物理课堂“差异性实验”情境的创设

张忠明

（平湖市当湖高级中学，浙江 平湖 314200）

建构主义认为知识是认知个体主动的建构，不是被动的接受或吸收，即知识不是以直接传输的方式灌输给学生的，学生学习的内在要求需要外部因素的诱导下才能有效的发生.基于建构主义理念的“差异性实验”是指：创设与学生原有认知有差异的实验问题情境，通过对原有错误认知的冲击和破除，最后建构对科学概念的正确理解.通过差异性实验给予的冲突式实验情境带来巨大的认知冲突点，促进他们对未知知识的兴趣与渴望度，产生强大求知动力，从而迸发出思维火花，激发其探究意识和学习物理知识的兴趣.

1 创设差异性实验情境，导入新课探究式教学

心理学研究表明：当人对某种事物充满兴趣的时候，对之有关知识的接受往往迅速而且印象深刻，在课堂里学生对所要学习的内容大感兴趣，那么听讲的效率无疑是较高的.

例1.根据灯泡规格参数运用功率表达式，算得“220V，60W”灯泡电阻为807Ω，若运用欧姆挡测量灯泡电阻的实验，测得灯泡电阻仅为50Ω，学生心存疑惑，存在认知冲突，进而提出猜想，展开金属电阻与温度关系的教学研究.这样的教学方式无疑让学生学习主动性更强、效率更高.

图1

例2.在“探究感应电流产生的条件”教学中，重温初中产生感应电流的方法.提出问题，在不切割磁感线的情况下，是否能产生感应电流呢？暴露一些学生的错误前概念：认为只有当导体在切割磁感线时才能产生感应电流.

讨论猜想基础上实验演示：将J2425型教学用可拆变压器的条形铁芯竖直放置，把一带有小灯泡的线圈套在其上（不与其接触），接通交变电流220V电源后，小灯泡亮了（注意实验时，通电时间不能过长），如图1所示.目的在于用最明了的实验现象破除学生认为只有当导体切割磁感线的时候才能产生感应电流的错误认知，激发起学生的学习兴趣.

复习已有知识引出原有错误认知，通过演示实验引起认知差异，调动认知内驱力，唤起探究欲望，以促进学生积极、高效的认知建构，进而科学探究未知领域.

2 创设差异性实验情境，提取抽象的理想模型

自由落体理想模型的建立是重要的教学点，关键在于要让学生了解理想模型、建构抽象的理想模型所涉及的处理问题的方法，提高学生认知能力.

例3.实验1：将已抽成“真空”的“牛顿管”倒置后，管内的羽毛与金属片几乎同时到达管底.产生认知冲突的同时，激发其探究意识.实验2：从同一高度同时静止释放光盘和等大的纸片，哪个下落的快？若将纸片揉成团，与光盘同时静止下落，又如何呢？实验3：再次演示打开阀门充满空气的“牛顿管”装置，并提问若倒置铁片、羽毛、塑料片下落的快慢如何？通过将空气慢慢抽尽的“牛顿管”各阶段实验演示.实验4：选用两段不同长度的粉笔，长短相差5倍，让他们从同一高度，同时静止释放，下落快慢如何？

通过4个相关的“差异性实验情境”演示，激发他们的思维活动，经由表及里的思考，认识到事物的本质，从实际问题中忽略次要，抽象、建构出来的理想化模型.实际处理中，具体问题分析是否能够构建成自由落体（羽毛在空中的下落，就不能看成自由落体运动）.

3 创设差异性问题情境，进行证伪性实验教学

瑞士心理学家皮亚杰认为：“激励学生最有效的方式是建立一种认知失衡状态，这样就会把学生带入一种认知冲突——他本来认为会发生的事情却没有发生.”通过创设差异性实验情境，证伪一些在物理学史上早已被证伪的错误理论.

