物理課堂“差異性實驗”情境的創設

張忠明

（平湖市當湖高級中學，浙江 平湖 314200）

建構主義認為知識是認知個體主動的建構，不是被動的接受或吸收，即知識不是以直接傳輸的方式灌輸給學生的，學生學習的內在要求需要外部因素的誘導下才能有效的發生.基于建構主義理念的“差異性實驗”是指：創設與學生原有認知有差異的實驗問題情境，通過對原有錯誤認知的沖擊和破除，最后建構對科學概念的正確理解.通過差異性實驗給予的沖突式實驗情境帶來巨大的認知沖突點，促進他們對未知知識的興趣與渴望度，產生強大求知動力，從而迸發出思維火花，激發其探究意識和學習物理知識的興趣.

1 創設差異性實驗情境，導入新課探究式教學

心理學研究表明：當人對某種事物充滿興趣的時候，對之有關知識的接受往往迅速而且印象深刻，在課堂里學生對所要學習的內容大感興趣，那么聽講的效率無疑是較高的.

例1.根據燈泡規格參數運用功率表達式，算得“220V，60W”燈泡電阻為807Ω，若運用歐姆擋測量燈泡電阻的實驗，測得燈泡電阻僅為50Ω，學生心存疑惑，存在認知沖突，進而提出猜想，展開金屬電阻與溫度關系的教學研究.這樣的教學方式無疑讓學生學習主動性更強、效率更高.

圖1

例2.在“探究感應電流產生的條件”教學中，重溫初中產生感應電流的方法.提出問題，在不切割磁感線的情況下，是否能產生感應電流呢？暴露一些學生的錯誤前概念：認為只有當導體在切割磁感線時才能產生感應電流.

討論猜想基礎上實驗演示：將J2425型教學用可拆變壓器的條形鐵芯豎直放置，把一帶有小燈泡的線圈套在其上（不與其接觸），接通交變電流220V電源后，小燈泡亮了（注意實驗時，通電時間不能過長），如圖1所示.目的在于用最明了的實驗現象破除學生認為只有當導體切割磁感線的時候才能產生感應電流的錯誤認知，激發起學生的學習興趣.

復習已有知識引出原有錯誤認知，通過演示實驗引起認知差異，調動認知內驅力，喚起探究欲望，以促進學生積極、高效的認知建構，進而科學探究未知領域.

2 創設差異性實驗情境，提取抽象的理想模型

自由落體理想模型的建立是重要的教學點，關鍵在于要讓學生了解理想模型、建構抽象的理想模型所涉及的處理問題的方法，提高學生認知能力.

例3.實驗1：將已抽成“真空”的“牛頓管”倒置后，管內的羽毛與金屬片幾乎同時到達管底.產生認知沖突的同時，激發其探究意識.實驗2：從同一高度同時靜止釋放光盤和等大的紙片，哪個下落的快？若將紙片揉成團，與光盤同時靜止下落，又如何呢？實驗3：再次演示打開閥門充滿空氣的“牛頓管”裝置，并提問若倒置鐵片、羽毛、塑料片下落的快慢如何？通過將空氣慢慢抽盡的“牛頓管”各階段實驗演示.實驗4：選用兩段不同長度的粉筆，長短相差5倍，讓他們從同一高度，同時靜止釋放，下落快慢如何？

通過4個相關的“差異性實驗情境”演示，激發他們的思維活動，經由表及里的思考，認識到事物的本質，從實際問題中忽略次要，抽象、建構出來的理想化模型.實際處理中，具體問題分析是否能夠構建成自由落體（羽毛在空中的下落，就不能看成自由落體運動）.

3 創設差異性問題情境，進行證偽性實驗教學

瑞士心理學家皮亞杰認為：“激勵學生最有效的方式是建立一種認知失衡狀態，這樣就會把學生帶入一種認知沖突——他本來認為會發生的事情卻沒有發生.”通過創設差異性實驗情境，證偽一些在物理學史上早已被證偽的錯誤理論.

