審辯式思維下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

摘? ?要：審辯式思維要求不輕易相信大家公認(rèn)的結(jié)論，能遵從內(nèi)心想法，做出不受他人影響的判斷。教育的發(fā)展要求不僅傳授學(xué)生知識(shí)，更要注重審辯式思維能力的培養(yǎng)，物理實(shí)驗(yàn)可以創(chuàng)設(shè)更多的可供學(xué)生質(zhì)疑、審問(wèn)、慎思、明辨的物理問(wèn)題和物理情境，幫助學(xué)生更好地得到思維上的訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：審辯式思維; 物理實(shí)驗(yàn);質(zhì)疑

1? 培養(yǎng)學(xué)生審辯式思維的重要性

審辯式思維起源于二十世紀(jì)二十年代，美國(guó)教育家杜威把這個(gè)概念引入到教育界，這種思維模式要求不輕易相信大家公認(rèn)的結(jié)論，遵從內(nèi)心想法，不放過(guò)任何疑問(wèn)，能根據(jù)自己的學(xué)識(shí)、體會(huì)、經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析、審問(wèn)、慎思，做出不受他人影響的判斷[ 1 ]。

在我國(guó)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，教育觀(guān)念有了一定的進(jìn)步，可在許多人眼里，依然認(rèn)為學(xué)生的學(xué)是一個(gè)接收“公理準(zhǔn)則”的過(guò)程，教師的教是一個(gè)向?qū)W生灌輸“公理準(zhǔn)則”的過(guò)程，認(rèn)為讓學(xué)生掌握知識(shí)、公理、定律是教學(xué)的首要任務(wù)。這種教學(xué)方式，會(huì)讓學(xué)生漸漸地失去懷疑精神和好奇心，壓抑學(xué)生的創(chuàng)造性，窒息教育的活力。在信息高度發(fā)達(dá)的今天，獲取知識(shí)可以說(shuō)是輕而易舉，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)特定知識(shí)或標(biāo)準(zhǔn)答案已經(jīng)不那么重要了，而是對(duì)所接收的信息進(jìn)行分類(lèi)篩選，經(jīng)過(guò)審辯，判斷各種信息的對(duì)錯(cuò)或輕重，做出利弊選擇。北京語(yǔ)言大學(xué)謝小慶教授提出：“與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，今日中國(guó)教育最缺乏的就是審辯式思維的培養(yǎng)。” 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)白春禮院長(zhǎng)也認(rèn)為，當(dāng)前教育的重點(diǎn)是要引導(dǎo)學(xué)生善于把大膽質(zhì)疑與謹(jǐn)慎斷言有機(jī)結(jié)合，大力提升批判性思維能力。高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)也明確提出要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。時(shí)代的發(fā)展要求不能再機(jī)械地灌輸直接的結(jié)論和知識(shí)，而應(yīng)在課堂上更注重提高學(xué)生的審辯式思維能力，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)習(xí)不僅是掌握知識(shí)的過(guò)程，更是一個(gè)通過(guò)審辯和質(zhì)疑提升個(gè)人能力的過(guò)程。

2? 物理實(shí)驗(yàn)與審辯式思維

有專(zhuān)家指出，要讓一個(gè)人真正具有審辯式思維的風(fēng)格和習(xí)慣，僅僅停留在思考層面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果他不能將思考的結(jié)果應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題，審辯式思維就沒(méi)有融入到這個(gè)人的血液中，成為這個(gè)人的基本能力。基于這樣的觀(guān)點(diǎn)，物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生審辯式思維的最佳平臺(tái)。

事實(shí)上，正是物理實(shí)驗(yàn)中存在的實(shí)際問(wèn)題和審辯式思維的有機(jī)結(jié)合，一次次推動(dòng)物理的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。比如人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)上，湯姆孫在認(rèn)真分析和研究陰極射線(xiàn)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了面包葡萄干模型;湯姆孫的得意門(mén)生盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果：絕大部分α粒子幾乎沒(méi)有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型;盧瑟福的學(xué)生根據(jù)氫原子光譜分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)合量子理論，建立了玻爾原子模型。三代物理學(xué)家都是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)前人的理論進(jìn)行質(zhì)疑、完善，提出自己的觀(guān)點(diǎn)，從而推動(dòng)原子物理學(xué)跨越發(fā)展。又比如科學(xué)家在研究物體運(yùn)動(dòng)的歷史過(guò)程：被稱(chēng)為“百科全書(shū)學(xué)者”的亞里士多德根據(jù)直接的生活現(xiàn)象提出“物體越重，下落越快”，伽利略卻對(duì)這位前輩的說(shuō)法產(chǎn)生了懷疑，他提出一個(gè)類(lèi)似這樣的問(wèn)題：一塊大石頭以某種速度下降，大石頭綁上降落傘后會(huì)以另一速度下降，那么，按照亞里士多德的論斷，大石頭綁上降落傘后變得更重了，后者速度會(huì)大于前者速度;而事實(shí)上是綁上降落傘后，大石頭下降的變慢了，后者速度小于前者速度，可見(jiàn)亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)是不正確的[ 2 ]。基于這樣的質(zhì)疑，才有后面著名的“比薩斜塔實(shí)驗(yàn)”，成就了物理學(xué)史上的一段佳話(huà)。

