物理教學中對學生質疑能力的培養

　　摘 要： 本文主要研究在物理教學中對學生質疑能力的培養。通過分析質疑能力的重要性，以及我國的學生質疑能力普通較差的原因，提出在物理教學過程中應為學生創造良好的質疑環境，引導學生質疑，激發學生產生探索動機和逐步教給學生質疑能力的基本方法。比如，聯系實際、邏輯推理、追求因果、類比聯想、逆向思維、變化條件等過程來提高培養質疑能力，對提高教學質量和培養創造性人才有很好的積極作用，也符合新課程改革的精神。
　　關鍵詞： 物理教學 質疑能力 培養
　　
　　質疑是經過較充分的分析后提出的疑問。善于發現問題、提出質疑、進行釋疑是思維的批判性高的重要表現。質疑不僅是思維的開始，正確的質疑往往還是成功的開始，縱觀物理學史，每一個階段的進展幾乎都是從質疑開始的，例如古希臘的亞里士多德認為力是維持物體運動的原因，伽利略對此提出質疑，指出物體在沒有受到外力時可保持勻速直線運動狀態，后經牛頓進一步研究，總結出了牛頓定律，從而奠定了經典力學的基礎。又如當愛因斯坦看到洛侖茲等人依據牛頓的時空觀研究電動力學遇到了極大的困難后，對牛頓的時空觀大膽質疑并提出了相對論時空觀，從而建立了狹義相對論。再如愛因斯坦和玻爾領導的哥本哈根學派間相互質疑，引發了當時世界上大批物理學家、數學家、哲學家參與的科學史上有名的“大論戰”，從而有力地推動了物理學、數學甚至哲學的發展。從以上事例可以看出質疑能力多么重要。愛因斯坦指出：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要。因為解決一個問題也許僅僅是一個數學或實驗上的技能而已，而提出新的問題，卻需要創造性的想象力，而且標志著科學的真正進步。”海森堡也曾說：“提出正確的問題往往等于解決了問題的大半。”華裔物理學家李政道對此也深有體會：“對于科研工作者來說，最重要的是自己會不會提出問題。”由此可見，在物理教學過程中教會學生質疑的一些常用方法，創設良好的質疑環境，促使學生正確地質疑是培養創造性人才的一項重要內容。
　　據調查目前我國的中學生包括部分大多學生的質疑能力普通較差，形成的原因我認為主要有以下幾點。
　　一、學生質疑能力普遍較差的原因
　　（一）雖然我國大力提倡素質教育，但由于目前我國大部分學校迫于社會、學生家長的壓力和經濟因素諸方面的原因，還存在不少片面追求升學率，物理教學圍繞著高考一張試卷轉的現象。一部分教師僅為高考而教學，人為地約束了學生的質疑能力，特別是對于學生問的超越“考綱”的內容一律不予解答，有的教師還訓斥學生浪費時間，嚴重挫傷了學生質疑的積極性。
　　（二）有些教師教學思想、教學方法落后，喜歡采用“填鴨式”的教學方式，往往把物理概念規律平鋪直敘地全部端給學生，從而壓抑了學生的思維，很少留給學生質疑的機會和內容。
　　（三）極少數教師由于害怕學生質疑的一些“古怪”的問題自己答不上來，有失面子，所以對一些愛質疑的同學敬而遠之。這必然不利于學生質疑能力的發展。
　　由于以上一些原因，久而久之，學生的好奇心就逐漸衰退，質疑能力就大大降低，這樣培養出來的學生常常沒有主見，沒有自己的思想，創造力很差，提不出什么有價值的問題來，這是和素質教育的宗旨相背離的。
　　二、解決對策
　　從以上內容我們可以看出，在物理教學過程中有意識地培養學生的質疑能力是非常必要的，那么如何培養學生的質疑能力呢？
　　（一）教師要以積極的態度為學生創設一個良好寬松的質疑環境，逐步引導啟發學生進行質疑，激發學生產生強烈的探索動機。
