“觀察法”在體驗性物理教學情境中的體現

申 潔

（蘇州市振華中學，江蘇 蘇州 215006）

1 問題的提出

學生的學習體驗是在教學情境活動中獲得的，情境設計不是僅限于讓學生獲得一種簡單的感性化的興趣滿足，深層次的目的是引導學生在體驗的過程中感覺從外在的環境和內在的心境兩方面都感受到自己正處在理性思維提升的空間中，進而在一個解決問題的過程中通過觀察與思考獲得對知識的理解，最終上升到學習智慧提升的境界.

觀察法是重要的科學研究方法之一，是有計劃地用自己的感官或借助科學的觀察儀器及裝置，對所要研究的對象進行系統的觀察所取得研究資料的方法.任何問題的研究都離不開研究者的仔細觀察，如何在體驗性物理教學情境創設中體現“觀察法”教學目標的落實，筆者根據實際教學實踐的感受，談幾點看法.

2 定性觀察在教學情境中的體現

體驗性物理教學情境中的許多問題設置始于對問題的觀察，而對問題的觀察性研究通常離不開定性的觀察歸納，定量的分析概括，但定性研究和定量研究所使用的觀察方法是有區別的.定性觀察在闡釋觀察內容時會融入自身的情感和經驗，觀察的重點明確，可以在新問題出現之際將注意力轉移到它所要觀察的新現象上，觀察的重點通常是寬泛的.

以筆者設計的“力的作用是相互的”的體驗性教學情境為例.

情境：讓學生仔細觀察“長氣球放氣時有什么現象發生？”學生欣喜地看到了長氣球向前飛出，驚訝之余，卻都沒有觀察到氣球尾部有彩色紙屑向后噴出，而彩色紙屑向后噴出的細節恰恰是說明“力的作用是相互的”性質的重要證據，由于學生受氣球運動的視覺沖擊，將觀察的重點放在了氣球向前運動的情境上，疏忽了尾部還有更重要的“噴出彩色紙屑的”情境細節.

說明：對于觀察法在這個問題情境中的的運用，教師在進行教學設計時應交代觀察的重點細節及觀察的意義，避免學生被“看熱鬧”.在實際教學中，該情境實驗需要操作兩次，即在新問題出現之際將觀察者的注意力轉移到它所要觀察的新現象上，有意識地引導學生關注氣球尾部發生的細節變化，只有通過現象的具體寬泛而細致的觀察，才能達到直觀認識“力的作用是相互的”現象的目的.

問題情境設計中的定性觀察，筆者認為教學設計需要關注3點，（1）使觀察有效；（2）觀察過程應詳細具體；（3）要考慮觀察者對目擊情境的個人反應.

上述例子中提到的，學生疏忽了“尾部有彩色紙屑噴出的”情境細節，主要原因就是觀察者對目擊情境的個人反應導致.即學生受好奇心驅使，觀察重點集中在氣球快速向前飛行的環節上，盡管現象觀察是有效的，但現象觀察過程不夠具體細致.然而，科學方法掌握及科學素養培養與教學目標設計和教學過程的實施密切相關，教學目標中籠統的說明“應用觀察法觀察‘力的作用是相互的’現象”是淺顯的，需要在教學設計中對觀察的細節和內涵進行深入分析，運用明確具體的語言闡述觀察的重點，才能達到實際教學的有效.

該教學情境設計中可進一步優化的是，讓“尾部噴出的彩色紙屑”更多、更鮮艷奪目，以提高學生的視覺關注度，增強觀察的有效度；在教學語言的設計上啟發學生明確觀察目的，使觀察有計劃、有步驟地進行，引導學生觀察現象的整個過程，而不是限于觀察現象的局部.切實將提高學生的觀察能力作為教學設計的重要內容，以此提升學生對“觀察法”的認識，學會科學地觀察問題，發現規律，總結結論.

3 定量觀察在教學情境中的體現

定量觀察一般具備描述性、測量性和推論性的特征.對于定量研究，通常要確定研究的問題、進行假設和實驗，收集數據樣本，進行內容分析，詮釋結果等.

以研究“通過導體的電流與電壓、電阻的關系”為例.

情境：依據研究導體中的電流與電壓、電阻的關系實驗，在控制變量基礎上通過觀察電流與電壓、電阻的變化關系，收集多次實驗測量的數據，從中推論出規律和結論（見表1、表2）.

表1

表2

說明：在上述問題情境的設計上，呈現的主要是實驗數據的觀察與記錄，但觀察的重點不僅限于對數據的定量觀察與收集，還應關注在實驗過程中電流隨電壓、電阻變化的可描述性特點，如“電阻一定時，導體中的電流隨電壓增大而增大；電壓一定時，導體中的電流隨電阻增大而減小.”讓學生有意識地觀察各個物理量的大小變化及其變化特征，這是得出定量關系的基礎.

