“悖论思想”在中学物理教学中的应用 *

“悖论思想”在中学物理教学中的应用*

梁 瑶韩宝玉桑芝芳

(苏州大学物理科学与技术学院江苏 苏州215006)

*本文系江苏省教育科学“十二五”规划2013年度课题,项目编号：D/2013/01/105;中国教育学会物理教学专业委员会2013-2016年全国物理教育科研重点课题“基于中学教师专业标准的物理教师教学研究能力培养研究”的阶段性研究成果之一.

指导教师：桑芝芳(1971-)，女，博士，教授，研究方向为中学物理和大学物理教学.

摘 要：简要介绍了悖论的思想，阐述了悖论思想在物理教学中的应用模式，并列举了相关教学案例.

关键词：悖论思想教学流程教学案例

收稿日期：(2015-06-08)

作者简介:梁瑶(1990-)，女，在读硕士研究生，研究方向为物理课程与教学论.

Abstract:In the paper, the Paradox thoughts are introduced, the teaching procedure of Paradox in Physics Teaching is explained and some teaching cases are provided.

1悖论思想简述

悖论源于古希腊，其希腊文被称为“疑难”，意思是说“无路可走，无法解决”.通常把真正导致逻辑矛盾的命题称为悖论，有学者认为悖论实际上就是一种逻辑矛盾，它指的是从某一前提出发推出两个逻辑上自相矛盾的命题，或从某一理论推出的命题与已知科学原理或实践产生的逻辑矛盾.

那么悖论的成因是什么？在这个问题上，大家莫衷一是，但两个问题是明确的.首先，悖论不是根源于客观事物所固有的矛盾，也不是主观错误.其次，悖论不是简单的逻辑矛盾.悖论与逻辑矛盾都包含矛盾的认识，但悖论是正常的，不可避免的；而逻辑矛盾是不正常的，是可以避免的.逻辑矛盾只涉及逻辑形式，而悖论却不一定如此.因此，悖论在实质上是客观事物的辩证性同主观思维的形而上学性以及方法的形式化特征之间矛盾的一种集中体现.

悖论从不同的角度可以进行多种分类，通常把悖论分为语形悖论、语义悖论和语用悖论.语形悖论又叫逻辑-数学悖论.这种悖论不涉及内容, 只与元素、类或集合、属于和不属于、基数和序数等数学概念相关, 并且能用符号逻辑体系的语言表述.主要的语形悖论有布拉里-费蒂悖论、康托尔悖论、罗素悖论和理发师悖论.语义悖论不是纯逻辑的和纯数学的, 而与一些心理的或语义的概念有关.主要的语义悖论有说谎者悖论、格雷林悖论、理查德悖论、贝里悖论.而语用悖论是一种与语境和认知主体及其背景知识有关的悖论.

实践证明，物理学的发展与悖论的研究有直接的关系.伽利略落体快慢悖论纠正了统治2 000多年的亚里士多德的错误观点，让物理学跨入真正的科学时代；光速悖论和双生子佯谬促使相对论的诞生，开辟了物理学发展的新纪元.悖论的发现往往会激励着科学家们冲破原有的观念和束缚，运用创新的思维和方法提出新的问题，解决新问题，从而建立新的理论，最终促进物理学革命性的发展.中学物理教学中若能合理利用悖论思想，将有利于学生理解物理问题的本质，从而培养学生的学习兴趣和物理思维品质.

2悖论思想在物理教学中的应用

在中学物理教学中，悖论思想主要体现在学生学习新知识时，表现出来的与原有认知结构中的知识、方法、思维、物理情境等方面的不一致或矛盾.例如，学生根据原有知识经验的判断和观察到的实验事实不一致；学生根据原有知识经验的判断和理论推导的结论不一致；探究物理规律时设计的两个不同实验，其实验现象或结果相矛盾；数学推导和实际物理涵义相矛盾，等等.悖论思想在物理教学中的应用模式如图1所示.

图1　悖论思想在物理教学中的应用流程

(1)创设物理悖论情境，合理设置悖论

教师要根据学生已有认知结构和新学知识的特点，创设与学生原有认知结构相冲突的物理情境，在这特定的情境里，针对其中涉及的物理现象、过程和结果使学生产生怀疑，对已有的物理概念和规律表示不信任，从而提出相关的问题，合理设置悖论.在进行悖论设置时，教师不能牵强附会，要自然地引出教师和学生共鸣的材料.

(2)引导学生导致悖论

教师要尊重学生，充分体现教师为主导、学生为主体的教学理念，引导学生积极参与，提出问题.在创设悖论情境的基础上，引导学生分析，导致悖论.教师要充分考虑学生已有的认知水平，不管学生的回答是对的还是错的，与学生积极讨论，营造一种和谐的教学环境.

