作者：张南方
教学仪器与实验 2008年10期
在物理教学中，直观性教学与学生形象思维能力的培养有着密不可分的联系。著名科学家钱学森认为，直观性不仅仅是一种很好的教学手段，更是学生产生形象思维的源泉。然而，在我国现行的物理教学中，还没有摆脱忽视直观教学、轻视物理现象和物理实验、不注重学生形象思维能力培养的倾向，物理教学成了习题教学。为此，师生都投入了大量的精力，教师教得非常认真，学生也学得很刻苦。虽然这样学生的基础知识很扎实，但学生的认知结构是不完整的，他们不知道物理学是与实验、现象和实际情况联系在一起的科学。因而尽管他们精于解题、擅长考试，但却不善于动手实验，更不善于创新。如何解决这个问题呢？关键是要树立一种新的观念，即在理论与实验的关系上，要重视实验，真正把实验放在应有的位置，以激发学生的形象思维，提高思维的效果。
一、物理教学中直观性与形象思维的关系
直观性教学在物理教学中的作用，不仅反映了教学思想的问题，更反映了不同的传统文化背景对人们观念的影响。杨振宁博士认为，传统文化是一种非常复杂的现象，西方文化较为重视实验及其人才的培养，鼓励能动手的人脱颖而出，而中国的传统文化则重理论轻实验，注重思维能力的培养，忽视实验人才的发展。在中学物理教学中就表现为不少的教师不重视直观教学，不重视物理实验，只注重理论的演绎而忽视方法的运用。
事实上正如杨振宁教授所说的“物理本身是现象而不是推演。”通过物理实验，可以真实地展现物理过程，帮助学生直接抓住物理现象的本质，把握物理运动的主要特征，排除次要因素的干扰，从而认识物理运动的基本规律。物理实验也是一种理论联系实际的实践活动，可以使学生在教学中处于主体地位，有效地完成知识的迁移过程。通过实验，还可以用生动活泼的形象激发学生的学习兴趣，形成良好的学习动机，并通过非智力因素的作用促进学生智力的发展。
二、培养形象思维能力的途径
纵观物理教学中直观性与形象思维的关系，我们很容易得出这样一个结论：只有充分重视直观性教学、突出直观性教学，才能使中学物理教学走出目前这种近乎习题课的教学误区，才能使课堂教学显得生动、活泼、有理、有节，使课堂简练、清晰，学生才能看得清、听得懂、易接受、便于想象和迁移。我国著名物理教育家朱正元教授说过：“对于物理概念、物理规律等一些理论性的东西，往往是千言万语说不清，一看实验就分明了。”那么，在物理教学中又应怎样从直观性入手培养学生的形象思维能力呢？
1.物理教学中，应该强化直观性教学
因为形象思维往往以感觉、表象作为思维的重要材料，所以在物理教学中，可以从所传授的物理概念、规律的需要出发，运用演示、板书、板画、模型、幻灯、实物投影和多媒体等直观的教学手段和方法，使学生获得生动具体的感性认识，直观地了解或认识客体的全部形态，并上升为知觉，产生形象的结构。
譬如，在讲授“光在同一种均匀介质中沿直线传播”时，仅凭这样一句抽象的语言学生头脑中很难留下什么印象，更不用说接下来的“折射定律”“反射定律”和运用这些知识去解释：夏天夜晚的天空中看到星星的闪烁；夏日阳光下沙漠、公路表面远处的物体模糊晃动；海市蜃楼等现象。为此，我们可以设计一个“光在不均匀介质中传播现象”的演示实验。如图1所示，用直径为1cm、长为5cm的圆柱体半导体激光器去照射注有6cm左右的清水的烧杯，搅动清水时，屏幕上光点不动。而后分别进行如下操作，并仔细观察屏幕上光点的变动情况：①在水中倒入少许蔗糖，稍微搅动水；②不断搅拌直至蔗糖全部溶解；③加入蔗糖，重复上述操作；④取盛有冷水的烧杯，让光束通过，而后慢慢注入热水。鲜明的实验现象，在学生头脑中留下了清晰的印象，从而很自然地得出了“光在同一种均匀介质中沿直线传播，而在不均匀介质中光的传播方向要改变”的规律。又譬如，我们可以用幻灯机的光源去照射钢精锅盖，向学生清晰地层示半影和本影。这样的实验简单、易做，生动而活泼，为学生的形象思维提供了良好的感性材料，并留下深刻印象。
图1
2.应尽量创造让学生动手做实验的机会
