佯谬与初中物理实验教学＊

董子贵

（泗县黑塔初级中学，安徽 宿州 234341）

在初中物理实验教学中，教师通常直接进行实验操作.结果，物理实验虽然有效地吸引了学生的眼球，但是往往不能同样有效地引起学生的思考；学生的物理学习往往停留在“看热闹”的层次，教学效果不甚理想.

为了提高初中物理实验教学的有效性，我们把佯谬引入物理实验教学.

1 什么是佯谬

“在物理学发展史中，最吸引人而又令人绞尽脑汁的大约应该首推五花八门的物理佯谬（或悖论）了”.［1］在英语中，佯谬与悖论常不加区分.现在，人们通常把导致逻辑矛盾的命题称为悖论；而把理论或经验与实验现象或事实之间的矛盾称为佯谬.“通常出现的情况是：人们从原有的理论或假设前提出发，推出的结论与实验事实不符；或者是人们的认识局限于某一固定的框架中无法突破，因此无法解释和理解观察到的现象或实验事实.从这个意义上可以说在物理学中碰到的基本上是佯谬”.［2］

2 佯谬在初中物理实验教学中的应用

2.1 佯谬在力学实验中的应用

我们把佯谬应用于覆杯实验.首先，我们用硬纸板盖上空杯杯口并倒置，如图1（a）所示，则硬纸板因受重力而下落.接着，杯中装满水并倒置，如图1（b）所示.则水因受重力而洒出.最后，我们用硬纸板盖上装满水的杯子的杯口并倒置，如图1（c）所示.结果会怎样呢？学生肯定会认为，硬纸板下落，水洒出.因为硬纸板不仅受重力作用，还受到杯中水向下的压力作用.可实验结果却是，硬纸板不会掉下，水也不会洒出，与学生猜想相矛盾.___________________

图1

这显然出现了佯谬.此后，教师再启发、引导学生分析实验现象，说明大气压强的存在就水到渠成了.

再如，利用流体动力学佯谬来说明流体压强规律.如图2所示，图中的乒乓球相同，玻璃管相同，漏斗相同.学生认为吹气时更容易掉下来的乒乓球却偏偏不容易掉下来，如图2（a）所示；学生认为本该更容易吹起来的漏斗中的乒乓球却偏偏吹不起来，如图2（b）所示；学生认为本该更容易吹掉下去的乒乓球却偏偏掉不下去，如图2（c）所示.

图2

淘气的乒乓球偏偏让学生对实验现象的推测都与实验结果尖锐矛盾，这显然出现了佯谬.此后，教师再启发、引导学生分析矛盾的原因，消除认知冲突，得出规律——流体压强与流速的关系.最后，再通过练习巩固所得规律.

2.2 佯谬在电学实验中的应用

我们把佯谬应用于电路连接关系分析.教师先接通如图3（a）所示电路.这时，3灯串联发光，其亮度都很弱.随后，教师依次接通如图3（b）、（c）、（d）、（e）所示电路.每次接通电路之前，教师都问学生：“能亮的灯有哪些？它们的连接关系如何？”学生对于如图3（b）、（c）、（d）所示电路的判断都没有问题，但对于如图3（e）所示电路，学生大多会认为，这一下，肯定是一个都不亮！可实验结果却令人大吃一惊：3个灯原本都该不亮的，可结果竟然都亮了，而且都很亮，特别是L2.

图3

为什么用了二根“短接线”，反倒连一盏灯也短不掉了？这显然出现了佯谬.此后，教师再启发、引导学生分析佯谬，消除冲突，深化对“短接”的认识.

再 如，把 “2.5V，0.3A”的手电筒灯泡L1与 “220V，60W”的普通白炽灯泡L2串联，接到220V的电路上，如图4所示.结果如何？学生大多会认为，L1肯定烧掉了！可实验结果却是，L1、L2竟相安无事，看上去都正常发光.为什么L1不会被烧坏呢？这又出现了佯谬.此后，教师再启发、引导学生分析电路的电阻、电流，化解冲突，消除佯谬.

图4

2.3 佯谬在热学实验中的应用

我们把佯谬应用于热学实验“观察水的沸腾”.在学生通过实验认识到水的沸腾条件之后，教师给出问题：如果把图5（a）中的酒精灯撤去，那么烧瓶中的水肯定不能持续沸腾下去.这时，如果用橡皮塞塞住烧瓶口并倒立，再用冷水去浇它，给它降温，如图5（b）所示，则烧瓶中的热水能否沸腾呢？学生大多会认为，你把它浇凉了，肯定不能沸腾.

可实验结果却是，当用汽水浇烧瓶底部时水却沸腾起来了.这显然出现了佯谬.此后，教师再启发、引导学生分析佯谬，消除冲突.这样，学生对液体沸腾条件的认识就进一步深化了.

