王忠明

（張家港外國(guó)語學(xué)校，江蘇 張家港 215600）

教師主要任務(wù)是如何組織知識(shí)，并根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)以某種形式呈現(xiàn)知識(shí).不論是組織知識(shí)，還是呈現(xiàn)知識(shí)，它們包含了教師在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程中的思維過程.同樣，不論學(xué)生在接受知識(shí)、還是在探究、發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程中都涉及到知識(shí)的同化過程.在學(xué)生同化知識(shí)的過程中涉及知識(shí)的感知、記憶、判斷、推理，同時(shí)同化與順應(yīng)不是單向的，雙向多層次、多次完成的.學(xué)生在同化和順應(yīng)的過程中同樣包含了豐富的思維過程.

但是不論是形成概念、還是歸納或演繹出規(guī)律，亦或運(yùn)用概念和規(guī)律解決問題時(shí)采用分析與綜合等思維形式，這些物理思維的特點(diǎn)都具內(nèi)潛性、簡(jiǎn)縮性和觀念性.有效教學(xué)的最基本要求就是有效溝通，也就是說要將科學(xué)家的思維通過教學(xué)設(shè)計(jì)暴露在教師自己感官面前.教師的教學(xué)思維通過生動(dòng)、有效的教學(xué)過程暴露在學(xué)生各類感官面前.真如夸美紐斯所說：一切知識(shí)都是從感官的感覺開始的，應(yīng)該把通過感官所獲得的客觀事物感覺經(jīng)驗(yàn)作為教學(xué)的基礎(chǔ).學(xué)生在主動(dòng)接受知識(shí)或者探究知識(shí)的過程中應(yīng)該通過自然、生態(tài)的課堂活動(dòng)有效表達(dá)自己的思維過程.三種思維的有效表達(dá)，將有助于教師和學(xué)生迸發(fā)出可貴的思維火花，或暴露出隱藏的思維障礙，提高學(xué)生知識(shí)生成的自主性、有序性.

一般來說，教師表達(dá)思維主要有下面幾種方式：演示實(shí)驗(yàn)、實(shí)物、模型、多媒體動(dòng)畫演示或視頻資料、圖像或圖表、語言、文字或者符號(hào).其中文字和符號(hào)屬于抽象、非直觀的思維表達(dá)；語言是一種發(fā)聲的符號(hào)，但生動(dòng)的語言不僅給人強(qiáng)烈的感染力，而且形象、生動(dòng)的描述會(huì)在人的心理產(chǎn)生一副相對(duì)應(yīng)的物理情景，因此語言具有一定的直觀性；圖像或圖表帶有一定的抽象性，它簡(jiǎn)潔但內(nèi)涵豐富，因此需要讀圖的學(xué)生有一定的閱圖能力，但其主要以直觀表達(dá)為主，而且有時(shí)會(huì)有一圖勝千言的感覺；其他的表達(dá)方式屬于直觀的思維表述方式.下面以“波的形成與傳播”課堂教學(xué)為例談物理教與學(xué)思維的表達(dá)形式及轉(zhuǎn)化.

1 生成概念內(nèi)含的思維表達(dá)形式與轉(zhuǎn)化

物理概念是一類物理現(xiàn)象和物理過程的共同性質(zhì)和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是對(duì)物理現(xiàn)象和物理過程的抽象化和概括化的思維形式.根據(jù)該定義，有兩點(diǎn)值得我們注意：其一，概念是性質(zhì)在頭腦中的反映，簡(jiǎn)單地說就是表象，就是現(xiàn)象或過程的性質(zhì)在頭腦中形象，這個(gè)形象可以是靜止的，也可以是運(yùn)動(dòng)的、變化的.要確保表象正確，我們的現(xiàn)象和過程就一定要具體、形象，并且能反映現(xiàn)象和過程的正確性質(zhì).其二，概念是抽象的、概括的，因此我們?cè)诮虒W(xué)過程中有必要把抽象的概念具體化，把概括的性質(zhì)和特征詳細(xì)化、形象化.下面以“波”這一概念的引入和生成來說明內(nèi)含的思維表達(dá)形式與轉(zhuǎn)化.

