“悖論思想”在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用 *

“悖論思想”在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用*

梁 瑤韓寶玉桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江蘇 蘇州215006)

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題,項目編號：D/2013/01/105;中國教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會2013-2016年全國物理教育科研重點課題“基于中學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理教師教學(xué)研究能力培養(yǎng)研究”的階段性研究成果之一.

指導(dǎo)教師：桑芝芳(1971-)，女，博士，教授，研究方向為中學(xué)物理和大學(xué)物理教學(xué).

摘 要：簡要介紹了悖論的思想，闡述了悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用模式，并列舉了相關(guān)教學(xué)案例.

關(guān)鍵詞：悖論思想教學(xué)流程教學(xué)案例

收稿日期：(2015-06-08)

作者簡介:梁瑤(1990-)，女，在讀碩士研究生，研究方向為物理課程與教學(xué)論.

Abstract:In the paper, the Paradox thoughts are introduced, the teaching procedure of Paradox in Physics Teaching is explained and some teaching cases are provided.

1悖論思想簡述

悖論源于古希臘，其希臘文被稱為“疑難”，意思是說“無路可走，無法解決”.通常把真正導(dǎo)致邏輯矛盾的命題稱為悖論，有學(xué)者認(rèn)為悖論實際上就是一種邏輯矛盾，它指的是從某一前提出發(fā)推出兩個邏輯上自相矛盾的命題，或從某一理論推出的命題與已知科學(xué)原理或?qū)嵺`產(chǎn)生的邏輯矛盾.

那么悖論的成因是什么？在這個問題上，大家莫衷一是，但兩個問題是明確的.首先，悖論不是根源于客觀事物所固有的矛盾，也不是主觀錯誤.其次，悖論不是簡單的邏輯矛盾.悖論與邏輯矛盾都包含矛盾的認(rèn)識，但悖論是正常的，不可避免的；而邏輯矛盾是不正常的，是可以避免的.邏輯矛盾只涉及邏輯形式，而悖論卻不一定如此.因此，悖論在實質(zhì)上是客觀事物的辯證性同主觀思維的形而上學(xué)性以及方法的形式化特征之間矛盾的一種集中體現(xiàn).

悖論從不同的角度可以進行多種分類，通常把悖論分為語形悖論、語義悖論和語用悖論.語形悖論又叫邏輯-數(shù)學(xué)悖論.這種悖論不涉及內(nèi)容, 只與元素、類或集合、屬于和不屬于、基數(shù)和序數(shù)等數(shù)學(xué)概念相關(guān), 并且能用符號邏輯體系的語言表述.主要的語形悖論有布拉里-費蒂悖論、康托爾悖論、羅素悖論和理發(fā)師悖論.語義悖論不是純邏輯的和純數(shù)學(xué)的, 而與一些心理的或語義的概念有關(guān).主要的語義悖論有說謊者悖論、格雷林悖論、理查德悖論、貝里悖論.而語用悖論是一種與語境和認(rèn)知主體及其背景知識有關(guān)的悖論.

實踐證明，物理學(xué)的發(fā)展與悖論的研究有直接的關(guān)系.伽利略落體快慢悖論糾正了統(tǒng)治2 000多年的亞里士多德的錯誤觀點，讓物理學(xué)跨入真正的科學(xué)時代；光速悖論和雙生子佯謬促使相對論的誕生，開辟了物理學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元.悖論的發(fā)現(xiàn)往往會激勵著科學(xué)家們沖破原有的觀念和束縛，運用創(chuàng)新的思維和方法提出新的問題，解決新問題，從而建立新的理論，最終促進物理學(xué)革命性的發(fā)展.中學(xué)物理教學(xué)中若能合理利用悖論思想，將有利于學(xué)生理解物理問題的本質(zhì)，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和物理思維品質(zhì).

2悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用

在中學(xué)物理教學(xué)中，悖論思想主要體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時，表現(xiàn)出來的與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識、方法、思維、物理情境等方面的不一致或矛盾.例如，學(xué)生根據(jù)原有知識經(jīng)驗的判斷和觀察到的實驗事實不一致；學(xué)生根據(jù)原有知識經(jīng)驗的判斷和理論推導(dǎo)的結(jié)論不一致；探究物理規(guī)律時設(shè)計的兩個不同實驗，其實驗現(xiàn)象或結(jié)果相矛盾；數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實際物理涵義相矛盾，等等.悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用模式如圖1所示.

圖1　悖論思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用流程

(1)創(chuàng)設(shè)物理悖論情境，合理設(shè)置悖論

教師要根據(jù)學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新學(xué)知識的特點，創(chuàng)設(shè)與學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)相沖突的物理情境，在這特定的情境里，針對其中涉及的物理現(xiàn)象、過程和結(jié)果使學(xué)生產(chǎn)生懷疑，對已有的物理概念和規(guī)律表示不信任，從而提出相關(guān)的問題，合理設(shè)置悖論.在進行悖論設(shè)置時，教師不能牽強附會，要自然地引出教師和學(xué)生共鳴的材料.

(2)引導(dǎo)學(xué)生導(dǎo)致悖論

教師要尊重學(xué)生，充分體現(xiàn)教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，提出問題.在創(chuàng)設(shè)悖論情境的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析，導(dǎo)致悖論.教師要充分考慮學(xué)生已有的認(rèn)知水平，不管學(xué)生的回答是對的還是錯的，與學(xué)生積極討論，營造一種和諧的教學(xué)環(huán)境.

