格式塔學(xué)習(xí)原理在中學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用模式

卜令蘇 郭懷中

(安徽師范大學(xué)物電學(xué)院 安徽 蕪湖 241000)

1 引言

物理學(xué)是以實驗為本的科學(xué).中學(xué)物理課程改革要求我們更加重視實驗教學(xué)，要求學(xué)生深刻理解和體會實驗探究的本質(zhì)特征和物理思想，同時要努力避免探究的形式化.苛勒(W.Khler)*格式塔心理學(xué)(或完形心理學(xué))，是現(xiàn)代心理學(xué)流派之一.20世紀(jì)初出現(xiàn)于德國.其代表人物為苛勒、韋特海墨等.是格式塔心理學(xué)派頓悟說學(xué)習(xí)原理的主要創(chuàng)立者.他指出，學(xué)習(xí)結(jié)果(解決問題)受制于整個學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)者在各部分之間所發(fā)現(xiàn)的關(guān)系.學(xué)習(xí)就是依托此關(guān)系重建知覺場的過程；這一過程的關(guān)鍵是頓悟，即在學(xué)習(xí)者意識中突然出現(xiàn)一個包含著能達(dá)到預(yù)期的整個錯綜復(fù)雜的手段在內(nèi)的新“格式塔”(德文Geslalt,意為完整結(jié)構(gòu)).學(xué)習(xí)者需要一個完全開放的情境，否則只能不斷嘗試錯誤的行為，教育者必須使學(xué)習(xí)者在引起頓悟之前看到問題的各個部分之間的關(guān)系[1].格式塔心理學(xué)的頓悟說強調(diào)學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程研究，重視學(xué)生的主觀能動性和目的性.反對機械的、盲目的學(xué)習(xí)觀點，對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知興趣和問題意識，使學(xué)生在積極主動的心向指引下進(jìn)行學(xué)習(xí)有著重要的作用.因此，將格式塔學(xué)習(xí)原理運用到中學(xué)物理實驗教學(xué)中能夠提高學(xué)生探究的主觀能動性，有效地進(jìn)行實驗探究，并有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

2 應(yīng)用實例與實驗過程模式研究

格式塔學(xué)習(xí)原理只適用于中學(xué)物理教科書中的部分實驗.該原理運用于實驗時有些特別的要求，其實驗過程也存在一定的模式.我們先分析格式塔學(xué)習(xí)原理應(yīng)用于中學(xué)物理實驗教學(xué)的兩個實例.

2.1 格式塔學(xué)習(xí)原理在“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗中的應(yīng)用

(1)實驗及主要過程

該實驗是人教版義務(wù)教育中學(xué)物理教科書“光現(xiàn)象”一章中的一個重要實驗.實驗探究的主要過程：

1)復(fù)習(xí)引入.復(fù)習(xí)小孔成像、凸透鏡的光心和主光軸等概念.

2)創(chuàng)設(shè)問題情境.讓學(xué)生用放大鏡觀察課本或其他物體，教師手持點燃的蠟燭和凸透鏡，引導(dǎo)學(xué)生觀察所成的像的大小、正立、倒立等現(xiàn)象.教師提出：“關(guān)于凸透鏡成像的這些現(xiàn)象，你能提出什么問題需要解決？”并對學(xué)生提出的一些問題給于肯定，總結(jié)出實驗探究的主要問題：“物體通過凸透鏡成像的大小、倒正等跟什么因素有關(guān)？凸透鏡成像的規(guī)律是什么？”

3)猜想與假設(shè).

學(xué)生甲：像的大小可能跟物體到凸透鏡的距離有關(guān)，因為“小孔成像”雖然是光沿直線傳播形成的，但是所成的也是像，且像的大小與物體和小孔的距離有關(guān).

學(xué)生乙：像的大小可能跟距離有關(guān)，因為觀察到照相時物體到鏡頭的距離就比鏡頭到像的距離要大.

4)制定計劃與設(shè)計實驗.實驗環(huán)境充分開放，有凸透鏡、蠟燭和光具座等供學(xué)生選用.

5)進(jìn)行實驗和數(shù)據(jù)收集.實驗時學(xué)生會有發(fā)現(xiàn)規(guī)律時的興奮表現(xiàn)，教師要督促其做好記錄并繼續(xù)探究.在發(fā)現(xiàn)大部分實驗組都找到“一倍焦距”、“二倍焦距”兩個臨界距離，找到成像大小、倒正和虛實的影響因素時，繼續(xù)提出問題：“像和像距的大小跟物距是怎樣的關(guān)系？”

學(xué)生進(jìn)一步探究，找到問題的答案.接著同學(xué)們對實驗探究的結(jié)果進(jìn)行分析與論證，對實驗的過程進(jìn)行評估、交流與合作,完成實驗探究的全過程.實驗結(jié)束，學(xué)生收獲了問題解決后的成功喜悅，增強了實驗探究的問題意識和樂趣.