1.1 波概念的引入——展示教師的思維過程

圖1

首先（實(shí)驗(yàn)）演示實(shí)驗(yàn)波動(dòng)，如圖1所示.提示學(xué)生注意教師手的運(yùn)動(dòng)方式，觀察繩子上“波浪”的前進(jìn).

其次（文字、語言）板書：振動(dòng)的傳播叫波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波.

最后（語言）提問：什么是振動(dòng)？

回答：質(zhì)點(diǎn)以某一位置做周期性運(yùn)動(dòng).

提問：怎樣理解“傳播”？

回答：繩子上不動(dòng)的部分隨著時(shí)間推移，也開始“動(dòng)”起來.

1.2 波概念的生成——暴露學(xué)生思維過程

首先（視頻）提供深海處的海浪和原子彈的沖擊波視頻.

提問：視頻展示的是否是波？學(xué)生回答：是波.

其次（語言）提問：聲音是波嗎？學(xué)生回答：是波，是聲波.

提問：既然聲波是波，就應(yīng)該看到振動(dòng)和振動(dòng)的傳播，那我們?nèi)绾慰吹侥?？學(xué)生回答：用講臺(tái)上的喇叭發(fā)聲來做實(shí)驗(yàn).

最后（實(shí)驗(yàn)、語言）演示 “聲波”形成的實(shí)驗(yàn).在喇叭發(fā)出聲音時(shí)，如果在喇叭的紙盆上放置小砂子，如圖2所示，提問：小砂子會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：小砂子會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng).再問：如果在發(fā)出聲音的喇叭旁邊放置一支點(diǎn)燃的蠟燭，如圖3所示，蠟燭的火焰會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：火焰會(huì)左右搖擺，說明空氣在振動(dòng).演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生剛才的“猜測(cè)”.

圖2

圖3

一些簡(jiǎn)單概念，比如當(dāng)要學(xué)習(xí)的概念已經(jīng)有了上位概念（如，波）之后，在學(xué)習(xí)下位概念（如橫波、縱波）時(shí)，完全可以讓學(xué)生閱讀課本上相關(guān)概念的文字?jǐn)⑹鲋?，再通過直觀的視頻演示來形成對(duì)概念的理解，如圖4所示.相反，一些非常抽象的概念，特別是一些在學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中從未有“固定點(diǎn)”的概念的形成就更要用形象的、直觀的方式來幫助學(xué)生生成概念.最能說明這一特點(diǎn)的概念就是電場(chǎng)，當(dāng)年法拉第就是用“形象的”電場(chǎng)線來表達(dá)“抽象的”電場(chǎng).

圖4

從上面的分析可以看出，物理概念是從大量的物理現(xiàn)象和過程中抽象出來的，它深刻地反映了事物的共同特征和本質(zhì)屬性，可說是濃縮了的知識(shí)點(diǎn).為使學(xué)生更好地理解概念，就應(yīng)將它的形成過程重新“還原”，使其濃縮的物理意義充分“稀釋”.——如果把物理概念喻作“溶質(zhì)”，那么“溶劑”就是學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，而“溶液”則是引人入勝的教學(xué)情景與過程.這個(gè)引人入勝的教學(xué)情境和過程就要依靠展示師生的思維過程.暴露思維過程就要依靠一定的手段，比如在上面教學(xué)過程中就使用了直觀的演示實(shí)驗(yàn)、視頻（包括真實(shí)生活中的視頻和動(dòng)畫技術(shù)）、師生的語言；當(dāng)然也包括抽象的文字與符號(hào).學(xué)生頭腦的中的概念及相關(guān)的概念可以用現(xiàn)實(shí)的生活情境、口頭語言、書面符號(hào)來表達(dá)，當(dāng)概念在這幾種表達(dá)中相互轉(zhuǎn)化時(shí)，學(xué)生就獲得了相應(yīng)概念的意義，自然而然在其知識(shí)結(jié)構(gòu)中生成了概念.

