控制論視野下的初中物理實驗教學

葉東福

控制論是一門技術基礎學科，具有濃厚的方法論特征。本文探索將控制論原理運用于初中物理實驗教學中，最大限度地發揮實驗在教學中的功能與作用。

控制論 初中物理 實驗教學

20世紀40年代以來，系統論、信息論、控制論等新興綜合科學的出現，推動了自然科學的變革，這個變革也給教學改革注入了巨大的活力。

物理是一門以實驗為基礎的科學，它通過實驗引入概念、檢驗猜想、得出規律、發展新知識。而實驗教學是一個動態系統，也是一個目標系統，為了完成實驗的既定目標，排除使目標系統偏離預定軌道的種種干擾，使師生雙方始終保持知識信息的暢通，達到教學的動態平衡，我們在初中物理實驗教學中運用控制論原理，使受控制的客體（學生）根據施控主體（教師）的預定目標而動作，實現教學的最優化。

一、初中物理實驗教學中運用控制論原理的實踐

控制論視控制對象為“黑箱”。黑箱理論告訴我們，控制過程，其實是控制者沿著控制方向（目標）對黑箱進行信息的輸入和輸出的連續不斷的過程，直至到達目標。物理實驗教學控制過程可簡化為教學信息的輸入和輸出這兩個過程，然而如何對教學對象進行信息的輸入與輸出呢？這就要求控制者（教師）深入細致地研究自己的控制對象（學生），才能從根本上保證實驗教學的控制適宜。初中物理實驗教學中主要選擇定向、定序、定度、定勢等控制方法[1]。

1.演示實驗的定向控制

思維必須選擇正確的方向，但學生的思維往往容易走兩個極端，一方面由于他們想象無涯，“耗散”性強；另一方面又由于定勢作用，使思維沿著以反射形成的概念路徑作慣性運動，易鉆死胡同、走彎路。作定向控制就是事前給學生輸入信號，使學生科學掌握自己思維進程中的方向和目標，同思維對象作同時、同步運動。

在演示實驗中，將實驗內容作定向控制，使學生在教師的引導之下保持高度熱情，進行認真觀察、積極思考并與課文中的概念、定理作同步運動，從而達到通過實驗得出規律的效果。如在研究“液體的壓強”時，演示實驗是研究液體對容器側部有壓強，學生實驗是研究液體內部的壓強。根據課文展示的實驗內容及順序，易使學生產生“液體對容器的側壁及內部產生壓強時，對容器的底部就不產生壓強”的定勢思維，產生思維負作用。教師可把握住這個關鍵點，自行設計如圖所示裝置——側與底同時開口的容器，將兩個開口分別包上橡皮膜之后進行演示，結果側壁與底部橡皮膜同時凸出，這樣不僅增強了學生的興趣點，又控制了學生思維沿課文內容作同時、同步運動，達到滿意的實驗效果。

“定向控制”的主要作用就是使實驗教學目標系統明確，合理、恰當地調動學生的積極性，使不同層次的學生均能真正學有所得，達到課堂演示觀察的目的。

2.學生實驗的定序控制

教育學家認為，教師的職責就是把條件反射或程序設計施于學生。實驗教學中的“定序控制”應該兼顧相對獨立的各個實驗教學過程或實驗環節中確定恰當的思路程序，科學地安排控制學生操作與思維的進程，使之條理化，并經過不斷訓練，養成面對復雜的實驗問題能自覺抉擇實驗器材與方法的習慣。

如進行“用電壓表測電壓”實驗時，學生按照要求要測出：“①干電池電壓；②串聯電路中的電壓；③并聯電路中的電壓。”根據實驗要求與操作程序，學生系統地循序漸進地完成實驗。在這個實驗之后，課文中又提出了：你明白家用電器為什么要并聯起來嗎？教師不妨在實驗設計中增加幾種常用電器（如小型電動機、碳膜電阻）等參加實驗，讓學生嘗試一下小型電動機或碳膜電阻串聯或并聯時的工作狀態，一則克服了只有小燈泡的單調環境，二則通過學生自己操作、自己發現問題、解決矛盾的過程（如電壓表兩極接錯、電動機不轉動等），既掌握了物理規律，又培養了學生探索求知的學習精神和認真完成實驗的科學態度。