例4.關于摩擦力的概念，不少學生有這樣的錯誤前概念：摩擦力總是阻礙物體的運動，它的方向總與物體的運動方向相反；摩擦力的大小與物體的重力成正比.為了糾正錯誤認知，演示圖2的實驗，讓學生感到上述觀點似乎是正確的.接著進行圖3、4、5的所示的實驗.圖3中木板上面的木塊受到的摩擦力的方向和它的運動方向相同，并“促進”它的運動，這就與“摩擦力總是與運動方向相反，總是阻礙物體的運動”相矛盾；圖4中物體之間的正壓力大小，雖與重力有關，但不等于重力，而在圖5中，正壓力的大小與物體的重力毫無關系.通過與問題相結合的認知差異性實驗，形成認知沖突，將原有錯誤的認識就會轉化為正確的認識，表面的認識就會深化為內在的認識.通過差異性實驗，證偽一些在物理學史上早已被證偽的錯誤理論及觀點.

圖2

圖3

圖4

圖5

4 創設差異性實驗情境，開展物理習題教學

在新課程理念的要求下，高考考查更注重對學生科學探究、知識遷移能力的考查.然而，為了追求短期效果，“滿堂灌，題海戰術”依舊大行其道，學生在大量習題練習中迷失熱情，在應對探究性、創新性試題時也就屢屢失分.

例5.（2011年浙江高考理綜卷第16題）如圖6所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數n1＝800和n2＝200的兩個線圈，上線圈兩端與u＝51sin314tV的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數可能是

圖6

（A）2.0V. （B）9.0V.

（C）12.7V. （D）144.0V.

試題情境非常清晰，由于漏磁，理想化的變壓器電壓比公式不再成立，答案是（A）.考察了理想變壓器的有關知識，了解有關知識則答案并不難選，但實際考查結果不甚理想，學生思維定勢，套用理想變壓器模型而錯選（B）.

習題教學中若能夠創設“差異性實驗”情境，教師可有意設置不滿足理想化條件的實驗演示，（1）使可拆變壓器的鐵芯由不閉合到閉合時，測得接在副線圈兩端的電壓表示數.（2）逐步增加副線圈的匝數，測得副線圈兩端的電壓表示數.分別求得電壓之比與匝數之比的比較，得到的結果與電壓與匝數關系比相去甚遠，然后分析，改進線圈電阻，改進閉合鐵芯，也只能不斷接近，重新審視理想化條件：原副線圈無電阻、鐵芯無漏磁且不發熱，重新建立理想化模型，明確使用條件.習題教學中，創設“差異性實驗”情境，以習題的物理情景分析為中心，培養“分析式”的解題思維模式，讓情景分析，成為學生的習慣.

5 創設差異性實驗情境，進行對比性實驗

例6.斷電自感實驗演示，同時接通圖7甲、乙電路，待燈泡A、B正常發光，斷開電路，觀察S斷開時，A燈突然閃亮一下才熄滅，B燈未出現閃亮便熄滅.實驗情境創設意圖：（1）甲電路A的閃亮，出乎學生意料，形成認知差異，激發學生學習興趣；（2）甲、乙電路實驗現象的差異，導致學生認知的矛盾與沖突深化，為知識的深入研究作好鋪墊.燈泡的閃亮雖與自感有關，卻并非自感的必然結果，只有線圈的直流電阻RL遠小于燈電阻RA時，斷開電路瞬間通過燈泡的電流變大才有明顯的閃亮現象.教學中應注意這一問題，避免造成學生思維定勢.通過甲、乙電路采用不同阻值的線圈演示斷電自感現象，進行對比性實驗，分析現象差異變化的原因，以激發學生探索支配該現象和變化的客觀規律，有利于發展學生的知識遷移能力和創造性思維能力.

圖7

總之，在物理課程實施過程中，通過多樣化的教學方式，新課程理念的實施，必然要求教師轉變日常填鴨式的教學方式，注重對教材的開發設計.創設差異性實驗情境開展物理教學，通過激活學生已經具備的知識和經歷，引起學生的認知差異（認知心理不平衡），提高學生的學習興趣.在興趣的引領下，激發學生的內在主動性，學習物理知識與技能，培養其科學探究能力.在這過程中讓學生切實體驗和感悟概念形成的過程和方法，激發學生探究意識和培養他們敢于質疑、善于交流的科學態度與科學精神.

1 張大均.教育心理學［M］.北京：人民教育出版社，1999.

2 蔡鐵權，臧文彧等.科學實驗教學與研究［M］.上海：華東師范大學出版社，2008.

3 朱鐵成.物理課程與教學論［M］.浙江：浙江大學出版社，2010.

4 周紀良.用演示實驗突破定勢思維障礙［J］.物理教學，2011（8）：20－21.

5 卞志榮.用“實驗誘導法”進行概念教學的嘗試［J］.物理教學，2011（3）：15－17.