图5

2.4 佯谬在光学实验中的应用

我们把佯谬应用于光学实验“透镜对光线的作用”.在学生完成实验“凸透镜、凹透镜对光线的作用［如图6（a）、（b）所示］”之后.教师给出问题：在一块冰中有一扁球形空气泡，其形状宛如凸透镜.今让一束平行光从冰中射向这个“空气凸透镜”，如图6（c）所示，则这个“空气凸透镜”将会聚光线呢，还是发散光线呢，抑或既不会聚也不发散呢？学生大多会认为会聚，因为凸透镜对光线具有会聚作用.我们用玻璃代替冰，用两块相同的平凹透镜组合成如图6（d）所示装置以代替图6（c）所示装置进行实验研究.结果发现，这个空气凸透镜只是披着凸透镜的“皮”，却干着凹透镜的事——它竟然发散光线！

图6

为什么这个空气凸透镜不但不会聚光线，反而发散光线呢？这显然出现了佯谬.这时，教师再启发、引导学生分析其中的原因，从而深刻认识透镜会聚与发散光线的本质——光的折射规律，就水到渠成了.

当然，初中物理中还有许多实验可以利用佯谬.在此恕不赘述.

3 佯谬在初中物理实验教学中的价值

3.1 激发兴趣

既然佯谬“最吸引人”，那么在初中物理实验教学中，我们不妨选用或设计一些佯谬来激发学生的学习兴趣，唤醒学生的好奇心，激起学生的求知欲.

3.2 驱动思维

既然佯谬往往“令人绞尽脑汁”，那么在初中物理实验教学中，我们就可以利用佯谬来驱动学生的物理思维，进而培养并发展学生的物理思维能力.

3.3 深化认识

在佯谬中，真实鲜活的物理事实与学生头脑中已有的物理理论或经验尖锐矛盾，对比强烈.这不仅强化了学生对物理知识的记忆，而且还能有效地克服学生头脑中错误的物理前概念，进而深化对物理知识的理解与认识.［3］

3.4 掌握方法

在物理学史上，佯谬往往是导致新理论诞生的关键.在初中物理实验教学中，如果教师主动地利用佯谬，向学生展示物理理论与实验现象之间的尖锐对立，而随着对立的消除，学生头脑中的认知结构得以更加合理地重构并巩固.学生长期在这样的教学氛围里耳濡目染，便也会在物理学习中有意无意地发现并提出佯谬，从而在不知不觉中学会利用佯谬来建立或反驳物理理论的方法.

3.5 形成态度

由于佯谬中的实验现象或事实与已知的理论或经验水火不容，那么，我们是尊重事实怀疑理论呢，还是坚持理论否定事实呢？理论源自实践，这就决定了我们必须尊重事实、实事求是.因此，利用佯谬进行物理实验教学，有利于学生形成“尊重事实、实事求是”的科学态度.

3.6 养成习惯

因为佯谬不仅吸引学生，而且还会引发学生思索，所以，在物理实验中利用佯谬有利于学生养成质疑习惯.

4 实验佯谬教学法

为了切实提高初中物理实验教学的有效性，充分利用佯谬在初中物理实验教学中的价值，笔者结合初中物理实验教学实践，提出实验佯谬教学法.

4.1 什么叫实验佯谬教学法

简单来说，在物理实验教学中，教师利用佯谬，让实验结果或事实与学生头脑中原有的理论或经验之间尖锐矛盾，从而诱发学生头脑中激烈的认知冲突；在学生为此绞尽脑汁之后，教师再启发、引导学生消除冲突，化解矛盾；最后，深化并巩固知识.这种实验教学方法就叫实验佯谬教学法.

4.2 实验佯谬教学法的基本环节及结构

从前面的几个应用实例可以看出，实验佯谬教学法通常有5个基本环节：引导铺垫、猜想预测、实验检验、析因矫正、巩固深化.其基本结构如图7所示.

图7

在初中物理实验教学中，教师利用佯谬，人为地给学生制造认知冲突，并让学生为之绞尽脑汁，最后终于找到突破口，学生恍然大悟.也就是说，在初中物理实验教学中，不能总是让学生的思维一泻千里，而要让它打着漩涡，激起浪花，不仅要让学生看到热闹，而且更要让学生悟出门道.只有这样，物理实验教学才能取得比较理想的效果.

1 杨建邺.福音：物理学的佯谬［M］.武汉：湖北教育出版社，2013.

2 赵超先.佯谬与物理教学［J］.南京师专·南京教院学报，1994（1）.

3 严丽，韩宝玉，金毅，桑芝芳.国内外“力与运动”前概念研究概述及对教学启示［J］.物理教学，2014（3）.

4 张宪魁，李小林，阴瑞华.物理学方法论［M］.杭州：浙江教育出版社，2007.