如何在物理教学中培养学生观察能力

赵成

一、排除无关因素干扰，引导学生明确观察的总任务

在任何一个演示实验中，都或多或少地存在着与概念、原理、规律的本质联系无关的现象，这些现象在演示实验中起着干涉观察的作用。为克服无关因素的干涉，就需要教师引导学生明确观察的总任务，使学生从一开始就明确如何在演示实验是选择信息。

例如，楞次定律教学观察的中心任务是考察感生电流的方在何时会发生改变？使它改变的因数有哪些？在观察任务的指引下，学生就会将注意力集中于电流指针的偏转方向和条形磁铁或通电螺线管在闭合螺线管中插入或拔出的方式之间的关系，从而排出插入或拔出的快慢、电流表指针偏转的幅度等次要因数的干扰。

又如，利用鸡蛋两次从同一高度下落，分别落到铺有泡沫塑料和坚硬石板的水平桌面产生的不同效果，从而说明冲量相同时，作用时间越短，平均冲力越大的关系。这个演示虽然简单，但鸡蛋落地的效果明显，学生的注意力和兴奋点常常会集中到打破了的鸡蛋上去，而淡化了对演示实验关键点的观察。只有在实验演示前对观察的总任务进行必要的引导，学生才能观察到“同一高度下落，最后都处于静止”，以及“鸡蛋落在泡沫塑料上的缓冲过程”等关键因素。

二、细分阶段，引导学生把观察任务具体化

对演示阶段的划分是教师在分析学生的认知规律和教学内容的基础上，对演示阶段的安排。它是将实验演示的过程分解为若干部分，每一部分都有一个明确的阶段性目标，根据教学目标和学生认识过程的规律，将各个部分排成一个序列。

例如，在利用横（纵）波演示仪器模拟演示横（纵）波发生与传播的过程中，实验演示模拟了一排无振动的质点在波源的带动下依次开始振动，并最终形成了波。在波的传播过程中，质点只在平衡位置附近往返振动，波形不断前进。基本演示和观察应当分为两大部分；首先，从第一个质点开始振动，逐步依次带动所有质点振动。在这个波的形成过程中，要注意引导学生观察在弹性介质中是怎样形成的。先振动的质点依靠质点的相互作用力带动邻近质点也开始振动，但后振动的质点到达最大位移或平衡位置的时刻总是落后于先振动的质点，即振动相位落后。其次，在全部振动都质点起来后，进一步演示和观察波的传播观察的特点。教师要引导学生观察每一个质点只在原平衡位置附近振动，并不随波形前进而发生平衡位置的迁移；还要观察横波在传播过程中波峰与波谷相互间隔，纵波在同一位置疏部与密部交替出现。

三、抓住语言的表达，引导学生准确表达实验现象

学生对实验现象的表达大多是只从表象出发，用生活化的语言来表达。例如，“反射角等于入射角”、“小车跑得越快越难停下来”、“表面越不光滑，小车跑得越远”，等等。这些语言来源于学生的生活以及与之相关的生产实践，是一种自然语言，结构松散且简约化。而物理学是一门严谨的学科，有专门表达自己概念、规律、现象的词汇、术语，其表述要简练、严密、精确。

教师在引导学生观察实验的同时，更要引导学生使用具有简练、严密、精确的物理语言表述所观察到的现象，使不稳定、无持续的感觉变为稳定的、有持续的表象，进而打破感觉器官的局限，促进学生的感觉、知觉、表象上升为理性思维。

在引导学生用物理语言实验现象时，要注意以下几点：

1、细致观察，防止实验条件的缺失。

在演示实验中，教师要引导学生仔细观察，特别是注意实验现象发生的条件。如某种实验现象只在某种实验条件下出现，则必须客观地指出这一现象所存在的条件。例如，在利用注射器封闭一段空气来演示气体压强随体积变化规律时学生往往将现象表述为“气体的压强越大，体积变小”，而忽略了“一定质量”“空气”“温度不变”等实验条件。

2、理解原理，准确表述实验条件。

例如，动能与质量的关系的实验的演示方法是：让质量不同的小球从斜面上的同一高度滚下，打到一块小木块上，将木块撞出一段距离。对此实验现象，学生表述“当物体的高度一定时，质量越大，具有的动能越大。”实际上，本实验研究的是动能与质量的关系，由于影响小球的动能因素有两个——质量和速度，因此研究动能与质量的关系所采用的实验方法是控制量法，即在保持小球速度不变的条件下，通过改变小球的质量来研究动能与质量的关系。本实验让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下只是控制小球到达斜面底端时的速度不变。因此，在表述动能与质量的关系时，它的实验条件是——使小球到达斜面底端时，速度不变，而不是小球的高度不变。

在演示实验中，教师应特别强调实验的原理及实验的方法，这对学生正确地表述实验的条件及实验的设计很有必要。

3、明确目的，因果关系不能颠倒。

在演示实验中，教师一方面要引导学生关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系，另一方面还要注两个物理量的因果关系。因而在表述是，因果关系不能颠倒。

例如，在演示电流与电阻的关系实验中，学生对此实验现象表述为：“当导体两端的电压一定时，导体的电阻跟通过导体的电流成反比”。实际上，本实验的目的是保持导体两端电压不变，通过改变导体的电阻来观察电流的变化情况。因此，电阻的变化是原因，电流的变化是结果。正确的表述为：“当导体两端的电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成正比。”

四、通过提问、设问，引导学生总结和深化观察结果

观察的深刻性在于，要通過表面现象抓住事物的本质。实验结束后，教师要通过提问、设问等方式，启发学生运用学过的知识对实验现象进行分析、综合、比较、抽象和概括，即通过物理现象寻找物理本质。

在楞次定律的演示中，可设问 ：N极（S极）插入或拔出线圈时，电流方向为什么不一致？感生电动势的正负端与磁通量变化，原磁场方向之间有什么规律？在得出楞次定律后，可进一步设问：感生电流的方向如何确定？学生通过思考，运用已学过的知识，很快能回答：由楞次定律判定感生电流的磁通方向，再由安培定律可以判定感生电流的方向。至此，还可以进一步设问：为什么会产生这样的现象？由于磁铁和产生感生电流的线圈之间磁力作用总要阻止磁铁和线圈的相对运动，因此要产生感生电流，外力必须克服阻力（磁力）做功，这样其它形式的能才会转化成感生电流的电能。教师也可以用反证法进行推理：如果不是这样，而出现完全相反的情况，那么，磁铁和线圈一旦有了相对运动，线圈中感生电流的电能和磁铁运动的机械能将会同时增大，而这是违反能的转化和守恒定律的，因而是不可能发生的。这样步步设问，学生的认识踏上一个新的台阶。