科學探究的有效引領——直觀啟發

摘要：本文通過實驗、模型、圖景等手段，創設啟迪思維的直觀化情景，引導學生緊緊抓住具體的“物”與抽象的“理”的內在聯系，讓學生在探索中發現隱藏于物中之理。

關鍵詞：開啟；思維；直觀啟發

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)5(S)-0008-3

在新課程背景下，教師的責任是為學生的學習提供有效引領和服務。為提高學習和探究活動的有效性， 教師如何引導學生明確大致的探究方向，并一步一步地深入思考是至關重要的，而直觀啟發是有效引領的重要方式。

所謂直觀啟發，就是為了給學生的學習提供思考的線索或在學生思維受阻時，通過實驗、模型、圖景或形象化語言等手段，讓學生在生動直觀化的情景中形成豐富的表象，啟迪思維，激活想象， 引導學生緊緊抓住具體的“物”與抽象“理”的內在聯系，以揭示物中之理。下面就物理教學中的直觀啟發的途徑作初步的探討，旨在跟同行交流分享。

認知心理學對物理學習過程的研究表明：學生學習物理的過程，首先是感知物理現象，形成物理表象，對大量感知的過濾，強化個別表象和同類表象，經感知而獲得的物理表象在認知結構中原有知識經驗的支持下，轉化為頭腦中的抽象規定，通過分類、概括、抽象形成物理概念。因此，學生學習物理是從生動的直觀開始的，通過表象搭橋實現的。可見，在物理教學中通過創設直觀情景進行啟發引導，將有助于學生從感性認識上升為理性認識，增強學生的形象思維能力，并為學生的有效探究發揮“助推”作用。

1 提供直觀的圖象情景，凸現認知過程，理解物理本質

教育家杜威曾說過：“人的思維源于直接經驗的情景”。在引導學生學習和研究問題時，以原有知識為起點，通過設置直觀圖解，展現思維過程，讓學生在春雨潤物細無聲中發現物理本質，也培養了學生的形象思維能力，而形象思維能力在創造性能力培養中起著不可替代的作用。

如在學習動滑輪時，學生通過實驗探究發現“動力是阻力的二分之一”。但追問學生“為什么”時，學生常常感到很茫然。于是，教師引導學生再作理論探析，即按圖1所示情景進行啟發引導。 

在此之前學生已明白“杠桿是繞某固定點轉動的硬棒，與形狀無關”這一知識點。現從動力臂是阻力臂二倍的直杠桿出發，要求學生將原直杠桿逐步演變成如圖1虛線所示的1、2、3……形狀的杠桿，最后變成圓形杠桿，學生驚訝地發現，這不就是我們要研究的動滑輪嗎?于是學生很快就理解了動滑輪的實質是“動力臂為阻力臂二倍的杠桿”。

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又如在組織學生學習滑動變阻器時，他們對滑動變阻器在電路中的作用和按要求連接感到很困難，分析原因我們發現是學生對滑動變阻器的結構與連入的電阻是模糊的。我們就采用如圖2所示的圖解過程進行直觀啟發，收到意想不到的效果。

先通過討論，確定用改變導體長度改變電阻的辦法來調節電路的電流和電壓分配。若改變直導線的長度，實際變化的范圍太小，做成折線又不便滑動，自然想到做成螺線密繞形，再安裝上滑片、接線柱和支架，這不就是滑動變阻器嗎？通過這一演變過程，學生不僅理解了滑動變阻器的結構原理，更重要的是向學生滲透了解決物理問題的思路。

再比如在學習光的直線傳播中小孔成像時，學生很難理解為什么小孔成的是倒立的實像。通過圖3所示的直觀啟發，將化難為易。

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通過引導學生分析，只要找到物體上下兩端點位置所成的像，也就大致確定了整個物體所成的像。先讓學生畫出從物體上端傳出若干條光線，只有能通過小孔的極少的光線才能在小孔的另一側成像，學生通過圖示馬上就“看透”了小孔成像因光的直線傳播所致，通過直觀的圖景啟發，學生不僅知其然，更知其所以然。

2 通過實驗提供動態真實的物象情景，啟發學生在物中悟理

實驗是學習和研究物理問題的基本方法，實驗探究是科學探究的重要方式。通過控制條件下的實驗探究，啟發學生在真實的情景中不斷地體驗、觀察、歸納、推理和想象，為揭示隱藏在現象背后的物理規律提供可靠的思維素材，并滲透重要的科學方法。

如在牛頓第一定律的教學中，教師向學生講解伽利略的重要觀點“物體運動不需要力來維持”啟發學生思考“怎樣得出這個結論的”。實際上伽利略主要通過兩組實驗進行分析、歸納的。實驗的工具就是小球和光滑的木槽軌道。

伽利略先研究了小球在斜面軌道上的運動，在圖4（甲）中，他注意到小球沿斜面向下運動時速度越來越大；在圖4（乙）中，小球沿斜面向上運動則速度越來越小。由此他推斷：小球沿光滑水平面上的運動速度應當是不變的。

在第二組實驗中，伽利略證明，如果把兩個斜面對接在一起（如圖5所示），一個小球從靜止開始滾下一個斜面，接著又滾上另一斜面，若軌道非常光滑，小球幾乎可以達到原來的高度，如圖5（甲），如果軌道的坡度減小，小球到達原來高度的距離就增大了，如圖5（乙），他推論，如果第二個斜面的坡度減小到零，小球就再也達不到它原來的高度，會沿著水平面永遠向前運動。伽利略再次作出結論：沿水平面的運動是永恒的。