　　1.要更新教學觀念，重在培養學生的素質和能力，不能采用“填鴨式”、“滿堂灌”的教學方式，講課時不能把所有的內容都平鋪直敘地拿出來直接表露給學生，要給學生留有足夠的可供產生質疑問題和思考的時間。
　　2.要在物理教學過程中積極引導學生對日常生活中觀察到的物理現象、課本上的物理規律、概念大膽質疑，并設法獲得科學的結論。對于學生大膽的猜測和疑問要積極充分給予肯定，即使有些質疑是錯誤的，我們也要好好珍惜，注意保護學生的積極性，絕不可嘲諷打擊。對一些體質矛盾隱蔽得較深的問題，教師可精心設計質疑的情境，讓矛盾暴露得明顯一些，促使學生質疑。
　　3.教師要從素質教育的根本點出發來對待學生提出的疑問范圍，對于超出“高考綱要”的內容也要盡力予以解答，對于一部分和學生現有知識水平相差較大的問題，可以告訴學生我們現有的知識水平還不夠，等將來再解決。
　　4.要大力提倡學生爭辯，通過爭辯活動可以提高學生質疑的敏捷性、靈活性。量子力學中的測不準原理就是海森堡與愛因斯坦等人長期激烈的爭論后在海森堡的腦海中驟然出現的。長期引導學生進行爭辯、互相質疑會大大提高其質疑的動機和能力水平。
　　（二）教師在平時教學過程中要逐漸地教給學生質疑的基本方法，學生才能盡快地提高其質疑能力。
　　下面我就介紹一些物理教學過程中常用的質疑方法。
　　1.聯系實際引發質疑
　　聯系實際引發質疑就是通過分析、比較某種觀點看法和已知事實現象或新的實驗事實是否矛盾，從而SPb1alaD3CzQPsj9ks6eJuxehsOluErbKEC7cxM8mm0=提出質疑。物理學與技術、生產、生活等有著廣泛的聯系。因此，物理學習要與科技發展緊密地聯系起來。如：萬有引力與宇宙探測；光的全反射與光纖通訊；電磁感應與磁懸浮列車；激光與全息技術；原子理論與核能利用，等等。物理學習也要與生活、自然相聯系。如：體育運動、家庭音響、人體輻射、血壓與心臟功率、B超、X光檢測、CT檢測、閃電、臺風、溫室效應、厄爾尼諾現象，等等。這些領域涉及的物理知識豐富多彩，教師引導他們關注這些問題有助于激發學生學習物理的興趣，使學生感覺物理既鮮活又生動。學生在課本知識與科技、生活的聯系中或在觀察現象、（嘗試）揭示其本質中可以無拘束地展開想象，提出具有開放性的問題，學生對問題的討論往往具有發散性，又可以互相激勵，從一個問題的討論中提出更多的問題，有些甚至是科學家也在思考的問題。例如，古希臘的亞里士多德認為重的物體比輕的物體落得快，伽利略發現事實并不是這樣，因此提出了質疑。再如，關于原子結構，開始湯姆生提出了“棗糕”模型，后來盧瑟福做了a粒子散射實驗后發現湯姆生的“棗糕”模型和a粒子散射實驗事實相矛盾，于是產生了質疑并提出了原子的核式結構學說，這都屬于聯系實際引發質疑。
　　2.邏輯推理產生質疑
　　揭示觀點間的邏輯困難、矛盾是進行質疑的又一途徑。例如：在功率公式新課教學中的一個問題：汽車在平直的公路上勻速前進，若汽車所受阻力不變，當牽引力增大時，根據牛頓第二定律，加速度增大，汽車的速度也不斷增大。有人提出相反的觀點，因所車發動機的功率一定，根據公式P=FV推斷，當汽車牽引力增大時，速度應當減小，你認為哪一種分析正確？換一個角度或方向去思考同一問題原則上也應該有同樣的結果。但是如果兩種方法不能得到同一結果，我的問題在哪兒？進而產生一種探究的沖動。
　　又例如：質量為M的木板放在光滑的水平面上以V的速度水平向右運動，現在木板的右端無初速地放一個大小不計質量為m的木塊B，木塊與木板之間有摩擦力，為了使木板還能以v的速度做勻速直線運動，須在木板上作用一水平向右的恒力F。試求：從放入木板和木板剛好一起運動過程中F所做功W。
