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有感于物理教学中的感性认识与形象思维
  [2007-07-18 10:46]  浏览次数:9407
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有感于物理教学中的感性认识与形象思维
 

张承勇(六安市新安中学  237151)

【 此文获二OO七年六安市一等奖、安徽省一等奖、全国三等奖——编者注】

    内容摘要:本文从中学物理课本中的一个科学性错误引入,作者先通过举例和实践经验谈了感性认识对物理教学的影响,然后谈了形象思维对教学工作展开的意义及有关形象思维培养方面的体会和认识。

    关键词:物理教学  感性认识   形象思维

    引言:
 

   

    人教版全日制普通高中物理教材《物理》第二册(必修)(文科用)第九章第七节(40页)在深化对热力学第二定律的理解时给出一个如右所示的图片(图9-16),用一个感叹号强调一个结论:“冻得发抖”的孩子不可能把热量传给另一个“热的大汗淋淋”的孩子。估计编者插入这个图片的意图是要形象说明热量不可能从体温低的孩子传给体高温的孩子。这是一个感性认识的结果,却是一个缺乏理性分析的科学性错误。

    据我了解,绝大多数老师在上这一节时都没有作认真的思考,都认为图片给出的结论是正确的。的确,它太符合我们的感性认识:我们生活中就是这样想的呀!譬如:妈妈摸摸孩子的手,感觉很凉就会认为孩子肯定有点冷,就会给孩子加衣服,这会有什么错误吗?如果细心一下你就会发现:此时,孩子总是说不冷,甚至反对穿衣!而我认为孩子此时的感觉是正确的,加衣可以,但孩子此时根本不冷,甚至感觉有点热!正是因为我的这个观点,我还曾经与妻子及我的母亲发生过激烈的争论。

    下面我来分析一下这个结论的错因:首先,这两个孩子处在同一个气候条件下,环境的温度是一样的。其次,人对冷暖的感觉取决于体表的热传递,体表温度高于环境温度较多的人要向外界传热,而且温度梯度大,所以感觉很冷,而体表温度低于环境温度较多的人要从外界吸收热量,而且温度梯度大,所以感觉很热。再次,图片中感觉冷的孩子体表温度高于环境,感觉热的孩子体表温度低于环境,故前者体表温度高于后者。二者存在温差,必然发生热传导,方向当然是从高温的孩子传向低温的孩子,即热量必然是从“冻的发抖”的孩子传给“热的大汗淋淋”的孩子,而不是书中的“不可能”!

    我在上这一节时就先把这个“!”改为“?”让学生认真思考并讨论,让他们做出判断。当时有一个班刚上完体育课,我让一个还在淌汗不止的同学与一个没有运动穿着夹克衫的同学握手,结果明显:书上的结论正好说反了,明显是错误的!我还建议他们与家里人或医生讨论,但让我惊讶的是:几乎所有的家长及一些医生都认为书上的结论是正确的!看来这个感性的错误太大众化。试想:如果让一个正在发高烧的人与一个运动刚回来的大汗淋淋的人握手又会怎样?由此,我想到了物理教学中感性认识与形象思维问题。

    一、感性认识对物理教学的影响。

    所谓的感性认识是人们在实践的基础上,由感觉器官直接感受到的关于事物的现象、事物的外部联系、事物的各个片面的认识。它的基本特点是直接性,并且有生动性、形象性和具体性特征。它所反映的内容是事物的现象。感性认识具有感觉、知觉和表象三种形式。

    1、感性素材是物理教学的基础

    中小学生一开始接触到的“科学”或“物理”的教材都是从感性素材开始的,内容多为生活中的感性实例,因为它们具有生动性、形象性和具体性特征,容易激发兴趣和引起思考。对感性素材的进一步思考分析与引伸,逐步形成概念和规律。如果一个学生善于观察和积累生活中的感性素材,善于思考、分析和总结,这个学生学习和发展起来就快,很容易成为Top学生。新课改更注重了知识与生活实际的结合,也是强调了感性素材的易于接受性和感性认识的基础性。