2 物理規(guī)律形成與應(yīng)用內(nèi)含思維的表達(dá)形式與轉(zhuǎn)化

物理規(guī)律反映的是物理概念之間的聯(lián)系，從這個(gè)意義說來，物理規(guī)律是壓縮了的知識(shí)鏈.整個(gè)物理規(guī)律教學(xué)的著眼點(diǎn)，是以學(xué)生的認(rèn)知過程為主線，將科學(xué)家的原發(fā)現(xiàn)過程，從教育與教學(xué)的角度，進(jìn)行必要的剪輯和編制，讓學(xué)生追根溯源，把他們推至問題開始的地方，從而使教學(xué)過程真正成為學(xué)生主動(dòng)參與的“再發(fā)現(xiàn)”、“亞研究”過程.

從另外一個(gè)側(cè)面講，物理規(guī)律的形成和應(yīng)用從知識(shí)的狀態(tài)和表現(xiàn)上來說屬于程序性知識(shí).對(duì)于程序性知識(shí)，同樣可以用直觀的方式來表達(dá)師生在教學(xué)過程內(nèi)含的思維過程.通過直觀的思維表達(dá)形式來表現(xiàn)出“如何做”、如何“思考”，讓人一目了然.“看”是人與生俱來的一種能力，所以當(dāng)用文字語言無法闡釋清楚時(shí)，就用“圖”來說明白.下面以“波是如何形成與傳播”這個(gè)問題來說明思維的表達(dá).

2.1 物理規(guī)律的生成——通過教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程揭示科學(xué)家的思維過程

波的形成是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn).之所以成為難點(diǎn)，原因有以下3點(diǎn)：其一，學(xué)生在學(xué)習(xí)波之前研究都是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，研究?jī)蓚€(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)已經(jīng)是高難度的問題.在波動(dòng)中，繩子上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在運(yùn)動(dòng)，而且它們運(yùn)動(dòng)的步調(diào)不一定一致；其二，介質(zhì)中的各點(diǎn)依次開始振動(dòng)起來，振動(dòng)知識(shí)是剛學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中還不穩(wěn)定、不清晰；其三，波的形成涉及質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和振動(dòng)的傳播兩種運(yùn)動(dòng).為解決上面的難點(diǎn)，有必要將科學(xué)家的思維直觀地表達(dá)出來.

首先（實(shí)驗(yàn)）做繩波形成的演示實(shí)驗(yàn)，如圖5（a）所示.

圖5

其次（圖像）因?yàn)槭抢K子上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)都要參與運(yùn)動(dòng)，所以直觀地表示繩子上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn).如圖5（b）－（d）所示.

再次（動(dòng)畫）為直觀表達(dá)波源處質(zhì)點(diǎn)帶動(dòng)后續(xù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，動(dòng)畫演示繩子上第1個(gè)質(zhì)點(diǎn)到第3個(gè)質(zhì)點(diǎn)剛開始的運(yùn)動(dòng)情況.如圖5（e）所示.并講解：由于繩子不能間斷，所以在繩上各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力作用下，繩子上各質(zhì)點(diǎn)依次開始做受迫振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)周期相同.

最后（動(dòng)畫）多媒體動(dòng)畫演示繩子上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和振動(dòng)的傳播兩種運(yùn)動(dòng).如圖5（f）所示.

2.2 物理規(guī)律的應(yīng)用——通過學(xué)生反饋的問題揭示學(xué)生思維中存在的缺陷

波傳播的規(guī)律是本節(jié)課的重點(diǎn).經(jīng)過上面波形成的教學(xué)，教師提供了如圖6中6張波形成過程中的照片，分別是波源開始振動(dòng)計(jì)時(shí)的t＝0，t＝T/4，t＝T/2，t＝3T/4，t＝T，t＝5T/4 6個(gè)時(shí)刻的照片.要求學(xué)生根據(jù)波形成的教學(xué)過程和這6張照片，找出波傳播過程中的規(guī)律.