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通過實驗現象的直觀啟發，結合合理想象和推理，使邏輯思維、形象思維、靈感思維交匯融合，揭開了困擾人類兩千多年的秘霧，導致物理學的真正開端，從此拉開了經典物理學發展的序幕。這充分展示了直觀啟發下科學想象的獨特魅力，它是人類思維的“助推器”。

3 在真實的直觀情景中通過“遞進式”設問，在不斷追問中把學生的思考引向深入

因為人的思維是從問題開始，并在一定的情景下誘發。啟發的核心是激活思維，而啟發的關鍵是思維點拔。在真實的直觀情景中，通過“遞進式”設問，形成“問題鏈”，在不斷的追問中讓學生“看透”物理事實的本質所在，幫助學生建構起自己的認知結構。 

如在引導學生學習摩擦力時，我們通過設置如圖6所示的實驗，并配上“遞進式”設問進行啟發引導，讓學生對摩擦力有比較完整的認識。教學片段如下：

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師：你能用桌上提供的器材，通過實驗說明摩擦力的存在嗎？

學生：討論后找到了通過圖示裝置，向盤里加碼，木塊未動，說明有力與繩的拉力平衡，這力只能是桌面提供的摩擦力。

追問1：在逐步加碼過程中木塊始終未動，說明了什么？

讓學生獨立思考，在不同的判斷中引發了學生間的思維碰撞，最后形成共識：靜摩擦力是變力，隨外力而變。

追問2：當逐步加碼到木塊開始緩慢滑動，木塊在滑動過程中還受摩擦力嗎？你是怎么判斷的？

追問3：木塊滑動過程中受到的摩擦力的大小與哪些因素有關？請同學們提出猜想，并設計實驗驗證猜想。

根據提出的猜想，學生分組實驗，每組只針對一個猜想進行實驗探究，然后分組上臺展示實驗成果。通過提供的直觀的實物情景配“遞進式”設疑，為學生提供思維的線索，啟發學生自己探究，達到了讓學生在探究中獲取知識的目的，使學生成為課堂教學中“發現知識”的主體。

4 針對抽象難以感知的問題，通過類比啟發，化抽象為直觀

面對難以言表或物理形態特征難以感知的“大物體”或“小粒子”，通過類比、模擬、模型化等手段進行直觀啟發，向學生展現類似真實的物象情景，幫助學生具體感知。

如在學習分子大小時，向學生講述分子很小，一般分子直徑大約為0.3-0.4nm，這個數量級是很難感受到分子究竟小到什么程度。可采用以下方式直觀啟發：一個分子和一個蘋果相比的倍數，就尤如一個蘋果和地球相比的倍數。或者把邊長為1cm的立方體盒子里的空氣密封好，開一個很小的孔，讓每秒有1億個空氣分子跑出，約需9000年的時間才能跑完！

又如在學習分子間相互作用力表現的規律時，學生理解起來可能有較大困難，若通過自制分子作用模型進行模擬，變抽象為直觀，幫助理解和記憶。具體作法是用兩個小木球代表分子，用一根橡皮筋穿連兩個小木球，并在兩球之間穿上彈簧，使彈簧在兩球間被壓縮，橡皮筋的兩端打結固定。

壓縮彈簧產生的彈力表示分子斥力，拉伸像皮筋產生的位力表示分子引力，模型可同時模擬出分子引力和分子斥力。當兩球平衡時，橡皮筋的拉力等于彈簧的彈力，即表示分子引力等于分子斥力，此時分子間作用力為零；當兩球的距離增大到大于兩球平衡時的距離時，彈簧的彈力小于橡皮筋的拉力，表示分子引力大于分子斥力，此時分子間表現為引力；當兩球的距離縮小到小于兩球平衡時的距離（但注意這時橡皮筋不能松弛），彈簧的彈力大于橡皮筋的拉力，表示分子斥力大于分子引力，此時分子間表現斥力。向學生說明，這雖然不是真實情況，但通過該模型將直觀顯現微觀分子間相互作用的規律。

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又比如人教版教材在介紹固、液、氣三態物質分子結構時，用坐在座位上的學生、課間教室中的學生和操場上亂跑的學生分別類比固體、液體和氣體的分子結構，學生就容易理解分子的微觀模型。

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5 結束語

為了激發學生豐富的想象或針對學生在學習過程中的思維障礙、探究過程中的困惑，教師應提供直觀化的情景，輔設思維臺階或提供問題線索，因循善誘，凸現認知過程，有效地啟發學生不斷地深思和頓悟，既有利于啟迪直覺，誘發靈感，又避免了學生學習探究活動中的盲目性，走好更加切實和有效的課改之路。

直觀啟發的應用，要把握好直觀啟發在教學中介入的時機與“火候”。啟發不是直接告知，啟發應是含而不露，指而不明 ，貴在開啟思維 ，激發興趣，引發想象。 

參考文獻：

［1］義務教育課程標準教科書物理（八年級上、下）.人民教育出版社出版，2006.3.

［2］鐘鵬明，張以明著.初中物理課堂教學技藝.蘇州大學出版社出版，1996.8.

(欄目編輯趙保鋼)