因此，對于定量觀察，教學設計需要注意的是，觀察的數據信息與實際收集的數據信息必須保持一致性；避免觀察者干擾或改變他們觀察的信息，確保觀察數據的有效和可信.

由上述的研究“通過導體的電流與電壓、電阻的關系”例子，不難看出教學設計中首先要設計培訓觀察者分析觀察數據能力的教學目標，說明運用定量觀察要經過一系列的步驟才能收集到有效的數據.具體操作是，第一，先定性觀察電阻變化或電壓變化都能引起電流變化；第二，保持電阻不變，定量觀察電壓變化對電流的影響；第三，保持電壓不變，定量觀察電阻變化對電流的影響.并且需要對數據進行有意義的分析才能推論得出科學結論，而不是簡單地找出數據之間的數量關系.

尤其是在進行數據定量分析時，數學方法的應用啟發是必需的，如“公式法”——將“通過導體的電流與電壓、電阻的關系”表述為“I＝U／R”，間接引入“比值法”——“導體的電壓與電流的比值是一定值”，這些科學方法在問題情境設計時可以進行層次性滲透并落實.事實上，在研究“通過導體的電流與電壓、電阻的關系”的問題時，無論是觀察法、公式法、比值法，包括控制變量法的應用，本身就是與“歐姆定律”相關的知識應用，此處的知識與方法是相互關聯，不可分割的.

4 對比觀察在教學情境中的體現

對比觀察，包括前后對比、部位對比、分類對比、異物對比等，是控制和判斷某一種因素對現象或過程起支配作用的有效方法，也是教學情境創設中常用的觀察方法.

以筆者設計的研究“直升機升空原理”的非常規實驗為例.

圖1

情境：用小風車在遙控直升機模型下方轉動，生動形象地顯示了“直升機螺旋槳對下方空氣有力的作用，同時空氣對直升機產生向上的力的作用”（如圖1所示），由此說明“力的作用是相互的”.

說明：學生觀察該實驗時需要先對比觀察直升機運動前后小風車是否轉動，即直升機不運動時，小風車在其下方也不會轉動；然后對直升機和小風車進行部位對比觀察，即直升機向上運動，小風車會在其下方轉動，以獲得“直升機升空原理”是根據“力的作用是相互的”的性質的可靠事實依據.

這樣的教學設計較好地提供給了學生進行對比觀察的情境體驗，能夠從方法層面讓學生對現象產生聯想和思考，通過學生的對比觀察，直觀地得到“直升機升空原理”的結論，而不需要費太多的口舌進行解釋.

對于對比觀察，教學設計需要體現的是，問題情境設置必須具有可對比性；提供給觀察者的信息及結構關系具體明確，有層次及差異，直觀性強.

教學情境中對比觀察的例子很豐富，進行教學設計時要善于創設“不同的物體或不同條件下的同一物體存在相互聯系”的情境，引導學生進行對比觀察，從中發現差異及規律，只有通過對比觀察，才能對某些物理現象從感性上升到理性的認識.

例如研究“電磁感應”的實驗情境設計，首先對比觀察電路閉合與斷開情況下是否產生感應電流的現象，再對比觀察導體做切割磁感線運動時與沒有做切割磁感線運動時是否產生感應電流的現象，接著對比觀察磁場方向變化及導體做切割磁感線運動方向變化時感應電流方向變化的現象，情境設置層層遞進，讓觀察者在情境體驗中認識電磁感應現象，通過歸納分析，推論得出電磁感應結論，不是依賴機械性的記憶去掌握電磁感應現象及結論.

另外，歸納觀察法、驗證觀察法和綜合觀察法也是常用的觀察方法，同一個體驗性教學情境設計中往往蘊含有多種情形的觀察方法，每一種觀察方法的應用都體現了科學方法能為學生提供在情境中解決問題的綜合能力，使他們經歷批判性思考的過程，通過使用科學觀察所獲得的證據來得出相應結論.

觀察法包涵的科學元素非常豐富，在問題解決過程中通常需要利用可觀察的證據來檢驗思維，明晰概念和規律.因此，進行物理教學情境創設時，有必要在關注學生體驗性學習的基礎上體現“觀察法”的有意義應用及其在教學過程中的有效實施.

1 張憲魁.物理科學方法教育.青島：中國海洋大學出版社，2000.

2 閻金鐸，續佩君.物理能力測量研究，南寧：廣西人民教育出版社，1996.