如何在物理教學中培養(yǎng)學生觀察能力

趙成

一、排除無關因素干擾，引導學生明確觀察的總任務

在任何一個演示實驗中，都或多或少地存在著與概念、原理、規(guī)律的本質聯(lián)系無關的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在演示實驗中起著干涉觀察的作用。為克服無關因素的干涉，就需要教師引導學生明確觀察的總任務，使學生從一開始就明確如何在演示實驗是選擇信息。

例如，楞次定律教學觀察的中心任務是考察感生電流的方在何時會發(fā)生改變？使它改變的因數(shù)有哪些？在觀察任務的指引下，學生就會將注意力集中于電流指針的偏轉方向和條形磁鐵或通電螺線管在閉合螺線管中插入或拔出的方式之間的關系，從而排出插入或拔出的快慢、電流表指針偏轉的幅度等次要因數(shù)的干擾。

又如，利用雞蛋兩次從同一高度下落，分別落到鋪有泡沫塑料和堅硬石板的水平桌面產生的不同效果，從而說明沖量相同時，作用時間越短，平均沖力越大的關系。這個演示雖然簡單，但雞蛋落地的效果明顯，學生的注意力和興奮點常常會集中到打破了的雞蛋上去，而淡化了對演示實驗關鍵點的觀察。只有在實驗演示前對觀察的總任務進行必要的引導，學生才能觀察到“同一高度下落，最后都處于靜止”，以及“雞蛋落在泡沫塑料上的緩沖過程”等關鍵因素。

二、細分階段，引導學生把觀察任務具體化

對演示階段的劃分是教師在分析學生的認知規(guī)律和教學內容的基礎上，對演示階段的安排。它是將實驗演示的過程分解為若干部分，每一部分都有一個明確的階段性目標，根據教學目標和學生認識過程的規(guī)律，將各個部分排成一個序列。

例如，在利用橫（縱）波演示儀器模擬演示橫（縱）波發(fā)生與傳播的過程中，實驗演示模擬了一排無振動的質點在波源的帶動下依次開始振動，并最終形成了波。在波的傳播過程中，質點只在平衡位置附近往返振動，波形不斷前進?；狙菔竞陀^察應當分為兩大部分；首先，從第一個質點開始振動，逐步依次帶動所有質點振動。在這個波的形成過程中，要注意引導學生觀察在彈性介質中是怎樣形成的。先振動的質點依靠質點的相互作用力帶動鄰近質點也開始振動，但后振動的質點到達最大位移或平衡位置的時刻總是落后于先振動的質點，即振動相位落后。其次，在全部振動都質點起來后，進一步演示和觀察波的傳播觀察的特點。教師要引導學生觀察每一個質點只在原平衡位置附近振動，并不隨波形前進而發(fā)生平衡位置的遷移；還要觀察橫波在傳播過程中波峰與波谷相互間隔，縱波在同一位置疏部與密部交替出現(xiàn)。

三、抓住語言的表達，引導學生準確表達實驗現(xiàn)象

學生對實驗現(xiàn)象的表達大多是只從表象出發(fā)，用生活化的語言來表達。例如，“反射角等于入射角”、“小車跑得越快越難停下來”、“表面越不光滑，小車跑得越遠”，等等。這些語言來源于學生的生活以及與之相關的生產實踐，是一種自然語言，結構松散且簡約化。而物理學是一門嚴謹?shù)膶W科，有專門表達自己概念、規(guī)律、現(xiàn)象的詞匯、術語，其表述要簡練、嚴密、精確。

教師在引導學生觀察實驗的同時，更要引導學生使用具有簡練、嚴密、精確的物理語言表述所觀察到的現(xiàn)象，使不穩(wěn)定、無持續(xù)的感覺變?yōu)榉€(wěn)定的、有持續(xù)的表象，進而打破感覺器官的局限，促進學生的感覺、知覺、表象上升為理性思維。

