经历心理暗示 完成知识构建

陈信余

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力情况称为失重现象.该现象在日常生活中（如坐在下坡的车上、站在升降的电梯里）经常遇到，但由于学生没有经历该知识的构建，从而对失重产生的原因理解不透，把握不准.下面在对照课程标准要求和简要对比几套教材编写特点的基础上，就如何让学生经历知识的构建，谈谈笔者的看法，并愿意与广大的中学物理同行交流.

1 课程标准要求及几套教材编写特点

普通高中《物理课程标准》（实验）对失重现象的内容标准是：通过实验认识失重现象.非常明确的强调要通过实验来认识该知识.实验是人们为实现预定目的，在人工控制条件下，通过干预和控制研究对象而观察和探索研究对象有关规律和机制的一种研究方法.它是人类获得知识、检验知识的一种实践形式.从这个角度来看，课标对“失重”这个知识点的要求就是，要学生经历知识的构建过程、参与知识的获取过程.现行几套教材是否体现了这一点呢？简要梳理一下就一目了然了.

人教版在“用牛顿运动定律解决问题（二）”这一节，如图1所示，以人站在电梯里升降为例题，分析了人对电梯底板压力的变化，在这个基础上给出失重现象.最后提出了可以使用家用体重计来观察“失重”现象（如图2）的一个建议.教材既没有单独设一节内容以示重视，也没有从“通过实验……”的角度去编写，学生没有经历知识的构建，只记住了现象和结论.

粤教版与鲁科版都单独设立了一节内容.但在编写上，没有体现通过实验这一要求，仍然以站在电梯里的人（如图3）和坐在游乐场升降机的人（如图4）为例，应用牛顿运动定律进行分析，结合分析结果，人对支持物压力小于人本身的重力，给出失重现象.

以上三个版本的教材，都偏向理论分析与论证，既缺乏教师的实验演示，也缺乏学生的实验感受.虽然选择了日常生活学生能接触到的电梯和游乐场上的升降机，但这些都不能算作实验，所以没有体现课标所要求的：“通过实验认识失重现象”.

教科版以乘电梯发生的真实现象为引子，提出探究的问题.然后设计如图5所示的实验，并提出了具体的可操作的要求，且把结果填入相应的表格中.结合实验结果，提出一系列问题来进行讨论与交流.这为认知失重现象做了很好的铺垫.

泸科教版设计了两个实验，一是体会失重（如图6），这是一个定性实验；二是实验探究失重（如图7），这是一个定量实验.

教科版和泸科教版的编写体现了通过实验来认知的要求.但由于用弹簧秤提着物体上下加速运动，不利于学生观察和记录数据.通过这个实验来让学生认识到失重的原因是不够的.也就是说，仅通过这个实验，还不能完成对“失重”知识的构建.怎样才能更好地完成对“失重”知识的构建呢？必须创设相应的情境，通过有效的实验，经历心理暗示来完成对“失重”知识的构建.

2 经历心理暗示 完成知识构建

心理暗示是人们日常生活中最常见的心理现象.从心理机制上讲，它是一种被主观意愿肯定的假设，不一定有根据，但由于主观上已肯定了它的存在，心理上便竭力趋向于这项内容.失重现象这个知识非常适合通过实验，经历心理暗示来完成知识构建.

2.1 创设实验情境

用弹性较好的钢片（闹钟用的发条）焊接成如图8所示的圆形.挂上一个重物后，圆形钢片变成了椭圆形，如图9在椭圆短轴所在的位置紧缠一圈纸带并将纸带粘贴好（准备多个这样的纸带圈）

2.2 心理暗示1——“失重”

如图10，用手提着重物快速向下运动，观察纸带情况——断了.

问：纸带为什么会断？

答：钢片恢复圆形时向外绷，从而将纸带绷断.

问：为什么快速向下运动时，钢片会向外绷，而静止时不会外绷？

答：……（也许学生答不上来）.

此时，将整个装置静止不动，如图11用手将重物向上托起，观察纸带情况——断了.

这里暗示了，这个托举重物的动作与刚才快速向下运动，在绷断纸带上来看，效果是一样的.而托举重物使得作用于钢片环上向下的合力减小，即相当于重物重力减小了，也即失去了部分重力——失重.结合这个情境实验和心理暗示给出“失重”的定义，水到渠成，顺其自然.