(2)實驗分析

1)格式塔具有自我組織和自我完善的功能.當(dāng)某一事物呈現(xiàn)在我們面前時，內(nèi)心就有一個格式塔與之對應(yīng)，當(dāng)內(nèi)心的格式塔與客觀事物不符時，格式塔就會出現(xiàn)“缺陷”;這時格式塔就會表現(xiàn)出彌補自身缺陷的活動傾向，活動的結(jié)果使格式塔達(dá)到自我完善(Gestalt).基于這種觀點的心理學(xué)家認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程就是面對當(dāng)前的問題情景，在內(nèi)心經(jīng)過積極的組織，從而形成一個格式塔的過程.學(xué)生用放大鏡觀察物體和教師手持蠟燭演示現(xiàn)象，以及凸透鏡成像的眾多現(xiàn)象在學(xué)生心里是一個比較混亂的整體印象，這個格式塔顯然存在著“缺陷”，使得學(xué)生有探究的興趣和意向去完善心中的格式塔.打破舊有的格式塔，形成新的格式塔就是創(chuàng)造性思維.

2)格式塔頓悟?qū)W習(xí)的核心是要把握事物的本質(zhì);若學(xué)習(xí)者不能察看到問題完全開放的情景，就只能不斷嘗試錯誤的行為，教育者必須使學(xué)生在引起頓悟之前能看到問題各個部分之間的聯(lián)系.在上述實驗中，“物體”、“凸透鏡”、“物體所成的像的大小、倒正”和“距離”(包括小孔成像的大小問題)等要素以及它們之間的聯(lián)系作為整體呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前，還包括實驗室的儀器配置等要素,都屬于學(xué)習(xí)者頓悟前的開放性情境因素.實驗時會發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生會很快找到“解決問題”的關(guān)鍵因素.而有些同學(xué)則是在看到“光具座”這個實驗器具后突然領(lǐng)悟到“距離”可能是解決問題的突破點.

3)格式塔心理學(xué)強調(diào)經(jīng)驗和行為的整體性，強調(diào)人的知覺的完整性和組織性;反對“元素主義”，反對行為主義心理學(xué)的“刺激-反應(yīng)”公式.韋特海默(M.Wertheimer)曾明確指出：“格式塔理論的基本公式可表示如下：整體的行為不是由個體的元素決定的，相反，部分過程本身倒是由整體的固有本質(zhì)所決定.”整體具有整體新的意義，具有超幾何的性質(zhì).在上述實驗中，學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)了不同物距下像的大小、倒正和虛實的變化，找到了變化的臨界點，這些是“凸透鏡成像規(guī)律”的部分過程.而由這些部分過程組成的“整體”具有著超出部分總和的內(nèi)容.在學(xué)生繼續(xù)完成“像和像距的大小跟物距是怎樣的關(guān)系”后，我們便得到了“凸透鏡成像規(guī)律”中動態(tài)規(guī)律的內(nèi)容：“物距減小時，像和像距都增大.”

4)格式塔心理學(xué)的頓悟說強調(diào)認(rèn)知過程研究，并重視學(xué)習(xí)者的主觀能動性和目的性，反對機械的、盲目的學(xué)習(xí)觀點.對“凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)，我們通過觀察和實驗探究的方法去理解知識，相比于單純強調(diào)對規(guī)律的記憶、練習(xí)，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性和科學(xué)素養(yǎng)的效果會好很多.

2.2 格式塔學(xué)習(xí)原理在楞次定律實驗中的應(yīng)用

楞次定律實驗是高中物理電磁感應(yīng)章節(jié)中的一個重要電磁實驗.該實驗整體性強，實驗的規(guī)律可用巧妙的語言表述，定律中蘊含著能量守恒的概念，實驗時易于創(chuàng)造開放性實驗情境.

(1)實驗的主要設(shè)計和過程如下

1)問題引入.電磁感應(yīng)的實驗中，不同情況產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是不同的.那么，感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定？遵循什么規(guī)律？

圖1

2)實驗設(shè)計.圖1是某位同學(xué)設(shè)計的實驗草圖.條形磁鐵在線圈內(nèi)的運動，無非是N極或S極插入、N極或S極抽出4種情況，不會產(chǎn)生遺漏.我們設(shè)法根據(jù)實驗記錄說出感應(yīng)電流的方向跟線圈內(nèi)磁通量的變化關(guān)系.通過“感應(yīng)電流的磁場”既跟感應(yīng)電流方向有聯(lián)系，又跟引起磁通量變化的磁場有聯(lián)系的物理量作為“中介”來表述這種變化關(guān)系.

