張德笠

【摘要】物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，是物理教育研究的重要組成部分。物理學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)操作能使使學(xué)生對(duì)物理事實(shí)獲得具體而又明確的認(rèn)識(shí)從而真正理解概念物理規(guī)律的基礎(chǔ)，達(dá)到預(yù)想教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ@也是高中物理學(xué)習(xí)大綱要求的一個(gè)重要目標(biāo)。為此，本文從物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程來看物理實(shí)驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)習(xí) 認(rèn)知過程 物理實(shí)驗(yàn)

1物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程

物理知識(shí)的學(xué)習(xí)有通過感知物理現(xiàn)象之后，經(jīng)過簡(jiǎn)單的科學(xué)抽象就可以理解，也有通過感知物理現(xiàn)象之后，必須通過認(rèn)知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化或調(diào)整才能理解。為了讓大家知道到底哪些知識(shí)的學(xué)習(xí)需要認(rèn)知的調(diào)整和轉(zhuǎn)變，哪些不需要，筆者對(duì)物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程進(jìn)行如圖1所示的分類。從圖1中可看出物理知識(shí)按學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)可分為4種不同的過程。對(duì)于沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)的學(xué)習(xí)，必須通過實(shí)驗(yàn)來創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)的情境，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，才能理解，這類實(shí)驗(yàn)稱為增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)。而對(duì)于學(xué)生已有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)且這些經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)知識(shí)完全相同時(shí)，只要喚起學(xué)生頭腦中的感性認(rèn)識(shí)，就可以順利地理解。對(duì)于已有經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)知識(shí)部分相同的知識(shí)學(xué)習(xí)，必須通過實(shí)驗(yàn)來促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的調(diào)整才能理解，這類實(shí)驗(yàn)稱為認(rèn)知調(diào)整實(shí)驗(yàn)。對(duì)于已有經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)觀念相違背的知識(shí)學(xué)習(xí)，必須通過實(shí)驗(yàn)來促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的轉(zhuǎn)變才能完成，這類實(shí)驗(yàn)稱為認(rèn)知轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)。

2物理實(shí)驗(yàn)操作策略

2.1實(shí)驗(yàn)操作中的元認(rèn)知策略

（1）計(jì)劃：開始實(shí)驗(yàn)操作之始，策劃整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，在實(shí)驗(yàn)知識(shí)、技能、心理等方面做足準(zhǔn)備。

（2）調(diào)控：在實(shí)驗(yàn)操作過程中，時(shí)時(shí)監(jiān)控自己的操作，如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或與驗(yàn)證結(jié)論不一致時(shí)，要探尋問題的原因（如儀器是否正常工作、自己的操作是否得當(dāng)?shù)龋?，重做?shí)驗(yàn)。

（3）評(píng)估：操作結(jié)束之后，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的過程進(jìn)行反思。如：對(duì)計(jì)劃制定是否合理、實(shí)驗(yàn)中操作是否正確、實(shí)驗(yàn)記錄是否準(zhǔn)確、詳實(shí)、數(shù)據(jù)分析及處理是否恰當(dāng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的設(shè)計(jì)及填寫是否合理等問題進(jìn)行思考和評(píng)價(jià)。

2.2實(shí)驗(yàn)操作技能策略

實(shí)驗(yàn)儀器的連接及調(diào)試；觀察記錄；儀器整理。

2.3實(shí)驗(yàn)操作認(rèn)知分析策略

分析——運(yùn)用列表法、圖像法等對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；整合——把分析獲得的信息進(jìn)行有機(jī)的組合，得出結(jié)論；結(jié)論分析——對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性、實(shí)驗(yàn)中存在的誤差、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析、總結(jié)。

2.4實(shí)驗(yàn)操作中的資源管理策略

（1）求助策略是指在實(shí)驗(yàn)操作中遭遇困難時(shí)，向周圍的人尋求幫助的策略。例如，不同學(xué)生分工協(xié)作操作實(shí)驗(yàn)，當(dāng)儀器出現(xiàn)故障或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不明顯自己又解決不了問題，可尋求老師或者周圍同學(xué)的幫助等。

