|
|
 |
|
 |
中学物理实验在培养思维能力中的作用福建师大附中 陈荫慈 物理知识来源于实践，特别是来源于实验的实践。实验是自然现象在有计划和有条件下的重复，实验所得到的事实不但给思维活动提供了原始材料和主要的依据，而且是检验思维正确与否的标准。在教学中有目的、有计划和有成效地进行实验，可以激发学生思维，可以从多方面训练学生思维，从而达到培养他们正确思维方法和能力的目的。实验本身也是一门科学，也有实验知识和实验能力的要求，要使实验得到应有的成效，需要学生善于思维。因此，实验对学生思维的发展起了促进的作用。下面通过实例说明实验对学生思维的发展所起的作用： 1．实验能够激发学生的思维。学生的思维可以处于积极主动的状态，也可以处于消极被动的状态，只有处于积极主动的状态，才能得到进一步的发展。而生动有效的实验会给学生以强烈的刺激，会引起他们浓厚的兴趣，是一种调动思维的好办法。例如在研究电谐振时，用来顿瓶（如图1）演示，使学生获得了鲜明的印象，再通过语言的配合，就可以引导学生通过思维得到结论。中学物理教学中，这样生动有成效的实验是很多的。像应用阴极射线在磁场中的偏转研究治仑兹力；应用摩擦管来研究做功会增加物体内能等等。 课外学生动手实验对激发与调动学生思维的作用并不比课堂上所起的作用小。例如让学生用竹筷制作小杆秤，用铁片和漆包线制造小电动机，用元件装配简单收音机等等。只要他们动手了，必然会出现许多问题。他们能够解决时，就高兴，就继续前进。他们不能解决时，就向教师提出问题，要求帮助解决，因而充分发挥了他们思维的主动性和积极性。 ２．实验能够引导学生进行正确的思维，使学生学会正确思维的方法。在中学物理教学中，特别是遇到一些比较复杂的问题时，需要学生不断地进行分析思考。但是，如果不经引导，学生的思维容易中断，或者陷人了混乱之中，或者向不正确的途径发展，而这时仅靠灌输，学生思维必然是处于被动和消极的状态。如果在研究这些比较复杂问题的时候，用边实验边分析的方法，精心安排一系列的实验，就可以调动学生思维和引导他们沿着正确的途径来进行思维，这样学生就可以通过观察、比较和分析，逐步找出现象的本质和规律。例如在研究感生电流的产生条件时，经过列一系列实验，边实验边分析，最后得出正确的结论（实见高中物理下册图4－2到4－6）。
这种应用边实验边分析的教学形式，首先它符合了“实践——理论——再实践——……”的认识过程，其次它是从实验感觉到的材料出发，通过对比分析，去粗取精，去伪存真，由表及里的思维过程。因此，它不但帮助学生得到了正确结论，而且还锻炼了学生的思维。 在中学物理教学中经常采用分析综合的方法来研究问题，这时边实验边分析的教学形式也是十分合适的。实验是在人为的情况下使自然现象再现，利用人为的方法控制现象的发生条件，就有可能把比较复杂的多因素的影响分解为几个单因素的影响，逐一加以研究，然后经过综合而得到现象的规律。例如，研究气体状态变化时，就是通过三个实验分别对一定质量气体的等温、等容和等压三个过程加以研究，然后研究温度、压强和体积三者都变化的过程，再应用实验加以验证。这样不但帮助学生认识了气态方程而且对学生的思维能力的培养也起了示范的作用。像这样的例子是很多的。例如平行板电容的大小跟极板距离，极板正对面积和电介质的介电常数等三个因素的关系，也是通过三个实验分别研究每个因素对电容大小的影响，最后总结出公式： 3．实验能够检验学生思维是否正确。学生在学习过程中进行了思维活动后，如果能够及时地给以检验，使他们看到自己思维的效果，也看到自己思维的不足之处，这有利于培养他们的思维能力。实验就是一种能有效地而且很方便地检验学生思维正确与否的好方法。下面通过一些例子加以说明。
中学物理教学中广泛地应用判断、推理和证明等形式来研究问题。如果我们能够应用实验加以验证，就容易弄清楚所得的结论是否正确，而且还可以弄清楚在得到这个结论的思维过程中是否正确。例如，在沸水里加热试管，试管里的水沸腾吧？为什么？（如图4所示）遇到这样的问题，学生思维活跃，争论激烈。解决的办法，最好先做实验，证实试管里的水并不沸腾，然后再让学生讨论。这样做不但可以使学生弄清楚热传递的条件（温差）和沸腾条件（吸热），而且可以帮助他们在判断推理过程中，注意到论据是否充足，推论过程合理等问题。这有利于培养他们的思维能力。