圖6

經(jīng)過學(xué)生分組討論之后，各組代表提出了各自的觀點(diǎn)（該過程中思維的表達(dá)方式有圖像、討論、文字）.按照學(xué)生的思維順序，將學(xué)生討論的結(jié)果整理如下：

（1）波的傳播過程中，包含質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波峰、波谷的運(yùn)動(dòng).

（2）振源的振動(dòng)是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，繩子上其他各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)之后也是簡(jiǎn)諧振動(dòng).

（3）繩子上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)的方向與振源的起振方向相同.

（4）從第4點(diǎn)開始起動(dòng)到第7點(diǎn)開始起動(dòng)需要的時(shí)間跟從第7點(diǎn)起動(dòng)到第10個(gè)點(diǎn)開始起動(dòng)需要的時(shí)間相等.

（5）在t＝T/4之后，1、2、3、4四個(gè)質(zhì)點(diǎn)形成的連線“形狀”向右運(yùn)動(dòng)，且速度的大小不變.

（6）“形狀”的運(yùn)動(dòng)方向與繩子上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直.這兩種運(yùn)動(dòng)在大小上沒有必然的聯(lián)系.

（7）“波形”在某一時(shí)刻具有空間上的周期性.

（8）“波形”向外傳播一個(gè)波長(zhǎng)，振源的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)了一個(gè)周期.

（9）可以畫出再過T/4之后的波形.甚至可以畫出任意時(shí)刻的波形圖.

以上9個(gè)觀點(diǎn)經(jīng)過學(xué)生分析、論證之后得以確認(rèn).教師要求學(xué)生對(duì)上面9點(diǎn)結(jié)論用圖表的方式進(jìn)行總結(jié).經(jīng)過討論得到如圖7.（該過程中思維的表達(dá)方式主要有圖表、討論.）

圖7

從上面的分析可以看出，在物理課堂教學(xué)中，并存著三種思維活動(dòng)，即教科書（或可以稱為物理學(xué)家，只是教科書的編撰考慮了知識(shí)的邏輯性和歷史性）表現(xiàn)的思維活動(dòng)、教師的思維活動(dòng)以及學(xué)生的思維活動(dòng).教學(xué)中應(yīng)將三種思維過程盡量開放，形成一個(gè)和諧互補(bǔ)的有機(jī)整體，從而有效地促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展.作為教師，第一，要揭示教科書的思維過程.教師要把蘊(yùn)含在字里行間的科學(xué)家的思維結(jié)晶開發(fā)出來，讓學(xué)生循著前人的思維歷程去親身體驗(yàn)，使他們不僅從中獲取知識(shí)，更能受到科學(xué)思維的熏陶.第二，要盡量用各種直觀的表達(dá)方式展現(xiàn)教師的思維過程.教師要敢于、并善于把自己原始的、有序的、經(jīng)過整合過的思維過程充分展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓他們?nèi)ピu(píng)價(jià)、思索，從而達(dá)到啟迪學(xué)生思維的目的，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的同化和順應(yīng).教師的思維活動(dòng)在這三種思維中起著承上啟下的作用，因而教師思維的表達(dá)方式及其相互之間的轉(zhuǎn)化是有效教學(xué)的關(guān)鍵所在.第三，通過師生、生生之間的討論、教師提問、課堂練習(xí)等方式，使學(xué)生的思維活動(dòng)軌跡自發(fā)（或誘發(fā)）地暴露出來，讓教師了解學(xué)生思維存在缺陷，促使教師轉(zhuǎn)化思維的表達(dá)方式來適合學(xué)生知識(shí)序的生成、思維序的順暢.教師的思維說到底是為學(xué)生的思維服務(wù)，為學(xué)生的知識(shí)生成服務(wù).

最后，有一點(diǎn)需要注意，教師不能為直觀而直觀，“在處理所有的實(shí)物時(shí)都滲透著推理……，只教授事物而沒有思維，只有感官知覺而沒有與之相關(guān)聯(lián)的判斷，這是最不符合自然本性的”.