　　解法1：較多學生運動質點動能定理解答這個問題，認為F所做功就是兩個物體組成系統所受合外力所做功，應等兩種方法所得結果不同，導致邏輯矛盾。
　　產生上述邏輯矛盾后，學生感到很驚訝，迫切想知道矛盾原因，激發了探索動機，促進學生的質疑和自省。
　　
　　3.追因求果進行質疑
　　我們要教育學生保持旺盛的好奇心和求知欲，腦海中要經常出現“為什么”三個字，要經常追問物理概念為什么要這樣定義？物理規律是如何得來的？實驗為什么要這樣設計？做物理習題做錯時更要問一下為什么會做錯？原因是什么？發現某物理現象也要經常問問產生的原因是什么？例如為什么我們乘車時會看到遠處的太陽向前走而近處的樹木會向后走？為什么眼睛會看見東西？雨后的天空為什么會出現彩虹？機油落在水面后為什么會出現五顏六色的斑紋？原子彈、氫彈為什么會有這么大威力……堅持不懈地尋根問底常常會引出物理概念和物理規律，或能加深對它們的理解，有時可能還會出現意想不到的收獲。例如，1895年德國物理學家倫琴觀察到陰極射線管附近的熒光屏上出現了幾點熒光，倫琴治學嚴謹，喜歡多問幾個“為什么”，他經過研究后發現，這原來是陰極射線打到固體上產生的一種新的射線引起的。倫琴把它起名為X射線，后來人們為了紀念這種射線叫倫琴射線。而在此之前美國物理學家古德斯比德和英國的克魯克斯都曾發現過類似的現象，但由于他們沒有尋根問底，導致一項重大的發現從手中溜走了。又如：在做碰撞中的動量守恒實驗時要確定落點的平均位置，有些資料上的意思是用圓規畫一個盡可能小的圓把各個落點圈住，其圓心就是所要找的點。一般學生都沒有覺得有什么樣問題，有學生從因果關系上提出了有意思的問題：圓規畫圓不是先確定圓心再畫的嗎？既然圓心已定那又何須畫圓？畫圓也是為了找圓心呀？
　　4.類比聯想進行質疑
　　通過類比聯想進行質疑也是物理學中常用的質疑方法。例如我剛講過原子的核式結構模型，有的同學就通過聯想和類比，根據電子繞核轉動時充當向心力的庫侖力和衛星繞地球轉動時充當向心力的萬有引力的表達式的相似性，提出了電子和衛星的環繞速度、運轉周期、動能、勢能的表達式及隨半徑r的變化是否相似的問題，并通過分析得出了正確的結論，這就是這種方法的正確應用。在物理學的發展過程中，運用這種方法進行質疑的例子也有很多。例如，當光具有波粒二象性的結論被人們接受后，不少人認為這是光子所特有的現象。而德布羅意通過對微觀實物粒子和光子進行類比，對以上人的觀點提出了疑問，認為實物粒子也具有波粒二象性，并聯系到光子波長和能量、動量的關系式，給出了實物粒子的波長表達式，后來經實驗證明是正確的。又例如：在豎直向上的磁場B中，固定有兩個光滑、平行、水平導軌，導軌間距為L，質量分別為m、M的兩根金屬棒a、b相互平行且垂直于導軌放置，現給a一個右初速度，則以后a、b的運動情況如何？我們可以把“子彈打木塊”問題拿出來，讓初學者來探究、質疑其中的異同。直觀情景和知識范疇是不同的，但忽略直觀層面，可以看到共同點：一個運動的物體向一個靜止物體靠近，兩者間存在相互作用力。疑問出現了：這是否意味著他們在解決問題的方式上（列方程）是一致的？他們會不會是自然界中同一規律在不同場合的表現？對初學者來說，如果能提出類似上面的問題，是很有創見性的。這就是類比，在看起來陌生的領域，用上了熟悉的方法，就像使自己思維突然擴大了一倍一樣。教學中，教師提供這類題目（或素材），能極大地激發學生的聯想和好奇心，會讓學生產生發現問題和提出問題的沖動。比如對剛才這個問題，學生可能繼續像究子彈射入木塊的深度一樣提出：a棒相對于b棒移動的最大距離與B、L等物理量的關系如何？——類比對應給他的思考指明了方向。由于物理學中有很多物理內容、規律、處理方法是相類似的，因此通過類比聯想進行質疑是我們能經常用到的，經常指導學生運動這種方法進行提問題，不僅可以大大增強學生的質疑能力，而且能促進學生認識清楚物理現象、規律及其處理方法間的聯系。