作為物理教師，有義務(wù)把審辯思維融入到實(shí)驗(yàn)課堂中，創(chuàng)設(shè)可供學(xué)生質(zhì)疑、審問(wèn)、慎思、明辨的物理問(wèn)題和物理情境，預(yù)留給學(xué)生合適的對(duì)問(wèn)題審辯的時(shí)間和空間，幫助學(xué)生更好地得到思維上的訓(xùn)練。

3? 審辯式思維下的物理實(shí)驗(yàn)案例

3.1? “怪坡”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：在廈門(mén)文曾路與文屏路的交叉路口，有個(gè)著名的旅游景點(diǎn)“怪坡”，這個(gè)“怪坡”怪就怪在東西會(huì)從坡底滾到坡頂， 如水倒在路上會(huì)向坡頂流動(dòng)，騎自行車(chē)上坡時(shí)很輕松，不用踩踏板也會(huì)加速到達(dá)，下坡時(shí)不用力踩就騎不動(dòng)，無(wú)論如何試，都是這樣的。可以把這個(gè)奇妙的現(xiàn)象搬到課堂上，實(shí)驗(yàn)的器材很容易準(zhǔn)備，一個(gè)一面開(kāi)口的箱子（把家里的抽屜拔出來(lái)即可），一塊長(zhǎng)度適中的木板，一個(gè)容易滾動(dòng)的圓柱體，兩塊大小不同的墊塊，還有帶攝像頭的電腦。器材的安裝如圖1所示：先將木箱放在水平面上，木板鋪放在箱底，用較大的墊塊將右端墊高，用較小的墊塊將木板左端墊高。

將攝像頭對(duì)準(zhǔn)箱口，調(diào)整攝像頭的角度和位置，使得鏡頭里只能看到木板、小墊塊和箱底（切不可看到大墊塊和水平面）這時(shí)我們就可以在電腦屏幕上觀(guān)察到畫(huà)面如圖2所示。在實(shí)驗(yàn)中可以看到，在圖1視角下觀(guān)察物體是在上坡，在圖2視角下觀(guān)察物體是在下坡。

審辯過(guò)程：圖2條件下，由于攝像頭的視線(xiàn)被限制在箱內(nèi)，判斷木板的傾斜方向只能以箱底和小墊塊作為參照對(duì)象，這時(shí)我們會(huì)直觀(guān)地感覺(jué)到左邊高，右邊低。將小圓柱體輕輕的放在斜面上，就會(huì)觀(guān)察到小圓柱體從坡底向坡頂滾動(dòng)，“怪坡”也就出現(xiàn)了！而當(dāng)不看屏幕直接觀(guān)察時(shí)，就對(duì)其中的“內(nèi)幕”一目了然，其實(shí)“高”處是低，“低”處是高。生活中的“怪坡”也是由于當(dāng)?shù)刂車(chē)厥獾牡乩憝h(huán)境產(chǎn)生的視覺(jué)誤差。

3.2? 離心運(yùn)動(dòng)應(yīng)用——自行車(chē)氣嘴燈

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：自行車(chē)氣嘴燈，一般直接旋接在輪胎氣嘴上，長(zhǎng)度8 cm左右，如圖3右邊所示，在騎行過(guò)程中，隨著車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)，氣嘴燈就會(huì)亮起來(lái)，形成絢爛多彩的圓形圖案，與神話(huà)傳說(shuō)中的哪吒的“風(fēng)火輪”類(lèi)似;自行車(chē)停止時(shí)，氣嘴燈又會(huì)自動(dòng)熄滅。我們可以直接在課堂上演示，讓同學(xué)用手指捏住燈頭部分圓弧甩動(dòng)，燈就會(huì)亮起來(lái);如果捏住的是底座部分，再怎么用力甩，燈也不會(huì)亮。

審辯過(guò)程：之所以會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是因?yàn)闅庾鞜羯涎b有離心開(kāi)關(guān)，其原理如圖3左邊所示，車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)，接觸不到銅帽，離心開(kāi)關(guān)處于斷路狀態(tài);當(dāng)自行車(chē)處于行駛狀態(tài)，離心運(yùn)動(dòng)使彈簧伸長(zhǎng)，離心開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，接通電路使氣嘴燈點(diǎn)亮;如果是捏住的是底座部分甩動(dòng)，彈簧壓縮，燈就更不可能亮了。