    一位教师,如果没有积累很多的感性素材(包括生活的、科技的、人文的),他就很难对所传授的知识进行必要的拓展和引伸,他就会因为资源相对匮乏而表现欠缺。比如,如果你缺乏对卫星的认识和了解,你就很难进行相关的教学,但是如果通过电视或媒体对卫星的外观、发射过程和运行状态有了感性认识,积累了感性素材,那么教学就不会那么棘手了。

    所以,没有感性素材也就没有师生互动教学的载体,教学活动成为空谈,恰如话不投机。物理感性素材的积累对师生来说非常重要,它对教师的教学工作和学生的可持续发展都有着十分重要的基础性作用。

    教师一方面自己要收集和贮备各种有价值的资料和信息,另一方面要引导学生去观察、收集和整理有关教学活动的有价值的感性素材,这可以为以后巩固和应用知识积累背景资料,深化对知识与技能的理解和掌握。

    2、感性认识对物理教学有很好的推进作用。

    学生在对感性素材的感知基础上,容易形成对物理知识初步的浅表的认识,进而促使表象的形成,这对进一步学习有很大好处。事实上,很多物理知识、规律的发现都是在感性材料的加工和认识的基础上实现的。例如,伽利略在自由落体感性认识的基础上发现了落体理论,牛顿在平抛运动的启迪下发现了人造卫星原理。尽管学生的感性认识是认识的初级阶段,它可能存在很多不合理或不正确的地方,但可以在教师的引导下思考、分析、综合和总结,从而上升到理性认识,实现教学目标,甚至出现重要发现。

    不要轻易否定学生的感性认识,即便看起来有点荒诞不经。一方面否定可能挫伤学生的积极性,另一方面通过帮助和引导,学生可以从中发现问题的症结,提高认知能力。

    3、谨防感性认识给教学带来的障碍

    感性认识也有它的负面。有些片面的不正确的感性认识可能给认知带来巨大的麻烦。譬如,亚里士多德的落体理论就是典型的不正确的感性认识,它却影响了数千年。即便是今天,有的学生一开始讲到落体运动时,也认为亚里士多德的观点是正确的,甚至屡次犯同样的错误。又如,在学习摩擦力的时候,对于水平地面上匀速行驶小车上的木块不受摩擦力作用,学生怎么也不能接受,因为他总是受对人坐车时的感性认识的影响,认为车上的人和物只有在摩擦力的作用下才能前进。所以,一些不正确的感性认识容易导致亚里士多德式的错误,而且难以纠正,不知不觉中就发生了错误。教师要细心分析和总结,找出经常出现这类错误的知识点,特别是那些“大众化”的错误认识,要给予细致分析,设计出合理的教学方案,破除疑惑,揭示科学规律。

    另一方面,教师本身也要勤于学习、多加思考、严谨备课,防止将自身错误的感性认识传递给学生,造成一些科学性错误。千万不要像亚里士多德那样,把错误的感性认识教给学生而自己却不知道(当然,这里不是在全盘否定亚里士多德)。本文引言中所谈的就是这类典型的事例,结果与编者的心意相反。

    4、要辩证地看待感性认识对物理教学的影响。

    事物的两面性决定了感性认识对物理教学有正负两方面的作用。无论是正确的还是错误的感性认识,只要通过认真科学的分析,总能实现向理性认识的飞跃,实现认知的升华。关键是我们在教学过程中要从教师和学生的两个方面考虑,在提高自身的科学素养的同时,精心设计出科学合理的教学活动,尽可能避免感性认识的负面影响,突出感性认识在认识过程中的基础性,使之更有利于向理性认识的方向发展。特别是新课进行后,教材的内容非常贴近生活和现代,很多教师有明显的知识欠缺(比如英语教师对知识含量丰富的英语教材就有点困惑,很多教师对现代科学技术、政治经济的理论、程序和理念还处于一知半解之中),错误的感性认识出现的可能性较大,希望能引起有关部门的重视。