(3)启发认知，分析悖论，消除悖论

悖论的出现让学生产生强烈的认知冲突，他们会对自己已有的知识产生怀疑，急切想要弄清楚究竟是怎么一回事儿，为什么会出现如此神奇的事情？这吸引了学生的注意力，同时也激发了学生的兴趣.此时，教师引导学生分析悖论产生的原因，并寻求消除悖论的方法.

(4)建立新认知

悖论激发了学生的认知冲突，学生的认知结构处于一种不平衡的状态，从而促使学生进一步探究问题，解决问题.在解决问题的过程中，学生的知识结构达到一个新的平衡状态.当学生的认知结构达到一个动态平衡时，会使知识系统化、结构化，从而促进学生更加深刻地理解和巩固新的知识.

3教学案例

案例1：沸点与压强关系的教学

学生原有认知：在学习物态变化时，学生已经知道了水的沸腾条件，一是达到水的沸点，二是要继续加热.

根据学生原有认知，教师提问：如图2，烧杯里的水正在沸腾，如果这时把酒精灯移走，水还会沸腾吗？

图2　水的沸腾

学生根据原有认知判断：酒精灯移走，停止加热，水不沸腾.

教师继续提问：如果不沸腾，我们能够采取哪些方式让水沸腾呢?

学生们讨论，教师点拨(创设悖论情境)：如图3所示，若把烧瓶用瓶塞盖紧，再将其倒置，用冷水去浇它，烧瓶里的水还会沸腾吗？

图3

学生们继续讨论，根据原有认知一致认为：冷水降低了水的温度，低于水的沸点，水一定不能沸腾.

教师根据学生已有的知识，通过实验和问题串的方式，一步步把学生引入所要讨论的问题上，创设了物理悖论情境.

导致悖论：教师按照实验方案进行实验，结果超出意料，烧杯里的水居然沸腾了，很自然地导致了悖论.悖论的出现激发了学生探究的欲望，烧瓶里的水为什么沸腾了呢？这肯定是水达到了沸点.沸点还是之前的100℃吗？

引导学生分析并消除悖论，建立新认知：向烧杯底部浇冷水，显然水的温度降低，但仍再一次沸腾，说明水的沸点降低.引导学生进一步分析，向烧杯底部浇冷水，不仅降低了水的温度，而且降低了烧杯里的压强，沸点和压强有关，压强减小，沸点降低.虽然水的温度降低了，但压强减小导致沸点降得更低，因此水仍然能沸腾，从而消除了悖论，并进一步讨论高山上的食物为什么煮不熟等问题.

通过上述悖论教学，学生对液体沸腾的条件有了新的认识，并且对沸点有了更深刻的理解.

案例2：闭合电路欧姆定律的教学

学生原有认知：在初中时学生已掌握部分电路欧姆定律，且电源都当作理想电源.

教师根据学生原有认知提问学生：如图4，在改变滑动变阻器的阻值时，电压表的示数如何变化，为什么？

学生根据已学的知识判断：电压表的示数不变，因为电源电压是不变的.

教师创设悖论情境，设置悖论：教师演示实验，改变滑动变阻器的阻值，发现电压表的示数是变化的，这让学生产生了疑惑.

图4

教师引导学生分析、消除悖论，建立新认知：电压表的示数发生改变，那么电路中必定存在另外一个电阻，进一步分析得出电源是有内阻的，在此基础上探究闭合电路欧姆定律的具体形式及其规律.

通过上述教学，学生对闭合电路欧姆定律有了更加深刻、本质的理解.

教师在物理教学中适时、合理地运用悖论思想, 把学生在学习过程中感到困惑的问题以“悖论”形式暴露出来, 并加以分析, 有助于纠正学生在认知过程中存在的思维障碍，使抽象的物理概念和物理过程变得更具体、直观,从而加深学生对物理规律的认识和理解.

参 考 文 献

1杨宁芳. 悖论分类及其产生原因探究. 武汉科技大学学报(社会科学版)，2007(04)：361～363

2岳燕宁. 悖论与物理教学. 物理教师，2000(06)：38～39

3曾志旺. 物理教学中“悖论”的形态、功能和使用. 物理教师，2002(03)：18～19

4余建刚. 也谈悖论法在物理教学中的运用. 物理教师，2006(02)：8～10

ApplicationonParadoxThoughtinMiddleSchoolPhysicsTeaching

LiangYaoHanBaoyuSangZhifang

(DepartmentofPhysics,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215006)

Keywords:Paradoxthoughts;teachingprocedure;teachingcases