3.3? 徒手劈磚

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：徒手劈磚是以前走江湖賣(mài)藝的人經(jīng)常表演的一個(gè)節(jié)目，可以成為講解慣性知識(shí)的很好的生活素材。一般人想要徒手把磚劈斷，是有一定難度的，在課堂上可以先請(qǐng)力氣大的男同學(xué)上來(lái)試一試。如果在下劈前，悄悄地將磚的一端翹起，如圖4所示，這種狀態(tài)下把磚劈斷是比較容易的。

審辯過(guò)程：之所以出現(xiàn)如此巨大的差別，是因?yàn)樵诎汛u的一端翹起的狀態(tài)下用力下劈，磚在碰桌子前已有一定的速度，由于慣性，磚頭要保持向下運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，所以，磚塊更多的是被“撞斷”而不是被“劈斷”的[ 3 ]。

3.4? 靜電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：帶靜電的物體會(huì)吸引輕小的不帶電的物體，仔細(xì)觀(guān)察會(huì)發(fā)現(xiàn)，使用不同材質(zhì)的輕小物體，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還是有差別的。用帶負(fù)電的橡膠棒去靠近錫箔屑，觀(guān)察到的現(xiàn)象是錫箔屑被吸引到橡膠棒上后又迅速向空中散開(kāi)，如果是靠近紙屑，會(huì)發(fā)現(xiàn)紙屑被吸引到橡膠棒上很久都不會(huì)掉下來(lái)。

審辯過(guò)程：根據(jù)靜電感應(yīng)的知識(shí)，當(dāng)帶有負(fù)電的橡膠棒靠近不帶靜電的物體時(shí)，不帶靜電的物體靠近橡膠棒的一端會(huì)感應(yīng)出正電荷，遠(yuǎn)離的一端會(huì)感應(yīng)相同數(shù)量的負(fù)電荷，由于異性電荷在近端，引力大于斥力，如果不帶電的物體是輕小的，就會(huì)被吸引過(guò)來(lái)。錫箔屑碰到橡膠棒后迅速散開(kāi)，是因?yàn)殄a箔屑是導(dǎo)體，碰到后很快就和橡膠棒帶同種電荷，由于同種電荷相互排斥而迅速散開(kāi);紙屑是不良導(dǎo)體，自由電荷很難從橡膠棒轉(zhuǎn)移到紙屑上，所以會(huì)一直被吸附著[ 4 ]。

3.5? 簡(jiǎn)易直流電動(dòng)機(jī)

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：做一種簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)模型，兩個(gè)帶有凹槽的金屬支架通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與一節(jié)干電池相連接，一根涂有絕緣漆的粗導(dǎo)線(xiàn)繞制成長(zhǎng)方形線(xiàn)圈，如圖5所示，將線(xiàn)圈架在兩個(gè)金屬支架上，調(diào)整位置，讓長(zhǎng)方形線(xiàn)圈可在支架上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，一磁性較強(qiáng)的磁鐵置于長(zhǎng)方形線(xiàn)圈的下方，開(kāi)始時(shí)線(xiàn)圈平面豎直并保持靜止。接通電源后，如果左、右兩側(cè)與支架接觸部分的絕緣質(zhì)都刮掉，線(xiàn)圈只會(huì)來(lái)回?cái)[動(dòng);要讓線(xiàn)圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，應(yīng)將左右與支架接觸部分的下半側(cè)絕緣質(zhì)都刮掉，上半側(cè)絕緣質(zhì)都保留。

審辯過(guò)程：若將漆包線(xiàn)左、右與支架接觸部分的絕緣質(zhì)都刮掉，線(xiàn)圈開(kāi)始在圖示位置，電源剛接通時(shí)，根據(jù)左手安培定則，長(zhǎng)方形線(xiàn)圈受到順時(shí)針?lè)较虻陌才嗔Γ◤挠蚁蜃笥^(guān)察）而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，轉(zhuǎn)過(guò)半周后，會(huì)受到逆時(shí)針?lè)较虻陌才嗔Χ蛊錅p速回?cái)[;如果是將兩轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣質(zhì)都刮掉，上半側(cè)保留，在圖示位置剛接通電源時(shí)，線(xiàn)圈的受到順時(shí)針?lè)较虬才嗔ΧD(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過(guò)半周后，絕緣質(zhì)仍存在，電路斷開(kāi)了，線(xiàn)圈沒(méi)有受到安培力，但由于慣性，線(xiàn)圈還是會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過(guò)一周后，線(xiàn)圈再次受到同樣順時(shí)針?lè)较虻陌才嗔Γ@樣轉(zhuǎn)動(dòng)就可以持續(xù)下去。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝小慶. 審辯式思維在創(chuàng)造力發(fā)展中的重要性[J]. 內(nèi)蒙古教育， 2014（6）：13-15.

[2] 劉培姣. 物理實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新教育[J]. 湖北工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（6）：124-127.

[3] 林根旺. 快樂(lè)課堂 師生共享[J]. 中學(xué)理科園地， 2017（3）.

[4] 曹文龍， 許光明， 于振華，等. 靜電對(duì)殘膜吸附作用的影響因素試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究， 2017， 39（12）：161-164.