3)進(jìn)行實驗并記錄.幾幅圖標(biāo)出了感應(yīng)電流的方向，根據(jù)右手螺旋定則判定感應(yīng)電流磁場方向.

4)小結(jié)：分析、論證、總結(jié)實驗結(jié)論，并概括成一句話表述出楞次定律[2].

(2)實驗分析

1)苛勒通過黑猩猩學(xué)習(xí)本領(lǐng)實驗的研究，認(rèn)為問題解決是對整個情境概覽之后產(chǎn)生的，是作為一個整體的連續(xù)性過程.格式塔心理學(xué)是把直接經(jīng)驗和行為作為自己的研究對象.學(xué)生在探究了電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件以后，對電磁感應(yīng)中感生電流的產(chǎn)生條件、閉合電路的磁通量變化以及感生電流自身產(chǎn)生的磁場方向和磁通量變化都有了一些直接的經(jīng)驗.有了對這些經(jīng)驗的概覽以后，格式塔就會有彌補“缺陷”的活動傾向，尋求解決“感生電流方向規(guī)律性的”問題意識，謀求建立新的格式塔.

2)感應(yīng)電流磁場的發(fā)現(xiàn)可以認(rèn)為是頓悟的過程，是在完全開放的環(huán)境中看到了問題各個部分之間的關(guān)系；在學(xué)生意識中突然出現(xiàn)一個包含能夠達(dá)到預(yù)期目的的整個錯綜復(fù)雜的手段在內(nèi)的新的格式塔，進(jìn)而重建了知覺場.

3)“整體比它的各個部分的總和多”.我們來看楞次定律，從表面上看其表述相當(dāng)簡單，然而它蘊含有能量守恒的概念.楞次定律發(fā)表于1834年，11年后，焦耳才第一次指出了功與熱的等價性，而亥姆霍茲發(fā)表關(guān)于能量守恒的著名論文時是1847年.因為假如感生電流沿著有助于施感作用的方向，那么顯然就可以設(shè)計出違背能量守恒原理的實驗來[3].對于感生電流方向規(guī)律的探究，有效地避免了機械的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了對學(xué)習(xí)者主觀能動性和目的性的重視，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性思維的延展.

2.3 實驗要求和過程模式

通過對上述兩個實例的分析，我們初步歸結(jié)出格式塔學(xué)習(xí)原理應(yīng)用于中學(xué)物理實驗教學(xué)時的一些要求和實驗過程的模式.

(1)實驗要求

實驗問題要明確，能夠完整展現(xiàn).實驗要素要清晰,整體性強,并且實驗環(huán)境具備開放性.

(2)實驗過程模式

1)創(chuàng)設(shè)開放性實驗情境促發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)心呈現(xiàn)一個有“缺陷”的格式塔，使得學(xué)習(xí)者內(nèi)心自發(fā)地“提出問題”并產(chǎn)生尋找解決問題，彌補“缺陷”的強烈愿望.

2)問題要放在一個完全開放的情境中去，使得學(xué)習(xí)者在引起頓悟之前能夠看到問題各個部分之間的聯(lián)系，從而抓住事物的本質(zhì).

3)發(fā)揮學(xué)習(xí)者主觀能動性和目的性，使其自覺地進(jìn)行實驗方案的設(shè)計和實施，體驗認(rèn)知過程，拓展學(xué)習(xí)者的邏輯和創(chuàng)造性思維，避免機械地、盲目地學(xué)習(xí).

4)由于格式塔學(xué)習(xí)原理認(rèn)為整體不等于部分相加之和，具有超幾何的性質(zhì)，因此，實驗設(shè)計必須有“問題深化”的環(huán)節(jié)，以收獲更深層次的實驗探究成果.整個實驗過程要注重完整性，既要求做到前后連貫又要求把握好實驗的重點和難點.

4 結(jié)語

格式塔學(xué)派將知覺的組織原則應(yīng)用于對學(xué)習(xí)和記憶問題的研究之中，以全新的角度研究了頓悟、創(chuàng)造性思維和遷移等問題，形成了頗具特色的學(xué)習(xí)理論.除了以上運用的整體觀和完形結(jié)構(gòu)外，還有直覺觀、異質(zhì)同構(gòu)等理論,這些理論學(xué)習(xí)對促進(jìn)中學(xué)物理實驗教學(xué)同樣也具有著借鑒和指導(dǎo)價值.

參考文獻(xiàn)

1 王文秀，汪穎梅，張炳岳. 格式塔學(xué)習(xí)原理與物理實驗課程的教學(xué)改革.揚州大學(xué)學(xué)報，2000(12)：59～62

2 張大昌，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·物理(選修3-2).北京：人民教育出版社，2006.9～10

3 M·H·沙摩斯著.史耀遠(yuǎn),等譯.物理史上的重要實驗.北京：科學(xué)出版社，1985.195