(3)啟發(fā)認(rèn)知，分析悖論，消除悖論

悖論的出現(xiàn)讓學(xué)生產(chǎn)生強烈的認(rèn)知沖突，他們會對自己已有的知識產(chǎn)生懷疑，急切想要弄清楚究竟是怎么一回事兒，為什么會出現(xiàn)如此神奇的事情？這吸引了學(xué)生的注意力，同時也激發(fā)了學(xué)生的興趣.此時，教師引導(dǎo)學(xué)生分析悖論產(chǎn)生的原因，并尋求消除悖論的方法.

(4)建立新認(rèn)知

悖論激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)處于一種不平衡的狀態(tài)，從而促使學(xué)生進一步探究問題，解決問題.在解決問題的過程中，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)達到一個新的平衡狀態(tài).當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)達到一個動態(tài)平衡時，會使知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，從而促進學(xué)生更加深刻地理解和鞏固新的知識.

3教學(xué)案例

案例1：沸點與壓強關(guān)系的教學(xué)

學(xué)生原有認(rèn)知：在學(xué)習(xí)物態(tài)變化時，學(xué)生已經(jīng)知道了水的沸騰條件，一是達到水的沸點，二是要繼續(xù)加熱.

根據(jù)學(xué)生原有認(rèn)知，教師提問：如圖2，燒杯里的水正在沸騰，如果這時把酒精燈移走，水還會沸騰嗎？

圖2　水的沸騰

學(xué)生根據(jù)原有認(rèn)知判斷：酒精燈移走，停止加熱，水不沸騰.

教師繼續(xù)提問：如果不沸騰，我們能夠采取哪些方式讓水沸騰呢?

學(xué)生們討論，教師點撥(創(chuàng)設(shè)悖論情境)：如圖3所示，若把燒瓶用瓶塞蓋緊，再將其倒置，用冷水去澆它，燒瓶里的水還會沸騰嗎？

圖3

學(xué)生們繼續(xù)討論，根據(jù)原有認(rèn)知一致認(rèn)為：冷水降低了水的溫度，低于水的沸點，水一定不能沸騰.

教師根據(jù)學(xué)生已有的知識，通過實驗和問題串的方式，一步步把學(xué)生引入所要討論的問題上，創(chuàng)設(shè)了物理悖論情境.

導(dǎo)致悖論：教師按照實驗方案進行實驗，結(jié)果超出意料，燒杯里的水居然沸騰了，很自然地導(dǎo)致了悖論.悖論的出現(xiàn)激發(fā)了學(xué)生探究的欲望，燒瓶里的水為什么沸騰了呢？這肯定是水達到了沸點.沸點還是之前的100℃嗎？

引導(dǎo)學(xué)生分析并消除悖論，建立新認(rèn)知：向燒杯底部澆冷水，顯然水的溫度降低，但仍再一次沸騰，說明水的沸點降低.引導(dǎo)學(xué)生進一步分析，向燒杯底部澆冷水，不僅降低了水的溫度，而且降低了燒杯里的壓強，沸點和壓強有關(guān)，壓強減小，沸點降低.雖然水的溫度降低了，但壓強減小導(dǎo)致沸點降得更低，因此水仍然能沸騰，從而消除了悖論，并進一步討論高山上的食物為什么煮不熟等問題.

通過上述悖論教學(xué)，學(xué)生對液體沸騰的條件有了新的認(rèn)識，并且對沸點有了更深刻的理解.

案例2：閉合電路歐姆定律的教學(xué)

學(xué)生原有認(rèn)知：在初中時學(xué)生已掌握部分電路歐姆定律，且電源都當(dāng)作理想電源.

教師根據(jù)學(xué)生原有認(rèn)知提問學(xué)生：如圖4，在改變滑動變阻器的阻值時，電壓表的示數(shù)如何變化，為什么？

學(xué)生根據(jù)已學(xué)的知識判斷：電壓表的示數(shù)不變，因為電源電壓是不變的.

教師創(chuàng)設(shè)悖論情境，設(shè)置悖論：教師演示實驗，改變滑動變阻器的阻值，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)是變化的，這讓學(xué)生產(chǎn)生了疑惑.

圖4

教師引導(dǎo)學(xué)生分析、消除悖論，建立新認(rèn)知：電壓表的示數(shù)發(fā)生改變，那么電路中必定存在另外一個電阻，進一步分析得出電源是有內(nèi)阻的，在此基礎(chǔ)上探究閉合電路歐姆定律的具體形式及其規(guī)律.

通過上述教學(xué)，學(xué)生對閉合電路歐姆定律有了更加深刻、本質(zhì)的理解.

教師在物理教學(xué)中適時、合理地運用悖論思想, 把學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到困惑的問題以“悖論”形式暴露出來, 并加以分析, 有助于糾正學(xué)生在認(rèn)知過程中存在的思維障礙，使抽象的物理概念和物理過程變得更具體、直觀,從而加深學(xué)生對物理規(guī)律的認(rèn)識和理解.

參 考 文 獻

1楊寧芳. 悖論分類及其產(chǎn)生原因探究. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2007(04)：361～363

2岳燕寧. 悖論與物理教學(xué). 物理教師，2000(06)：38～39

3曾志旺. 物理教學(xué)中“悖論”的形態(tài)、功能和使用. 物理教師，2002(03)：18～19

4余建剛. 也談悖論法在物理教學(xué)中的運用. 物理教師，2006(02)：8～10

ApplicationonParadoxThoughtinMiddleSchoolPhysicsTeaching

LiangYaoHanBaoyuSangZhifang

(DepartmentofPhysics,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215006)

Keywords:Paradoxthoughts;teachingprocedure;teachingcases