    二、形象思维在物理教学中的利用和培养

    形象思维是指以具体的形象或图像为思维内容的思维形态,是人的一种本能思维。形象思维内在的逻辑机制是形象观念间的类属关系。形象思维通过独具个性的特殊形象来表现事物的本质。形象观念作为形象思维逻辑起点,其内涵就是蕴含在具体形象中的某类事物的本质。形象思维是反映和认识世界的重要思维形式,是培养人、教育人的有力工具,在科学研究中,科学家除了使用抽象思维以外,也经常使用形象思维。

    1、形象思维在教学过程中的重要性

    “发展形象思维的理论研究与教学实验”课题研究十五年成果汇报会于2005年12月26日在北京召开。汇报会中指出:“目前教学中存在的诸如缺乏学习兴趣、厌学、高分低能等问题的原因,重要的一点在于对思维认识的片面性所导致的对思维培养的偏颇,即重视抽象思维,忽视形象思维培养,致使课堂教学普遍存在着枯燥、乏味和抽象、难懂的现象,这不可避免地会造成学生思维单一、机械,缺乏想象力和动手操作能力。”汇报会中以严密的理论和鲜活的实例强调了形象思维在教学活动中的重要性。

    我认为,形象思维在教学过程中的重要性体现在:教学中利用形象思维设计出精巧的教学活动,既利于教学的展开又利于形象思维的培养。

    2、在物理教学中利用形象思维

    形象思维的利用主要表现在教师利用形象思维恰当地将教学中抽象的知识形象化,便于学生的理解和掌握。其根本是着眼于创新思维的培养和创新人才的培养。

    物理教学中,对于一些抽象难懂的知识,教师利用形象思维找出恰当的媒体进行讲解,将有利于教学效果的提高。其实教材本身就给我们很多启发,比如,电场线、磁感线就是对电场和磁场形象化的描述,课本中的很多图片也是编者形象思维利用的体现。我们可以借鉴这种方法,自己找一些载体或信息来促进教学。比如,对于波动规律的讲解,我们可以借助于多媒体动画,将过程展示出来,学生理解起来就会轻松。比如,我在讲解卢瑟福通过统计分析从α粒子散射实验中总结出核式结构模型时,为了强调统计对认识事物的作用,我例举了电影《英雄》中万箭射中“犯人”后留下的“人形”区,如果我们没有看到万箭齐发的场面,我们也可以通过统计分析箭的分布情况猜测出中间曾经有个人。比如,为了让学生们理解光波和德布罗意布是一种统计波,我就举例:如果现在让大家判断8:20,我们的同学主要分布在哪里,你会得出什么结论?结果大家议论纷纷,积极发言。如果是放假,分布在家乡各处;如果是上课,绝大多数在教室,少数同学在操场,少数同学在微机房,个别同学因生病或不可预测的原因请假而不在校内。那么,同学凭什么得出这样的结果?大家都说主要是学校作息时间和课程表决定了绝大多数人的分布。我就引导说:“对,主要就是由学校的教学规律决定的,也就是说,同学们的分布是由学校的教学规律决定的!而对于光子和微观粒子,他们的分布也是由规律决定的,这个规律就是波动规律!”结果大家能接受微观粒子按照某种规律分布的事实。当然我只是在尝试,相信只要用心去寻找,总能找到一些合理的形象材料帮助教学活动的开展。

    3、在物理教学中培养形象思维

    形象思维的特性主要有:形象性;想象性;直接性;敏捷性;创造性;思维结果的可描述性;情感性等。方法主要模仿法、想象法、组合法、移植法等。在物理教学中培养形象思维主要从思维的方法入手,配合教学内容、科学设计开展。

    (1)模仿法。主要通过模仿课本实验,深化对相关知识的理解和运用。比如,模仿伽利略落体实验就可以加强对实验重要性的认识和对自由落体知识的理解;模仿课进行学生实验可以加深对相关知识的理解,培养有关技能;模仿日、月、地三者之间的运行关系的小实验可以帮助学生进一步认识天体运行规律。不是有句话说“学习从模仿开始”吗?学生可以根据心中的表象在模仿中获取知识和经验,从而对这类规律有深刻的认识和理解。