在引導學生用物理語言實驗現(xiàn)象時，要注意以下幾點：

1、細致觀察，防止實驗條件的缺失。

在演示實驗中，教師要引導學生仔細觀察，特別是注意實驗現(xiàn)象發(fā)生的條件。如某種實驗現(xiàn)象只在某種實驗條件下出現(xiàn)，則必須客觀地指出這一現(xiàn)象所存在的條件。例如，在利用注射器封閉一段空氣來演示氣體壓強隨體積變化規(guī)律時學生往往將現(xiàn)象表述為“氣體的壓強越大，體積變小”，而忽略了“一定質量”“空氣”“溫度不變”等實驗條件。

2、理解原理，準確表述實驗條件。

例如，動能與質量的關系的實驗的演示方法是：讓質量不同的小球從斜面上的同一高度滾下，打到一塊小木塊上，將木塊撞出一段距離。對此實驗現(xiàn)象，學生表述“當物體的高度一定時，質量越大，具有的動能越大。”實際上，本實驗研究的是動能與質量的關系，由于影響小球的動能因素有兩個——質量和速度，因此研究動能與質量的關系所采用的實驗方法是控制量法，即在保持小球速度不變的條件下，通過改變小球的質量來研究動能與質量的關系。本實驗讓質量不同的小球從同一斜面的同一高度滾下只是控制小球到達斜面底端時的速度不變。因此，在表述動能與質量的關系時，它的實驗條件是——使小球到達斜面底端時，速度不變，而不是小球的高度不變。

在演示實驗中，教師應特別強調實驗的原理及實驗的方法，這對學生正確地表述實驗的條件及實驗的設計很有必要。

3、明確目的，因果關系不能顛倒。

在演示實驗中，教師一方面要引導學生關注物理條件改變與物理現(xiàn)象變化之間的聯(lián)系，另一方面還要注兩個物理量的因果關系。因而在表述是，因果關系不能顛倒。

例如，在演示電流與電阻的關系實驗中，學生對此實驗現(xiàn)象表述為：“當導體兩端的電壓一定時，導體的電阻跟通過導體的電流成反比”。實際上，本實驗的目的是保持導體兩端電壓不變，通過改變導體的電阻來觀察電流的變化情況。因此，電阻的變化是原因，電流的變化是結果。正確的表述為：“當導體兩端的電壓一定時，導體中的電流跟導體的電阻成正比?！?/p>

四、通過提問、設問，引導學生總結和深化觀察結果

觀察的深刻性在于，要通過表面現(xiàn)象抓住事物的本質。實驗結束后，教師要通過提問、設問等方式，啟發(fā)學生運用學過的知識對實驗現(xiàn)象進行分析、綜合、比較、抽象和概括，即通過物理現(xiàn)象尋找物理本質。

在楞次定律的演示中，可設問 ：N極（S極）插入或拔出線圈時，電流方向為什么不一致？感生電動勢的正負端與磁通量變化，原磁場方向之間有什么規(guī)律？在得出楞次定律后，可進一步設問：感生電流的方向如何確定？學生通過思考，運用已學過的知識，很快能回答：由楞次定律判定感生電流的磁通方向，再由安培定律可以判定感生電流的方向。至此，還可以進一步設問：為什么會產生這樣的現(xiàn)象？由于磁鐵和產生感生電流的線圈之間磁力作用總要阻止磁鐵和線圈的相對運動，因此要產生感生電流，外力必須克服阻力（磁力）做功，這樣其它形式的能才會轉化成感生電流的電能。教師也可以用反證法進行推理：如果不是這樣，而出現(xiàn)完全相反的情況，那么，磁鐵和線圈一旦有了相對運動，線圈中感生電流的電能和磁鐵運動的機械能將會同時增大，而這是違反能的轉化和守恒定律的，因而是不可能發(fā)生的。這樣步步設問，學生的認識踏上一個新的臺階。