　　5.逆向思考提出質疑
　　這是與通常的思維程序相反的一種思考方式，它是通過從相反的方向展開思維，提出問題的一種質疑方法。例如法拉第根據電產生磁的現象，逆向思考提出了質疑：磁能否產生電？并通過10年艱辛努力，終于發現了電磁感應現象，為人類進入電氣時代提供了一把金鑰匙。我們平時的物理教學活動中可以經常引導學生運動這種方法進行質疑。例如在講過勻變速直線運動后，對于勻減速運動，我們可以問一問這種運動的道過程能否當做勻加速運動來處理？再如在幾何光學中講過已知物點和透鏡求作像點的方法后，可以質詢一下已知像點和透鏡如何求作物點？在學習薄膜干涉的應用時經常要講到牛頓環，對于牛頓環形成的原因的解釋，老師一般根據利用干涉檢查工作表面的平整度原理一樣的思考：是由于在透鏡和水平面間的空氣膜的上下表面分別反射的兩列光波的等厚干涉而形成的。利用物理規律的空間平移不變——對稱，學生會質疑：那么為什么樣不是透鏡本身上下表面分別反射的光列光波的等厚干涉而形成的呢？從理論上講，這兩種解釋都一樣有道理啊，為什么老師會厚此薄彼呢？這些都屬于逆向質疑。
　　6.變換條件進行質疑
　　物理規律都有一定的適應范圍，我們在物理教學過程當中可以引導學生變換一下條件，問一問物理規律在不同條件下的表達形式及其適應范圍；另外同一個物理問題處理起來往往有多種方法，我們可以引導學生問問能否用別的方法來解決某一問題。例如在復習單擺的周期公式時，我有意識地讓學生變換條件進行質疑。結果學生質疑出了以下八種情況下單擺周期公式的表達形式的問題：1.單擺在高山上；2.單擺在月球上；3.單擺在沿豎直方向做勻加速直線上升或加速下降的電梯里；4.單擺在沿水平方向做勻加速運動的汽車中；5.輕質懸線絕緣，擺球帶電，在豎直方向存在一句強電場的情況；6.擺球帶電，懸線絕緣，在垂直擺球擺動平面的方向加一句強磁場；7.擺球帶電，懸線絕緣，在懸點處放一點電荷；8.單擺在環繞地球飛行人造衛星中，產生了較好的效果。又如惠更斯電橋不平衡時，判斷橋上的電流方向問題，利用斷開橋支路，經簡單計算，就能判斷出橋支路的電流方向。如果我們能長期堅持引導學生動用這種方法進行質疑不僅可以提高學生的質疑能力，而且可以提高學生運用物理知識解決實際問題的靈活性。
　　總之，質疑是探索新知識的開始，也是探索新知識的動力。一個人一旦提出了某個問題，便產生解決它的欲望，形成了“問題意思”，就能夠更敏銳地感受和覺察與該問題有關的信息，使人的注意力有明顯的指向性與選擇性，能有效激勵他對問題的探索和解決。質疑的過程能激發學生的創新意識，通過質疑能力的培養，可以培養學生的創新意識。這正是新課程改革的一個重要目標，是現行教學的一個重要任務，這就要求我們在物理教學過程中要對學生缺乏質疑能力的原因進行分析后，更新觀念，以真實的情感，真知灼見，積極的態度為學生創造一個良好寬松的質疑環境，逐步引導、啟發、幫助學生進行質疑，培養良好的質疑習慣。教會學生上述的質疑方法，在物理教學中有針對性地運用“質疑法”，挖掘學生潛力，加強學生質疑能力的培養，提高他們可持續性學習、可創造性學習的能力，以適應素質教育和新課程改革的時代要求。
　　
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　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文