛能都可以得到發(fā)展.如果給予適當(dāng)?shù)墓膭?lì)、培養(yǎng)和教育，大多數(shù)人可以使自己的各項(xiàng)智能都發(fā)展到很高的水平.空間智能的培養(yǎng)始終抓住圖像表征這一核心，首先，化抽象為具體，在觀察的基礎(chǔ)上展開(kāi)想象，完成從形象到抽象的過(guò)渡.空間想象力是空間智能的基礎(chǔ)，采用有效的教學(xué)方法，可以使學(xué)生的空間想象能力得到充分的鍛煉.例如,明確物理概念、規(guī)律的多種表達(dá)，解釋不同表達(dá)方式的共性與區(qū)別，學(xué)會(huì)在不同表達(dá)方式之間靈活轉(zhuǎn)換.探索同一物理問(wèn)題的多種求解途徑，辨析不同方法所采用的手段和數(shù)學(xué)工具，比較不同方法對(duì)這種問(wèn)題的適應(yīng)性.幫助、引導(dǎo)學(xué)生用圖形、圖畫(huà)等藝術(shù)語(yǔ)言表示物理對(duì)象和過(guò)程.嘗試用方程、表格、圖像等不同數(shù)學(xué)手段表述物理規(guī)律.等等.

3.3 利用圖形呈現(xiàn)策略培養(yǎng)視覺(jué)空間智能

物理教學(xué)中,許多內(nèi)容都可以用圖形表示，利用圖形呈現(xiàn)可以將物理現(xiàn)象和過(guò)程直觀地、形象化地表現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生的興趣，幫助學(xué)生建立對(duì)客觀事物的真實(shí)、準(zhǔn)確、形象的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生對(duì)抽象概念和原理進(jìn)行想象和理解.

圖形呈現(xiàn)是連接觀察、想象及邏輯思維的橋梁和紐帶，在教學(xué)中運(yùn)用媒體手段可以實(shí)現(xiàn)圖形呈現(xiàn)，傳統(tǒng)的媒體手段包括板書(shū)、板畫(huà)、掛圖、模型、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)物等，形象、生動(dòng)的評(píng)議也可以激發(fā)學(xué)生的興趣，喚起學(xué)生的表象，促進(jìn)學(xué)生的想象.現(xiàn)代化的媒體手段主要指與計(jì)算機(jī)有關(guān)的多媒體技術(shù)，包括演示文稿、視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)和圖片等.

參考文獻(xiàn)

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