經歷心理暗示 完成知識構建

陳信余

物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受的重力情況稱為失重現象.該現象在日常生活中（如坐在下坡的車上、站在升降的電梯里）經常遇到，但由于學生沒有經歷該知識的構建，從而對失重產生的原因理解不透，把握不準.下面在對照課程標準要求和簡要對比幾套教材編寫特點的基礎上，就如何讓學生經歷知識的構建，談談筆者的看法，并愿意與廣大的中學物理同行交流.

1 課程標準要求及幾套教材編寫特點

普通高中《物理課程標準》（實驗）對失重現象的內容標準是：通過實驗認識失重現象.非常明確的強調要通過實驗來認識該知識.實驗是人們為實現預定目的，在人工控制條件下，通過干預和控制研究對象而觀察和探索研究對象有關規律和機制的一種研究方法.它是人類獲得知識、檢驗知識的一種實踐形式.從這個角度來看，課標對“失重”這個知識點的要求就是，要學生經歷知識的構建過程、參與知識的獲取過程.現行幾套教材是否體現了這一點呢？簡要梳理一下就一目了然了.

人教版在“用牛頓運動定律解決問題（二）”這一節，如圖1所示，以人站在電梯里升降為例題，分析了人對電梯底板壓力的變化，在這個基礎上給出失重現象.最后提出了可以使用家用體重計來觀察“失重”現象（如圖2）的一個建議.教材既沒有單獨設一節內容以示重視，也沒有從“通過實驗……”的角度去編寫，學生沒有經歷知識的構建，只記住了現象和結論.

粵教版與魯科版都單獨設立了一節內容.但在編寫上，沒有體現通過實驗這一要求，仍然以站在電梯里的人（如圖3）和坐在游樂場升降機的人（如圖4）為例，應用牛頓運動定律進行分析，結合分析結果，人對支持物壓力小于人本身的重力，給出失重現象.

以上三個版本的教材，都偏向理論分析與論證，既缺乏教師的實驗演示，也缺乏學生的實驗感受.雖然選擇了日常生活學生能接觸到的電梯和游樂場上的升降機，但這些都不能算作實驗，所以沒有體現課標所要求的：“通過實驗認識失重現象”.

教科版以乘電梯發生的真實現象為引子，提出探究的問題.然后設計如圖5所示的實驗，并提出了具體的可操作的要求，且把結果填入相應的表格中.結合實驗結果，提出一系列問題來進行討論與交流.這為認知失重現象做了很好的鋪墊.

瀘科教版設計了兩個實驗，一是體會失重（如圖6），這是一個定性實驗；二是實驗探究失重（如圖7），這是一個定量實驗.

教科版和瀘科教版的編寫體現了通過實驗來認知的要求.但由于用彈簧秤提著物體上下加速運動，不利于學生觀察和記錄數據.通過這個實驗來讓學生認識到失重的原因是不夠的.也就是說，僅通過這個實驗，還不能完成對“失重”知識的構建.怎樣才能更好地完成對“失重”知識的構建呢？必須創設相應的情境，通過有效的實驗，經歷心理暗示來完成對“失重”知識的構建.

2 經歷心理暗示 完成知識構建

心理暗示是人們日常生活中最常見的心理現象.從心理機制上講，它是一種被主觀意愿肯定的假設，不一定有根據，但由于主觀上已肯定了它的存在，心理上便竭力趨向于這項內容.失重現象這個知識非常適合通過實驗，經歷心理暗示來完成知識構建.

2.1 創設實驗情境

用彈性較好的鋼片（鬧鐘用的發條）焊接成如圖8所示的圓形.掛上一個重物后，圓形鋼片變成了橢圓形，如圖9在橢圓短軸所在的位置緊纏一圈紙帶并將紙帶粘貼好（準備多個這樣的紙帶圈）

2.2 心理暗示1——“失重”

如圖10，用手提著重物快速向下運動，觀察紙帶情況——斷了.

問：紙帶為什么會斷？

答：鋼片恢復圓形時向外繃，從而將紙帶繃斷.

問：為什么快速向下運動時，鋼片會向外繃，而靜止時不會外繃？

答：……（也許學生答不上來）.

此時，將整個裝置靜止不動，如圖11用手將重物向上托起，觀察紙帶情況——斷了.

這里暗示了，這個托舉重物的動作與剛才快速向下運動，在繃斷紙帶上來看，效果是一樣的.而托舉重物使得作用于鋼片環上向下的合力減小，即相當于重物重力減小了，也即失去了部分重力——失重.結合這個情境實驗和心理暗示給出“失重”的定義，水到渠成，順其自然.

