“觀察法”在體驗(yàn)性物理教學(xué)情境中的體現(xiàn)

申 潔

（蘇州市振華中學(xué)，江蘇 蘇州 215006）

1 問題的提出

學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)是在教學(xué)情境活動(dòng)中獲得的，情境設(shè)計(jì)不是僅限于讓學(xué)生獲得一種簡(jiǎn)單的感性化的興趣滿足，深層次的目的是引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)的過程中感覺從外在的環(huán)境和內(nèi)在的心境兩方面都感受到自己正處在理性思維提升的空間中，進(jìn)而在一個(gè)解決問題的過程中通過觀察與思考獲得對(duì)知識(shí)的理解，最終上升到學(xué)習(xí)智慧提升的境界.

觀察法是重要的科學(xué)研究方法之一，是有計(jì)劃地用自己的感官或借助科學(xué)的觀察儀器及裝置，對(duì)所要研究的對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的觀察所取得研究資料的方法.任何問題的研究都離不開研究者的仔細(xì)觀察，如何在體驗(yàn)性物理教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)中體現(xiàn)“觀察法”教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)，筆者根據(jù)實(shí)際教學(xué)實(shí)踐的感受，談幾點(diǎn)看法.

2 定性觀察在教學(xué)情境中的體現(xiàn)

體驗(yàn)性物理教學(xué)情境中的許多問題設(shè)置始于對(duì)問題的觀察，而對(duì)問題的觀察性研究通常離不開定性的觀察歸納，定量的分析概括，但定性研究和定量研究所使用的觀察方法是有區(qū)別的.定性觀察在闡釋觀察內(nèi)容時(shí)會(huì)融入自身的情感和經(jīng)驗(yàn)，觀察的重點(diǎn)明確，可以在新問題出現(xiàn)之際將注意力轉(zhuǎn)移到它所要觀察的新現(xiàn)象上，觀察的重點(diǎn)通常是寬泛的.

以筆者設(shè)計(jì)的“力的作用是相互的”的體驗(yàn)性教學(xué)情境為例.

情境：讓學(xué)生仔細(xì)觀察“長(zhǎng)氣球放氣時(shí)有什么現(xiàn)象發(fā)生？”學(xué)生欣喜地看到了長(zhǎng)氣球向前飛出，驚訝之余，卻都沒有觀察到氣球尾部有彩色紙屑向后噴出，而彩色紙屑向后噴出的細(xì)節(jié)恰恰是說明“力的作用是相互的”性質(zhì)的重要證據(jù)，由于學(xué)生受氣球運(yùn)動(dòng)的視覺沖擊，將觀察的重點(diǎn)放在了氣球向前運(yùn)動(dòng)的情境上，疏忽了尾部還有更重要的“噴出彩色紙屑的”情境細(xì)節(jié).

說明：對(duì)于觀察法在這個(gè)問題情境中的的運(yùn)用，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)交代觀察的重點(diǎn)細(xì)節(jié)及觀察的意義，避免學(xué)生被“看熱鬧”.在實(shí)際教學(xué)中，該情境實(shí)驗(yàn)需要操作兩次，即在新問題出現(xiàn)之際將觀察者的注意力轉(zhuǎn)移到它所要觀察的新現(xiàn)象上，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注氣球尾部發(fā)生的細(xì)節(jié)變化，只有通過現(xiàn)象的具體寬泛而細(xì)致的觀察，才能達(dá)到直觀認(rèn)識(shí)“力的作用是相互的”現(xiàn)象的目的.

問題情境設(shè)計(jì)中的定性觀察，筆者認(rèn)為教學(xué)設(shè)計(jì)需要關(guān)注3點(diǎn)，（1）使觀察有效；（2）觀察過程應(yīng)詳細(xì)具體；（3）要考慮觀察者對(duì)目擊情境的個(gè)人反應(yīng).