為了讓學生在實驗過程中少做無用功、多探究，實驗前教師對實驗步驟、教學環節作出最優化的程序設計，探討與實踐物理實驗教學中的“定序控制”是十分必要的。

3.綜合實驗的定度控制

“定度控制”其實就是如何遵循量力性原則的問題。物理實驗教學就一定的教學階段而言必須有一定的限度，即教師不僅要從物理實驗相對獨立的各個實驗教學過程或實驗環節中確定恰當的量度，還要根據物理教學的對象程度不一，從教學的速度、難度、強度等方面予以相應的控制。

如“平面鏡”教學過程中，教師用猴子照鏡子的故事，引導學生思考：當猴子照鏡子時是猴子大還是鏡子里的像大？（提出的問題在學生思維量度范圍內，學生有興趣。）結果引起課堂內學生爭論不休，渴求答案。然而在如何讓學生得出平面鏡成像規律的教學程序設計上，教師可有三種方案：①教師直接規范演示，得出結論；②教師先作示范演示，再由學生分組探究，自己得出結論；③直接由學生探究得出結論。如何選擇三種教學程序的設計方案之一，教師就要根據學生實際水平作出量度，否則就會產生截然不同的教學效果。

綜合實驗的教學設計必須符合學生身心發展的水平和特點，既要照顧到大多數學生的知識、智力水平，又要有一定的難度、深度與跨度，善于在已知與未知之間架設橋梁，激起學生“跳一跳能摘到果子”的熱情與欲望。總之，進行有效的定度控制，才能促進學生實驗觀察能力和實驗操作能力的提升。

4.生活小實驗的定勢控制

“從生活走向物理，從物理回歸生活”。將物理實驗引向生活實際的定勢控制，是促使學生產生一種動力準備，在一定條件下迅速轉化為物理學習興趣的動能，帶著一種高漲的、激動的情緒去觀察或完成實驗，從中體驗創造的歡樂。

如課堂上教師演示了“連通器”的原理后，讓學生聯想日常生活中有哪些生活用品是根據連通器原理制作的，給出三分鐘時間讓學生思考，看誰想得多，并能講得正確。課后布置學生收集有關利用連通器原理制作的生產工具或生活用品，并能畫出簡單的構造圖、制作最簡單的連通器，在下次上課時反饋等等。

教材中安排了許多動手試一試、想想做做等生活中的小實驗，就是有目的地定勢調控學生進行觀察、思考，培養學生用課本的知識去解釋一些日常生活的現象，不斷地把感知材料與理論知識相聯系，進一步提高了學生的思維能力和運用理論知識的能力。從教育心理學的觀點分析，“定勢控制”的意義正在于它為物理實驗教學提供了良好的條件和基礎。

二、防止初中物理實驗教學的種種失控

在實驗課中，我們經常看到這樣一種情形：學生情緒飽滿，思維活躍時，他們敢于探索，往往容易偏離教師的“控制”，出現一些教師意想不到的“偶然事件”；當遇到了疑難時，他們常常左顧右盼，皺眉嘖嘖，有的教師對此無所適從，容易使課堂失控。為防止實驗教學失控，必須做到以下幾點。

1.防止為實驗而實驗和敷衍了事的實驗

在物理實驗中，教師應該指導學生了解實驗目的，正確使用實驗儀器，掌握操作方法并進行實驗，最終寫出實驗報告。所以在實驗中，教師應定向控制學生的觀察能力，定序培養學生的操作技能。但在實施新課程的今天，有些教師片面理解學生的主體性，以為強調學生的主體性就是放棄教師的主導地位，常常導致實驗課堂的失控。如“探究凸透鏡的規律”時，一開始就讓學生自主探究、動手設計實驗、選擇器材，擺放蠟燭、凸透鏡和光屏，自己調節它們的高度，探究凸透鏡成實像、虛像以及不成像的條件，而教師成了課堂的旁觀者。結果由于放的力度太大，導致快到下課時才發現學生還是沒有探究出來，于是只好匆匆收場，簡單地宣布結論。

2.謹防學生參與實驗的“虛假繁榮”

新課程實施以來，物理實驗課堂變活了，這在一定程度上激發了學生的學習興趣、學習熱情和主動精神，但在參與的背后，卻透漏出浮躁、膚淺和形式化的傾向，學生內在的思維和情感并沒有真正被激活，看似熱鬧，實則是實驗教學的失控。