托舉重物的這個動作是非常有意義和有價值的，首先，這一動作應用了等效思想——快速向下運動與減小重物重力是等效的；其次，非常成功的將一個動態的問題轉變成一個靜態問題來處理，利于學生觀察與思考.

2.3 心理暗示2——“失重”的原因不是速度方向

以上對失重現象的觀察及解釋可謂清楚了.但對失重現象的原因是什么？可能就了解不到位了，因為實驗總是快速向下運動，所以學生可能認為是速度方向，而對快速變化的觀察與理解仍然不是很清楚.這時可以設計如下的實驗來暗示學生失重的原因不是速度方向.

如圖12，在礦泉水瓶的瓶口處開一個小孔和靠近底部開兩個小孔，裝滿水擰緊瓶蓋，這時由于水的重力作用，會使水從靠近底部的小孔射出.現將瓶拋出，做如圖13所示的各個方向運動，觀察水是否會從底部小孔射出.

（1）瓶豎直下落.

（2）瓶豎直上拋

（3）瓶水平拋出

（4）瓶斜向上拋出

（5）瓶斜向下拋出

有心理學者認為：教學應該從直接的有感覺能力的直覺出發.此方法的特點就是，在盡可能的范圍內，把一些感性認識的材料交給學生們去觀察去認識.官能心理學認為：所有的知覺都來自感官，所以有必要向學生大量提供在他們大腦中能產生持久印象的感性認識材料.以上通過開有小孔并裝有水的礦泉水瓶向五個不同方向拋出，從而增加學生的感性認識，由于“失去了水的重力”，沒有觀察到水從底部小孔射出來，從而暗示失重與運動方向無關，進而去尋找其它原因.

2.4 心理暗示3——“失重”的原因是運動狀態變化引起的

經歷心理暗示2，學生知道失重與運動方向無關，但不一定知道是加速度.再用橢圓短軸所在的位置緊纏一圈紙帶的鋼片圈，繼續通過實驗演示來讓學生經歷心理暗示.如圖14，用手提著纏有紙帶的鋼片圈做以下三種方向的緩慢（勻速）運動，觀察紙帶是否會繃斷.

（1）提著纏有紙帶的鋼片圈緩慢向下運動.

（2）提著纏有紙帶的鋼片圈緩慢向上運動.

（3）提著纏有紙帶的鋼片圈緩慢在水平方向上移動.

心理學告訴我們：體驗的東西能使學生感到真實、現實，并在大腦記憶中留下深刻印象，使學生可以隨時回想起曾經親身感受過的生命歷程，也因此對未來有所預感.心理暗示2是從速度方向的角度來讓學生認知，而心理暗示3則從速度變化的角度來讓學生認知.由于是緩慢運動，所以可以認為速度大小沒有變化，此時觀察到紙帶沒有繃斷，說明沒有發生失重現象，進一步暗示速度沒有發生變化不會發生失重現象.結合心理暗示2，給出產生失重現象的原因是由于運動狀態發生了變化，也即是加速度的原因.并結合心理暗示1，說明為什么要快速向下運動的原因，并再次演示快速向下和緩慢向下運動的對比實驗.這樣學生對失重知識的構建就順其自然地完成了.

在經歷了實驗體驗與心理暗示的基礎上，再有應用牛頓運動定律以人站在電梯里升降為例，分析人對電梯底板壓力的變化，從定性了解到定量計算，進一步加深對失重現象的理解，并建議將家用體重計帶到課堂上，讓學生觀察、體驗“失重”現象.這樣學生就經歷了對失重知識的完整構建，不僅通過實驗認識了失重現象，還經歷了獲取知識的過程，即完成了失重知識的構建過程.

根據認知理論，學生學習過程，就是知識結構不斷改變的過程.在認識失重現象的學習中，無論是通過電梯的升降，還是通過體會失重或探究失重來引入與介紹，都是從速度方向的角度切入的，學生的第一感覺失重與速度方向有關，通過心理暗示2改變了學生的第一感覺.速度方向不是引起失重的原因，就往速度大小角度去思考，這顯然是很自然的事，通過心理暗示3又改變了這一結論，進而迫使學生往更深層次的角度去尋找原因——速度的變化.本文倡導的就是，經過實驗觀察與體驗，經歷心理暗示，不斷改變學生原有認知結構，層層深入，從而完成知識的構建.