4．通过实验培养学生的形象思维能力和抽象思维能力。在中学物理中我们要研究电流和空气等等，这些都是看不见的。如果我们通过演示实验使学生能够感觉得到，则有利于学生形象思维。例如，在研究振动发声时，可以把乒乓球放在扬声器的纸盆上，把振动着的音叉与水面接触等，通过乒乓球的跳动和水的被溅开使学生形象地了解了振动发声的道理。又例如研究抽气机工作原理时，如果在演示过程中，给被抽气的容器充上一些烟气，就可以使学生观察到抽气过程中空气的移动情况。 同样，在研究电流热效应时，可以在细漆包线上套上一段细塑料管，让学生看到当电流加大后塑料管受热烧起来的现象，给学生留下生动的深刻的印象，对学生形象思维起了积极作用。
综上所述，实验对学生思维的发展是十分重要的。其实，实验本身就是培养学生思维能力的好课题。在教学中无论是通过实验获得物理知识，还是通过实验验证物理规律，也无论是演示实验，还是学生实验，所有这些实验活动过程，都必须通过思维活动。只有经过正确的思维活动，才能使观察敏锐、准确，才能在抽象出物理现象的共同属性和变化规律时，能够更加迅速、合理。既然实验要求学生积极地进行思维，因此充分地进行思维能力，应该引起我们极大的重视。 |
生动有效的实验不一定都要昂贵而复杂的器材，有时应用学生身边的一些简单的用具（甚至学生自己）也可以取得明显的效果。例如在研究力矩时，让学生坐在椅子上，要他们保持上身不前倾，小腿竖直下伸，脚不后退的情况下而站起来；又例如在研究惯性时让学生用墨水瓶压在纸条上，然后迅速拉动纸条，可以看到墨水瓶并没有移动（如图2所示）等等。这些简单实验常常带来学生想象不到的结果，必然会引起他们的思维活动。
在研究了动量守恒定律之后，开始研究弹性碰撞的时候，向学生提出这么一个问题：“两个质量相同的钢球，以相等的速率相向运动，碰撞后它们的速度是怎样的？”学生经过思考后，有的认为两球速度都变为零，有的认为两球的速度不为零。到底谁对谁错呢？可以用图3所示的实验来验证。两个质量相同的钢球分别吊在细绳上，静止时靠在一起。使它们分开与铅直线成相同的角度后放开，它们回到原位置时相碰。可以看到碰撞后它们不是静止下来而是沿相反方向分开，几乎会达到原来的角度。显然，两球速度不为零。接着再做一次实验，不过用油泥球代替钢球。实验的结果可以看到两个油泥球碰撞后都静止下来了。经过讨论后，学生便弄清了其中的道理：因为碰撞前它们总动量等于零，根据动量守恒定律，碰撞后总动量也应该等于零。总动量等于零，可以是两球
的动量与各自原来的动量等值反向。但是，学生们还不理解：为什么有的静止下来，有的却不这样？而且他们认为：既然只要两球动量等值反向，总动量都可以等于零，那么碰撞后两球的速度就应该有多种呀？于是，我们让学生注意钢球和油泥球的差别，将学生进一步引导到研究弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性上去。
学生在学习物理过程中，常常因为错误的经验而阻碍了他们正确的判断和推理。例如，许多学生存在着一种片面的经验，他们认为；“吸热升温，放热降温，不吸热不放热则温度不变。”因此，在研究到理想气体的绝热过程时，他们普遍存在着错误的推论：“绝热过程，气体不吸热不放热，它的温度不变，因此，气体的内能也不变”。对待学生这种根深蒂固的片面性的经验，做一做“气体绝热压缩时可以使火药棉发火”的实验（如图5），给学生以强烈刺激，使他们有深刻的印象，这样就比较容易加以纠正了。
在研究到抽象问题时，如果能够设计一些合适的实验，使它形象地显现出来，这对培养学生的抽象思维能力有很大好处。例如，在研究电场和磁场时，可以演示电力线和磁力线，让学生形象地领会电场和磁场的存在。又例如，在研究阿基米德定律时，通过演示让学生看到浸在液体中的物体所受的浮力和它所排开的液体的重量相等。然后让学生设想被排开液体（如图６）原来是处于平衡的，即它的重量等于浮力，现在它被物体Ａ所代替了，因此物体A所受的浮力应等于所排开液体的重量。这就是从形象思维提高到抽象思维的一个例子。