例4.关于摩擦力的概念，不少学生有这样的错误前概念：摩擦力总是阻碍物体的运动，它的方向总与物体的运动方向相反；摩擦力的大小与物体的重力成正比.为了纠正错误认知，演示图2的实验，让学生感到上述观点似乎是正确的.接着进行图3、4、5的所示的实验.图3中木板上面的木块受到的摩擦力的方向和它的运动方向相同，并“促进”它的运动，这就与“摩擦力总是与运动方向相反，总是阻碍物体的运动”相矛盾；图4中物体之间的正压力大小，虽与重力有关，但不等于重力，而在图5中，正压力的大小与物体的重力毫无关系.通过与问题相结合的认知差异性实验，形成认知冲突，将原有错误的认识就会转化为正确的认识，表面的认识就会深化为内在的认识.通过差异性实验，证伪一些在物理学史上早已被证伪的错误理论及观点.

图2

图3

图4

图5

4 创设差异性实验情境，开展物理习题教学

在新课程理念的要求下，高考考查更注重对学生科学探究、知识迁移能力的考查.然而，为了追求短期效果，“满堂灌，题海战术”依旧大行其道，学生在大量习题练习中迷失热情，在应对探究性、创新性试题时也就屡屡失分.

例5.（2011年浙江高考理综卷第16题）如图6所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是

图6

（A）2.0V. （B）9.0V.

（C）12.7V. （D）144.0V.

试题情境非常清晰，由于漏磁，理想化的变压器电压比公式不再成立，答案是（A）.考察了理想变压器的有关知识，了解有关知识则答案并不难选，但实际考查结果不甚理想，学生思维定势，套用理想变压器模型而错选（B）.

习题教学中若能够创设“差异性实验”情境，教师可有意设置不满足理想化条件的实验演示，（1）使可拆变压器的铁芯由不闭合到闭合时，测得接在副线圈两端的电压表示数.（2）逐步增加副线圈的匝数，测得副线圈两端的电压表示数.分别求得电压之比与匝数之比的比较，得到的结果与电压与匝数关系比相去甚远，然后分析，改进线圈电阻，改进闭合铁芯，也只能不断接近，重新审视理想化条件：原副线圈无电阻、铁芯无漏磁且不发热，重新建立理想化模型，明确使用条件.习题教学中，创设“差异性实验”情境，以习题的物理情景分析为中心，培养“分析式”的解题思维模式，让情景分析，成为学生的习惯.

5 创设差异性实验情境，进行对比性实验

例6.断电自感实验演示，同时接通图7甲、乙电路，待灯泡A、B正常发光，断开电路，观察S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭，B灯未出现闪亮便熄灭.实验情境创设意图：（1）甲电路A的闪亮，出乎学生意料，形成认知差异，激发学生学习兴趣；（2）甲、乙电路实验现象的差异，导致学生认知的矛盾与冲突深化，为知识的深入研究作好铺垫.灯泡的闪亮虽与自感有关，却并非自感的必然结果，只有线圈的直流电阻RL远小于灯电阻RA时，断开电路瞬间通过灯泡的电流变大才有明显的闪亮现象.教学中应注意这一问题，避免造成学生思维定势.通过甲、乙电路采用不同阻值的线圈演示断电自感现象，进行对比性实验，分析现象差异变化的原因，以激发学生探索支配该现象和变化的客观规律，有利于发展学生的知识迁移能力和创造性思维能力.

图7

总之，在物理课程实施过程中，通过多样化的教学方式，新课程理念的实施，必然要求教师转变日常填鸭式的教学方式，注重对教材的开发设计.创设差异性实验情境开展物理教学，通过激活学生已经具备的知识和经历，引起学生的认知差异（认知心理不平衡），提高学生的学习兴趣.在兴趣的引领下，激发学生的内在主动性，学习物理知识与技能，培养其科学探究能力.在这过程中让学生切实体验和感悟概念形成的过程和方法，激发学生探究意识和培养他们敢于质疑、善于交流的科学态度与科学精神.

1 张大均.教育心理学［M］.北京：人民教育出版社，1999.

2 蔡铁权，臧文彧等.科学实验教学与研究［M］.上海：华东师范大学出版社，2008.

3 朱铁成.物理课程与教学论［M］.浙江：浙江大学出版社，2010.

4 周纪良.用演示实验突破定势思维障碍［J］.物理教学，2011（8）：20－21.

5 卞志荣.用“实验诱导法”进行概念教学的尝试［J］.物理教学，2011（3）：15－17.