物理實驗研究中的物理認知問題探究

黃濤

【摘要】物理實驗是物理教學(xué)中必不可少的一部分，通過物理實驗，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，促進學(xué)生對物理知識的掌握。文章分析了學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的認知，根據(jù)不同的認知內(nèi)容最終確定了物理實驗研究的思路。

【關(guān)鍵詞】物理實驗；物理認知；生活實驗

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

一、物理學(xué)習(xí)的認知過程

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

二、物理的實驗探究分析

不同的知識體系中有不同的實驗方法，認知是指學(xué)生的主干認知。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，認知變得格外重要。首先可以通過直觀的物理實驗，說明物理知識的本質(zhì)，增強學(xué)生對實驗的感性認知與理性分析。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驗來確定研究方式。本文通過以下幾個方面進行內(nèi)容的介紹。

（一）探究疑難的物理實驗

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

有的物理實驗雖然很難達到完美的實驗效果，但這類物理實驗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，但是在具體的實驗過程中，通過疑難問題引發(fā)學(xué)生對實驗進行充分的思考，也是對學(xué)生思維能力的一種鍛煉。有的物理實驗過程一帆風(fēng)順，使得學(xué)生認為物理的相關(guān)實驗只要操作正確即可，但是事實并非如此，適當(dāng)?shù)亓艚o學(xué)生一些疑難問題會使學(xué)生對于物理知識有更深刻的理解，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）對抽象知識設(shè)計進行實驗

物理學(xué)的概念與規(guī)律多是在豐富的感性認識的基礎(chǔ)上進行的，是思維的相關(guān)產(chǎn)物。如果感性的直觀認識無法達到相應(yīng)的實驗效果，實驗具有困難，則可以通過設(shè)置過度臺階最終形成較好的物理教學(xué)。

有的物理知識，從表面上看與實質(zhì)上有許多區(qū)別，例如在探究物體的浮力時，學(xué)生會產(chǎn)生疑問：沉到水底的物體會受到浮力的相關(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)生對物理實驗產(chǎn)生疑惑。如果此時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)備兩個彈簧稱重器，在其中一個稱重器內(nèi)放入鐵塊，將鐵塊放在空氣中進行稱量，得到相關(guān)的結(jié)果；再將另外一個稱重器內(nèi)放入鐵塊，但是將其放在水底進行稱量。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)的物理實驗，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)計過渡臺階，巧妙地對學(xué)生進行了相關(guān)物理知識的教育，促進了學(xué)生對物理知識的認知，實現(xiàn)了物理實驗的良好教學(xué)[3]。

（三）實現(xiàn)多感官共同作用的物理學(xué)實驗認知方法

視覺是學(xué)生對實驗活動認知的主要途徑，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)無法達到相應(yīng)的表現(xiàn)效果的時候，就需要配合其他感官的感受進行相關(guān)教學(xué)。例如，可以配合聽覺進行相關(guān)教學(xué)，通過拓寬感覺的通道，使學(xué)生對物理實驗有更加直觀的認識，

在研究加速度的物理實驗時，由于學(xué)生對加速度的認知不明確，在進行具體的教學(xué)時，就需要結(jié)合其他感官作用進行物理實驗教學(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。可是，由于小車的體積較小，斜坡長度不夠，因此在小車運行過程中，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行的聲音，對小車的具體運行過程進行錄音操作，在實驗完成后播放相關(guān)錄音內(nèi)容，學(xué)生自然聽到小車在運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，達到實驗的目的。這就是通過拓展感官的方式，通過對學(xué)生認知的培養(yǎng)，實現(xiàn)物理實驗的應(yīng)有價值。

（四）創(chuàng)設(shè)實驗進行認知的調(diào)整

由于實踐經(jīng)驗的不同，人們對于物體有著不同的認識觀。例如在伽利略進行比薩斜塔實驗之前，不會有人想到“自由落體定律”。物理的實驗就是對相關(guān)認知的調(diào)整，在一些理論與事實認知不同的內(nèi)容中，我們可以通過有效的實驗調(diào)整人們對于實驗的認知。

比如，證明阿基米德定理時，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，因此我們進行了有效的實驗。

取一個帶刻度的量筒，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行稱量，對水的刻度進行統(tǒng)計，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）通過生活實驗促進物理認知

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。首先，人體內(nèi)部無時無刻都在進行著物理的變化，日常生活中處處體現(xiàn)著物理的變化，生活中處處是實驗。教師可以給學(xué)生布置生活實驗的相關(guān)任務(wù)，使學(xué)生通過生活的實驗加深對物理知識的認知，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行相關(guān)的分析[5]。

例如：我們會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，會經(jīng)歷轉(zhuǎn)彎，汽車在轉(zhuǎn)彎的過程中使人體會有種被甩出的感覺。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，當(dāng)公交車突然停下的時候，我們會本能地前傾，這便是受到了慣性的作用?？傊?，生活中處處有物理，處處有實驗，體驗生活，也可以較好地增強對物理學(xué)科的認知力[6]。

三、總結(jié)

物理實驗不是一味地向?qū)W生傳授知識，而是通過學(xué)生對外界信息的感知，綜合運用各種方式，使學(xué)生感受到物理的樂趣，對物理知識活學(xué)活用，最終轉(zhuǎn)化為自己的理解。必須根據(jù)學(xué)生的認知過程進行相應(yīng)的物理實驗。首先，我們可以對疑難的物理實驗進行探討，使學(xué)生在學(xué)習(xí)探究中加強對物理難點的認知。其次，我們應(yīng)該使用創(chuàng)新性的方式進行實驗，將原有的實驗和方式改良成更利于學(xué)生理解的實驗和方式，使學(xué)生在實驗中更好地理解物理實驗，感受物理魅力。再者，通過多感官聯(lián)合實驗教學(xué)的方式，也可以促進學(xué)生對物理知識的把握。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，將生活作為物理實驗的第二課堂，加深對物理知識的認知，實現(xiàn)物理實驗的真正價值。

【參考文獻】

[1]黃榮勝.初中物理實驗探究過程中研究方法的滲透[J].南昌師范學(xué)院學(xué)報，2014（06）：23-26.

[2]羅世灼.加強物理實驗教學(xué) 培養(yǎng)實驗探究能力[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報，2013（01）：158-159.

[3]毛中峰.高中物理探究實驗教學(xué)和科學(xué)探究精神——從《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》培養(yǎng)科學(xué)探究精神[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2012（02）：44.

[4]趙忠明.上好初中物理實驗探究課的反思[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（04）：137-138.

[5]冼維平.探究式物理實驗的基本特征及核心要素[J].教育教學(xué)論壇，2011（18）：225-226.

[6]趙雪穩(wěn).加強中學(xué)物理實驗探究 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].科技信息，2010（29）：267.