托举重物的这个动作是非常有意义和有价值的，首先，这一动作应用了等效思想——快速向下运动与减小重物重力是等效的；其次，非常成功的将一个动态的问题转变成一个静态问题来处理，利于学生观察与思考.

2.3 心理暗示2——“失重”的原因不是速度方向

以上对失重现象的观察及解释可谓清楚了.但对失重现象的原因是什么？可能就了解不到位了，因为实验总是快速向下运动，所以学生可能认为是速度方向，而对快速变化的观察与理解仍然不是很清楚.这时可以设计如下的实验来暗示学生失重的原因不是速度方向.

如图12，在矿泉水瓶的瓶口处开一个小孔和靠近底部开两个小孔，装满水拧紧瓶盖，这时由于水的重力作用，会使水从靠近底部的小孔射出.现将瓶抛出，做如图13所示的各个方向运动，观察水是否会从底部小孔射出.

（1）瓶竖直下落.

（2）瓶竖直上抛

（3）瓶水平抛出

（4）瓶斜向上抛出

（5）瓶斜向下抛出

有心理学者认为：教学应该从直接的有感觉能力的直觉出发.此方法的特点就是，在尽可能的范围内，把一些感性认识的材料交给学生们去观察去认识.官能心理学认为：所有的知觉都来自感官，所以有必要向学生大量提供在他们大脑中能产生持久印象的感性认识材料.以上通过开有小孔并装有水的矿泉水瓶向五个不同方向抛出，从而增加学生的感性认识，由于“失去了水的重力”，没有观察到水从底部小孔射出来，从而暗示失重与运动方向无关，进而去寻找其它原因.

2.4 心理暗示3——“失重”的原因是运动状态变化引起的

经历心理暗示2，学生知道失重与运动方向无关，但不一定知道是加速度.再用椭圆短轴所在的位置紧缠一圈纸带的钢片圈，继续通过实验演示来让学生经历心理暗示.如图14，用手提着缠有纸带的钢片圈做以下三种方向的缓慢（匀速）运动，观察纸带是否会绷断.

（1）提着缠有纸带的钢片圈缓慢向下运动.

（2）提着缠有纸带的钢片圈缓慢向上运动.

（3）提着缠有纸带的钢片圈缓慢在水平方向上移动.

心理学告诉我们：体验的东西能使学生感到真实、现实，并在大脑记忆中留下深刻印象，使学生可以随时回想起曾经亲身感受过的生命历程，也因此对未来有所预感.心理暗示2是从速度方向的角度来让学生认知，而心理暗示3则从速度变化的角度来让学生认知.由于是缓慢运动，所以可以认为速度大小没有变化，此时观察到纸带没有绷断，说明没有发生失重现象，进一步暗示速度没有发生变化不会发生失重现象.结合心理暗示2，给出产生失重现象的原因是由于运动状态发生了变化，也即是加速度的原因.并结合心理暗示1，说明为什么要快速向下运动的原因，并再次演示快速向下和缓慢向下运动的对比实验.这样学生对失重知识的构建就顺其自然地完成了.

在经历了实验体验与心理暗示的基础上，再有应用牛顿运动定律以人站在电梯里升降为例，分析人对电梯底板压力的变化，从定性了解到定量计算，进一步加深对失重现象的理解，并建议将家用体重计带到课堂上，让学生观察、体验“失重”现象.这样学生就经历了对失重知识的完整构建，不仅通过实验认识了失重现象，还经历了获取知识的过程，即完成了失重知识的构建过程.

根据认知理论，学生学习过程，就是知识结构不断改变的过程.在认识失重现象的学习中，无论是通过电梯的升降，还是通过体会失重或探究失重来引入与介绍，都是从速度方向的角度切入的，学生的第一感觉失重与速度方向有关，通过心理暗示2改变了学生的第一感觉.速度方向不是引起失重的原因，就往速度大小角度去思考，这显然是很自然的事，通过心理暗示3又改变了这一结论，进而迫使学生往更深层次的角度去寻找原因——速度的变化.本文倡导的就是，经过实验观察与体验，经历心理暗示，不断改变学生原有认知结构，层层深入，从而完成知识的构建.