如“研究壓力的作用效果與哪些因素有關”時，有老師布置好任務后，學生馬上進入了探究合作之中，小組內學生積極地參與，一片繁榮，學生雖然經歷探究過程的程序和步驟，但是由于缺乏好奇心的驅使以及批判性的質疑，從而導致探究的機械化和形式化。當學生采集了實驗的現象后，一會兒是小組討論，一會兒是大組交流，但大多數是在缺乏問題意識和交流欲望的背景下被動地、應付式地討論，缺乏平等的溝通和交流，尤其是缺乏更深層次的思維的碰撞，使得實驗探究過程變相失控。因此，教師既要放手讓學生活動的定勢控制，又要避免學生興奮過度或活動過量的定度失控，需要必要的講解和過程指導的定序控制。

3.克服單純激發興趣的實驗

學習物理必須重視實驗，實驗是物理的一個重要手段，課本中有許多概念、定律、定理都是從定向控制的實驗中得出的，但有些教師對此認識不足，認為實驗是課堂中吸引學生注意力極其有效的辦法，所以，認為演示實驗多多益善，只在表象化上下工夫，只問學生有沒有興趣，看到什么等，沒有把實驗定向控制在有目的地發現規律、分析現象中去。所以，這樣單純追求興趣與看表象的實驗必須克服。

最后，還應該強調控制論原理的種種方法在初中物理實驗教學中的運用，各種方法往往是相輔相成、綜合運用，才能取得最佳的實驗教學效果。

參考文獻

[1] 陳成龍.控制論與語文教學.寧德師專學報，1993（4）.

【責任編輯 付一靜】

教材中安排了許多動手試一試、想想做做等生活中的小實驗，就是有目的地定勢調控學生進行觀察、思考，培養學生用課本的知識去解釋一些日常生活的現象，不斷地把感知材料與理論知識相聯系，進一步提高了學生的思維能力和運用理論知識的能力。從教育心理學的觀點分析，“定勢控制”的意義正在于它為物理實驗教學提供了良好的條件和基礎。

二、防止初中物理實驗教學的種種失控

在實驗課中，我們經常看到這樣一種情形：學生情緒飽滿，思維活躍時，他們敢于探索，往往容易偏離教師的“控制”，出現一些教師意想不到的“偶然事件”；當遇到了疑難時，他們常常左顧右盼，皺眉嘖嘖，有的教師對此無所適從，容易使課堂失控。為防止實驗教學失控，必須做到以下幾點。

1.防止為實驗而實驗和敷衍了事的實驗

在物理實驗中，教師應該指導學生了解實驗目的，正確使用實驗儀器，掌握操作方法并進行實驗，最終寫出實驗報告。所以在實驗中，教師應定向控制學生的觀察能力，定序培養學生的操作技能。但在實施新課程的今天，有些教師片面理解學生的主體性，以為強調學生的主體性就是放棄教師的主導地位，常常導致實驗課堂的失控。如“探究凸透鏡的規律”時，一開始就讓學生自主探究、動手設計實驗、選擇器材，擺放蠟燭、凸透鏡和光屏，自己調節它們的高度，探究凸透鏡成實像、虛像以及不成像的條件，而教師成了課堂的旁觀者。結果由于放的力度太大，導致快到下課時才發現學生還是沒有探究出來，于是只好匆匆收場，簡單地宣布結論。

2.謹防學生參與實驗的“虛假繁榮”

新課程實施以來，物理實驗課堂變活了，這在一定程度上激發了學生的學習興趣、學習熱情和主動精神，但在參與的背后，卻透漏出浮躁、膚淺和形式化的傾向，學生內在的思維和情感并沒有真正被激活，看似熱鬧，實則是實驗教學的失控。

如“研究壓力的作用效果與哪些因素有關”時，有老師布置好任務后，學生馬上進入了探究合作之中，小組內學生積極地參與，一片繁榮，學生雖然經歷探究過程的程序和步驟，但是由于缺乏好奇心的驅使以及批判性的質疑，從而導致探究的機械化和形式化。當學生采集了實驗的現象后，一會兒是小組討論，一會兒是大組交流，但大多數是在缺乏問題意識和交流欲望的背景下被動地、應付式地討論，缺乏平等的溝通和交流，尤其是缺乏更深層次的思維的碰撞，使得實驗探究過程變相失控。因此，教師既要放手讓學生活動的定勢控制，又要避免學生興奮過度或活動過量的定度失控，需要必要的講解和過程指導的定序控制。