上述例子中提到的，學(xué)生疏忽了“尾部有彩色紙屑噴出的”情境細(xì)節(jié)，主要原因就是觀察者對(duì)目擊情境的個(gè)人反應(yīng)導(dǎo)致.即學(xué)生受好奇心驅(qū)使，觀察重點(diǎn)集中在氣球快速向前飛行的環(huán)節(jié)上，盡管現(xiàn)象觀察是有效的，但現(xiàn)象觀察過程不夠具體細(xì)致.然而，科學(xué)方法掌握及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程的實(shí)施密切相關(guān)，教學(xué)目標(biāo)中籠統(tǒng)的說明“應(yīng)用觀察法觀察‘力的作用是相互的’現(xiàn)象”是淺顯的，需要在教學(xué)設(shè)計(jì)中對(duì)觀察的細(xì)節(jié)和內(nèi)涵進(jìn)行深入分析，運(yùn)用明確具體的語(yǔ)言闡述觀察的重點(diǎn)，才能達(dá)到實(shí)際教學(xué)的有效.

該教學(xué)情境設(shè)計(jì)中可進(jìn)一步優(yōu)化的是，讓“尾部噴出的彩色紙屑”更多、更鮮艷奪目，以提高學(xué)生的視覺關(guān)注度，增強(qiáng)觀察的有效度；在教學(xué)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)上啟發(fā)學(xué)生明確觀察目的，使觀察有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象的整個(gè)過程，而不是限于觀察現(xiàn)象的局部.切實(shí)將提高學(xué)生的觀察能力作為教學(xué)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，以此提升學(xué)生對(duì)“觀察法”的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)科學(xué)地觀察問題，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，總結(jié)結(jié)論.

3 定量觀察在教學(xué)情境中的體現(xiàn)

定量觀察一般具備描述性、測(cè)量性和推論性的特征.對(duì)于定量研究，通常要確定研究的問題、進(jìn)行假設(shè)和實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)樣本，進(jìn)行內(nèi)容分析，詮釋結(jié)果等.

以研究“通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”為例.

情境：依據(jù)研究導(dǎo)體中的電流與電壓、電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，在控制變量基礎(chǔ)上通過觀察電流與電壓、電阻的變化關(guān)系，收集多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)，從中推論出規(guī)律和結(jié)論（見表1、表2）.

表1

表2

說明：在上述問題情境的設(shè)計(jì)上，呈現(xiàn)的主要是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀察與記錄，但觀察的重點(diǎn)不僅限于對(duì)數(shù)據(jù)的定量觀察與收集，還應(yīng)關(guān)注在實(shí)驗(yàn)過程中電流隨電壓、電阻變化的可描述性特點(diǎn)，如“電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流隨電壓增大而增大；電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流隨電阻增大而減小.”讓學(xué)生有意識(shí)地觀察各個(gè)物理量的大小變化及其變化特征，這是得出定量關(guān)系的基礎(chǔ).

因此，對(duì)于定量觀察，教學(xué)設(shè)計(jì)需要注意的是，觀察的數(shù)據(jù)信息與實(shí)際收集的數(shù)據(jù)信息必須保持一致性；避免觀察者干擾或改變他們觀察的信息，確保觀察數(shù)據(jù)的有效和可信.

由上述的研究“通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”例子，不難看出教學(xué)設(shè)計(jì)中首先要設(shè)計(jì)培訓(xùn)觀察者分析觀察數(shù)據(jù)能力的教學(xué)目標(biāo)，說明運(yùn)用定量觀察要經(jīng)過一系列的步驟才能收集到有效的數(shù)據(jù).具體操作是，第一，先定性觀察電阻變化或電壓變化都能引起電流變化；第二，保持電阻不變，定量觀察電壓變化對(duì)電流的影響；第三，保持電壓不變，定量觀察電阻變化對(duì)電流的影響.并且需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有意義的分析才能推論得出科學(xué)結(jié)論，而不是簡(jiǎn)單地找出數(shù)據(jù)之間的數(shù)量關(guān)系.

尤其是在進(jìn)行數(shù)據(jù)定量分析時(shí)，數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用啟發(fā)是必需的，如“公式法”——將“通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”表述為“I＝U／R”，間接引入“比值法”——“導(dǎo)體的電壓與電流的比值是一定值”，這些科學(xué)方法在問題情境設(shè)計(jì)時(shí)可以進(jìn)行層次性滲透并落實(shí).事實(shí)上，在研究“通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”的問題時(shí)，無論是觀察法、公式法、比值法，包括控制變量法的應(yīng)用，本身就是與“歐姆定律”相關(guān)的知識(shí)應(yīng)用，此處的知識(shí)與方法是相互關(guān)聯(lián)，不可分割的.