    (2)想象法。在脑中抛开某事物的实际情况,而构成深刻反映该事物本质的简单化、理想化的形象。直接想象是现代科学研究中广泛运用的进行思想实验的主要手段。爱因斯坦说过:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”物理中有些过程是难以用实验或语言表达清楚,但引导学生进行合理的想象,将会是使问题更容易理解。比如,课本关于麦克斯韦电磁理论的学习就使用了引导想象,将电磁感应中的“环”去除,然后得出空间电磁场的变化关系;对原子核式结构及玻尔模型的想象,可以培养空间感,从而能深化对他们的理解。此外,对于一些学生提出的而自己无法解释的想象,我们不能轻易否定,或许就是未来的重大发现。例如,当年德国的汉斯·多米民克提出一个荒诞无稽的想象:利用星球对飞船的引力给飞船加速,进而摆脱被星球俘获的危险,即“弹弓效应”。结果宇宙飞船“旅行者”正是利用这个原理摆脱木星的阻挠。

    (3)组合法。从两种或两种以上事物或产品中抽取合适的要素重新组合,构成新的事物或新的产品的创造技法。常见的组合技法一般有同物组合、异物组合、主体附加组合、重组组合四种。比如,引导学生去想象如何通过光电管实现对路灯的控制;去想象如何制造出既能发电又能当电动机用的机器等。比如,启发学生将圆周运动、平抛运动和直线运动通过不同方式的连接和组合,让他们想象可能出现的物理过程,可以让学生在今后做题中找到着落而不会陌生。这种类型的想象既加深了对被组合的知识的理解,又使得认识上升了一个台阶,为今后认知事物积累经验。

    (4)移植法。将一个领域中的原理、方法、结构、材料、用途等移植到另一个领域中去,从而产生新事物的方法。主要有原理移植、方法移植、功能移植、结构移植等类型。物理学科的科学方法性很强,如果通过合理的移植,对学生的指导意义很大。比如,我在讲折射定律时谈到,光的折射路径是一种最自然最高效的路径,如果一个从一个领域走向另一个领域他们有没有最佳路径?如果我们能建立一种类似介质的模型,我们就可以算出这个最佳路径,事实上任何转型都存在一种“折射”定律。比如,我在讲热力学第二定律时,我就讲到:“因为任何宏观过程都是不可逆的,所以我们在做一样决定时,一定要先做充分的考虑,设计好,规划好,努力做到只能成功不能失败。否则即使可以从头再来,但你必须付出的额外的代价,犹如可以实现热量从低温物体传向高温物体,但必须额外做功。”我认为移植可以折射智慧的光芒。要想做出很深刻或高级的知识技能移植,我们比较困难,但通过物理知识向人文方向移植未必不是物理教学的深化。 

    综合起来而言,虽然感性认识属于认识问题,而形象思维属于思维问题,但我认为二者并非不相关。感性认识作为认识的基础阶段,对物理教学和学生成长的有很重要的价值。形象思维则对在由理论到实践的过程中显示魅力。而就学生来说,他们对生活有很多的感性素材和感性认识,形象思维可以帮助他们进一步反馈到生活实际,再认识一些事物和规律,还可以通过形象思维,让感性素材组合或整合,构建出创新认知,闪现思想智慧的火花。

    总之,由于本人能力有限,思考不够充分,关于“感性认识对物理教学的影响”以及“形象思维在物理教学中利用和培养”谈的不够到位。实践中我还存在不少困惑,希望同仁多予以批评和指导。 

    2006年9月18日撰写于新安中学

参考文献:

1、《心理学》 安徽省教育心理学研究会编 安徽教育 出版社 1990.6

2、《马克斯主义哲学原理》陈荣化 主编  南京大学出版社1992.5

3、全日制普通高中物理教材《物理》第二册(必修) 人民教育出版社  2003.6

4、http://edu.sina.com.cn/l/2006-03-13/1359133112.html新浪网 新浪教育 七种重要的思维  2006-03-13

5、http://www.cnier.ac.cn/jyyj/xshd/jyyj_20060306155402.html    教育研究网“发展形象思维的理论研究与教学实验”课题研究十五年成果汇报会综述  2006-3-6  

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