3.克服單純激發興趣的實驗

學習物理必須重視實驗，實驗是物理的一個重要手段，課本中有許多概念、定律、定理都是從定向控制的實驗中得出的，但有些教師對此認識不足，認為實驗是課堂中吸引學生注意力極其有效的辦法，所以，認為演示實驗多多益善，只在表象化上下工夫，只問學生有沒有興趣，看到什么等，沒有把實驗定向控制在有目的地發現規律、分析現象中去。所以，這樣單純追求興趣與看表象的實驗必須克服。

最后，還應該強調控制論原理的種種方法在初中物理實驗教學中的運用，各種方法往往是相輔相成、綜合運用，才能取得最佳的實驗教學效果。

參考文獻

[1] 陳成龍.控制論與語文教學.寧德師專學報，1993（4）.

【責任編輯 付一靜】

教材中安排了許多動手試一試、想想做做等生活中的小實驗，就是有目的地定勢調控學生進行觀察、思考，培養學生用課本的知識去解釋一些日常生活的現象，不斷地把感知材料與理論知識相聯系，進一步提高了學生的思維能力和運用理論知識的能力。從教育心理學的觀點分析，“定勢控制”的意義正在于它為物理實驗教學提供了良好的條件和基礎。

二、防止初中物理實驗教學的種種失控

在實驗課中，我們經常看到這樣一種情形：學生情緒飽滿，思維活躍時，他們敢于探索，往往容易偏離教師的“控制”，出現一些教師意想不到的“偶然事件”；當遇到了疑難時，他們常常左顧右盼，皺眉嘖嘖，有的教師對此無所適從，容易使課堂失控。為防止實驗教學失控，必須做到以下幾點。

1.防止為實驗而實驗和敷衍了事的實驗

在物理實驗中，教師應該指導學生了解實驗目的，正確使用實驗儀器，掌握操作方法并進行實驗，最終寫出實驗報告。所以在實驗中，教師應定向控制學生的觀察能力，定序培養學生的操作技能。但在實施新課程的今天，有些教師片面理解學生的主體性，以為強調學生的主體性就是放棄教師的主導地位，常常導致實驗課堂的失控。如“探究凸透鏡的規律”時，一開始就讓學生自主探究、動手設計實驗、選擇器材，擺放蠟燭、凸透鏡和光屏，自己調節它們的高度，探究凸透鏡成實像、虛像以及不成像的條件，而教師成了課堂的旁觀者。結果由于放的力度太大，導致快到下課時才發現學生還是沒有探究出來，于是只好匆匆收場，簡單地宣布結論。

2.謹防學生參與實驗的“虛假繁榮”

新課程實施以來，物理實驗課堂變活了，這在一定程度上激發了學生的學習興趣、學習熱情和主動精神，但在參與的背后，卻透漏出浮躁、膚淺和形式化的傾向，學生內在的思維和情感并沒有真正被激活，看似熱鬧，實則是實驗教學的失控。

如“研究壓力的作用效果與哪些因素有關”時，有老師布置好任務后，學生馬上進入了探究合作之中，小組內學生積極地參與，一片繁榮，學生雖然經歷探究過程的程序和步驟，但是由于缺乏好奇心的驅使以及批判性的質疑，從而導致探究的機械化和形式化。當學生采集了實驗的現象后，一會兒是小組討論，一會兒是大組交流，但大多數是在缺乏問題意識和交流欲望的背景下被動地、應付式地討論，缺乏平等的溝通和交流，尤其是缺乏更深層次的思維的碰撞，使得實驗探究過程變相失控。因此，教師既要放手讓學生活動的定勢控制，又要避免學生興奮過度或活動過量的定度失控，需要必要的講解和過程指導的定序控制。

3.克服單純激發興趣的實驗

學習物理必須重視實驗，實驗是物理的一個重要手段，課本中有許多概念、定律、定理都是從定向控制的實驗中得出的，但有些教師對此認識不足，認為實驗是課堂中吸引學生注意力極其有效的辦法，所以，認為演示實驗多多益善，只在表象化上下工夫，只問學生有沒有興趣，看到什么等，沒有把實驗定向控制在有目的地發現規律、分析現象中去。所以，這樣單純追求興趣與看表象的實驗必須克服。

最后，還應該強調控制論原理的種種方法在初中物理實驗教學中的運用，各種方法往往是相輔相成、綜合運用，才能取得最佳的實驗教學效果。

參考文獻

[1] 陳成龍.控制論與語文教學.寧德師專學報，1993（4）.

【責任編輯 付一靜】