4 對(duì)比觀察在教學(xué)情境中的體現(xiàn)

對(duì)比觀察，包括前后對(duì)比、部位對(duì)比、分類對(duì)比、異物對(duì)比等，是控制和判斷某一種因素對(duì)現(xiàn)象或過程起支配作用的有效方法，也是教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)中常用的觀察方法.

以筆者設(shè)計(jì)的研究“直升機(jī)升空原理”的非常規(guī)實(shí)驗(yàn)為例.

圖1

情境：用小風(fēng)車在遙控直升機(jī)模型下方轉(zhuǎn)動(dòng)，生動(dòng)形象地顯示了“直升機(jī)螺旋槳對(duì)下方空氣有力的作用，同時(shí)空氣對(duì)直升機(jī)產(chǎn)生向上的力的作用”（如圖1所示），由此說明“力的作用是相互的”.

說明：學(xué)生觀察該實(shí)驗(yàn)時(shí)需要先對(duì)比觀察直升機(jī)運(yùn)動(dòng)前后小風(fēng)車是否轉(zhuǎn)動(dòng)，即直升機(jī)不運(yùn)動(dòng)時(shí)，小風(fēng)車在其下方也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)；然后對(duì)直升機(jī)和小風(fēng)車進(jìn)行部位對(duì)比觀察，即直升機(jī)向上運(yùn)動(dòng)，小風(fēng)車會(huì)在其下方轉(zhuǎn)動(dòng)，以獲得“直升機(jī)升空原理”是根據(jù)“力的作用是相互的”的性質(zhì)的可靠事實(shí)依據(jù).

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)較好地提供給了學(xué)生進(jìn)行對(duì)比觀察的情境體驗(yàn)，能夠從方法層面讓學(xué)生對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生聯(lián)想和思考，通過學(xué)生的對(duì)比觀察，直觀地得到“直升機(jī)升空原理”的結(jié)論，而不需要費(fèi)太多的口舌進(jìn)行解釋.

對(duì)于對(duì)比觀察，教學(xué)設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)的是，問題情境設(shè)置必須具有可對(duì)比性；提供給觀察者的信息及結(jié)構(gòu)關(guān)系具體明確，有層次及差異，直觀性強(qiáng).

教學(xué)情境中對(duì)比觀察的例子很豐富，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要善于創(chuàng)設(shè)“不同的物體或不同條件下的同一物體存在相互聯(lián)系”的情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比觀察，從中發(fā)現(xiàn)差異及規(guī)律，只有通過對(duì)比觀察，才能對(duì)某些物理現(xiàn)象從感性上升到理性的認(rèn)識(shí).

例如研究“電磁感應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)，首先對(duì)比觀察電路閉合與斷開情況下是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，再對(duì)比觀察導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)與沒有做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，接著對(duì)比觀察磁場(chǎng)方向變化及導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向變化時(shí)感應(yīng)電流方向變化的現(xiàn)象，情境設(shè)置層層遞進(jìn)，讓觀察者在情境體驗(yàn)中認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，通過歸納分析，推論得出電磁感應(yīng)結(jié)論，不是依賴機(jī)械性的記憶去掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象及結(jié)論.

另外，歸納觀察法、驗(yàn)證觀察法和綜合觀察法也是常用的觀察方法，同一個(gè)體驗(yàn)性教學(xué)情境設(shè)計(jì)中往往蘊(yùn)含有多種情形的觀察方法，每一種觀察方法的應(yīng)用都體現(xiàn)了科學(xué)方法能為學(xué)生提供在情境中解決問題的綜合能力，使他們經(jīng)歷批判性思考的過程，通過使用科學(xué)觀察所獲得的證據(jù)來得出相應(yīng)結(jié)論.

觀察法包涵的科學(xué)元素非常豐富，在問題解決過程中通常需要利用可觀察的證據(jù)來檢驗(yàn)思維，明晰概念和規(guī)律.因此，進(jìn)行物理教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時(shí)，有必要在關(guān)注學(xué)生體驗(yàn)性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上體現(xiàn)“觀察法”的有意義應(yīng)用及其在教學(xué)過程中的有效實(shí)施.

1 張憲魁.物理科學(xué)方法教育.青島：中國(guó)海洋大學(xué)出版社，2000.

2 閻金鐸，續(xù)佩君.物理能力測(cè)量研究，南寧：廣西人民教育出版社，1996.