（2）情感管理策略是指在實(shí)驗(yàn)操作中對(duì)個(gè)人情緒的調(diào)控，注重激發(fā)自身積極的動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)自身求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。尤其在實(shí)驗(yàn)操作不成功或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不理想時(shí)，不放棄，調(diào)整情緒，認(rèn)真分析問題原因，或求助于教師或同學(xué)。

2.5實(shí)驗(yàn)方法歸納概括策略

（1）放大法。例如顯示微小形變時(shí)，可以利用毛細(xì)管中的細(xì)液柱來顯示手?jǐn)D壓玻璃時(shí)的微小形變?？ㄎ牡显S利用放大法測(cè)出了引力常量：庫(kù)侖也利用同樣的放大法測(cè)出了靜電力常量。

（2）比較法。它是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而得到測(cè)量值的。例如，將物體的長(zhǎng)度與直尺、游標(biāo)卡尺或者螺旋測(cè)微器的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得到物體的長(zhǎng)度。

（3）累積法。累積法就是將難以直接測(cè)量的物理微小量進(jìn)行累積測(cè)量的方法，累積法的優(yōu)點(diǎn)是可以減小誤差。

（4）補(bǔ)償法。

（5）模擬法。

2.6自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的策略

自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的策略是指打破現(xiàn)成的設(shè)計(jì)方案，在一些特定的要求和條件下，自行設(shè)計(jì)一些新的實(shí)驗(yàn)方案和步驟，完成其實(shí)驗(yàn)要求的方法。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是一種培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的一些實(shí)驗(yàn)，由于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)儀器的可選擇性、設(shè)計(jì)方案的多樣性、應(yīng)用知識(shí)的靈活性和解決實(shí)驗(yàn)問題的新穎性，因此學(xué)生要經(jīng)過長(zhǎng)期訓(xùn)練才能具備自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的策略實(shí)施包括一些幾個(gè)方面。

（1）搞清實(shí)驗(yàn)的目的和要求，弄清每一種儀器的基本用途和使用方法。

（2）尋找可行的方法，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笈c儀器所能測(cè)量的物理量聯(lián)系起來，找出中間的必然的規(guī)律性的聯(lián)系，從測(cè)量的物理量出發(fā)，通過什么樣的過程，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的和要求，寫出整個(gè)過程的全部?jī)?nèi)容就是設(shè)計(jì)方案，并通過分析選出最佳方案。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的方法確定恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟。

（4）設(shè)計(jì)減小實(shí)驗(yàn)誤差的方案。實(shí)驗(yàn)誤差不可避免，但是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)必須考慮使誤差最小，選用更精密的儀器或更準(zhǔn)確的方案。例如，電阻的測(cè)量，可以使用伏安法測(cè)電阻，但該方法由于電表本身的影響，有明顯的電路不完善的系統(tǒng)誤差；可以改進(jìn)為等效替代法，就解決了電路不完善的誤差，但還存在電表不準(zhǔn)確的誤差；如果使用惠斯通電橋法，電表不準(zhǔn)確的誤差就解決了，但還存在電表靈敏度的問題。

3結(jié)束語

物理學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W生傳送知識(shí)，而是學(xué)生根據(jù)外在的信息，通過物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作、觀察、總結(jié)，不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能夠通過每一步的仔細(xì)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的注意力，從而保證學(xué)生有效的學(xué)習(xí)。通過一系列的實(shí)驗(yàn)后學(xué)生對(duì)試驗(yàn)中的思維能力、操作能力等都有所提高，并且能夠通過實(shí)際操作加深學(xué)生對(duì)操作設(shè)備、步驟影響等方面的印象，并通過最終分析相關(guān)數(shù)據(jù)得到結(jié)果，從而讓學(xué)生能有效的完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此，根據(jù)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程來研究實(shí)驗(yàn)可以使實(shí)驗(yàn)真正成為能促進(jìn)學(xué)生理解的活動(dòng)，同時(shí)也為物理實(shí)驗(yàn)研究提供了一個(gè)嶄新的思路。endprint