物理学是一门以实验为基础的科学。要培养学生的形象思维能力，就应该让学生多观察多思考，积极创造条件让学生动手做实验或引导学生自己动手设计实验，让他们在亲自操作中更细致、更全面地去观察物理现象，体验物理规律的奥秘。譬如，为了帮助学生明确声波是纵波的概念，可以设计如图2a的实验：喇叭中通入低频交流电时，在电波的作用下，明胶片振动，从而使乒乓球也晃动起来。为了帮助学生明确“共振”的现象和条件，我们可以引导学生设计如图2b的实验，让学生动手进行实验并剖析其原因。为了使学生理解电流的热效应现象，除了让学生摸摸发光的白炽灯泡外，还可以帮助学生从热胀冷缩的角度入手去认识。为此，可设计如图2c的实验：①断开K，在电阻丝上涂蜡，点燃电阻丝中的蜡，随着电阻丝的受热变长，小球位置下降。②合上K，给电阻丝通电，小球位置也慢慢地下降；断电后，小球上升到原位置。两者对照，电流热效应现象显现。
图2
又如，光的衍射现象形成的原理在高中阶段还无法分析，但我们可以用实验的手段开展直观的教学。用圆柱体的半导体激光器照射小钢珠，在屏上形成泊松亮斑；让学生通过薄纱巾片、丝袜片和透明纸去观察光时，分别看见“十字光芒”“星光状”“环带状”及“爆炸状”的衍射图样，并让学生记录（描图）各种的衍射图样。当学生用几片纱巾看到电影、电视中常见的“十字光芒”时，激动不已，获得了一次难以忘怀的“物理美”的享受，也激发了学习的热情。
现阶段在我国的中学物理教学中，大多实验是验证性实验。为了培养学生的形象思维能力，我们应该在教学中有意识地让学生多做一些探究性实验，教师也可以将一些验证性的演示实验适当地改造成探究性演示实验，尽可能地向学生提供更多的形象思维的材料，让学生体会探究与发现的乐趣。
例如，学习圆周运动中“向心力”一节后，我们可设计这样的演示实验：把一小试管装满水，在水中放一些密度大于水的物质颗粒（例如把绿色的细塑料导线剪成一些很短的小段），再在水中放一些密度小于水的物质颗粒（例如红色的蜡烛颗粒或红色的塑料小球），这时可看见红色的蜡烛颗粒浮在水中，而绿色的塑料导线小段则沉于水底。然后，用胶木塞塞住试管口，将试管水平放置，如图3a系好绳子。顺着某一方向将绳绞紧，松手后试管反向旋转，两种颗粒分别向中间和两端集中，如图3b。这种生动、活泼的实验，能充分调动学生思维的积极性，促使学生经过一系列符合逻辑的比较、分析和综合的过程，弄清楚实验的本质，从而启迪学生思维的发展。
又如“单摆”一节的教学中，学习了单摆的基本知识后，我向学生提供了几个外形完全相同、质量不同的金属小球，2个外形和质量相同的金属小球，几根细线，6块条形磁铁，铁架台和横杆，固定横杆的器具，米尺和2个铁夹，要求学生设计出定性验证单摆周期公式的实验。
这种用实物进行实验设计的思想符合高中生活泼好动、容易激发形象思维的特点，因而激发了学生浓厚的兴趣。片刻后，甲同学说：“因为材料中没有停表，所以用书上的实验方法是不行的。”乙同学接着说：“书上的实验采用分别测出两个单摆周期的方法找出有关物理量间的关系，类似地，我们可以将两个单摆在相同时间内完成振动的次数进行对比的方法来研究有关问题。”我肯定了乙的方法，并引导学生按图3c的装置很快验证了单摆振动的周期与摆锤的质量和振幅无关、与摆长的平方根成正比。丙同学自言自语地说：“老师出示的几块条形磁铁是干什么用的呢？”我不做正面回答，而是问学生：“单摆摆动中的回复力由重力的切向分力提供，而物体在地球的不同位置时所受的重力是不同的。那么，单摆的振动周期跟g有什么关系呢？”丁同学用肯定的语气说：“我们可将磁铁（由几块条形磁铁叠成）放在甲球下方，通过磁铁对甲球的吸引力改变甲球振动的回复力的方法来模拟单摆在地球表面上的不同位置时的摆动情况。”他的话引来一阵掌声。进行实验演示后发现摆球难以稳定。怎么办呢？戊同学想了想说：“只要改变一下摆线就行，用两条等长的悬点分开的细线系住甲球，就可以稳定甲球的摆动轨道。”
一个颇有难度的实验，就像猜谜一样，经过学生的细心的琢磨、推敲，终于被成功完成。这种探究性的学习，有助于提高学生的思维水平。
3.让学生学会创造
我们知道，学习的目的：一是继承和运用，二是发展提高。而一些尚待发现的认识对象往往是处于认识主体难以直接把握的复杂的系统中的。如果不学会从整体上首先去把握问题的物理实质，然后再去具体研究问题的方法，不首先设法通过已有的模型使复杂的现象简单化、理想化，使抽象的问题具体化，就根本无法解决问题。因此，我们在平时的教学中，要十分注重形象思维能力的培养，积极创造条件为学生设置解决实际问题的情境，将他们置身于探究、创造的情境中去。我们还要及时帮助学生建构起模型，使物理模型真正成为学生科学的认识活动中的中介物，从而使学生在形象思维和抽象思维的交互作用中激发出灵感，达到思维水平的较高层次。
图3
作者介绍：张南方 浙江绍兴市马山镇中学，312000