物理實驗研究中的物理認知問題探究

黃濤

【摘要】物理實驗是物理教學中必不可少的一部分，通過物理實驗，學生可以發現物質的奇特特性，透過物理現象了解背后的物理理論，促進學生對物理知識的掌握。文章分析了學生對物理學習的認知，根據不同的認知內容最終確定了物理實驗研究的思路。

【關鍵詞】物理實驗；物理認知；生活實驗

物理實驗的內容一直都是物理學科研究的重要內容。目前，在物理實驗教學中，教師更多的關注點在于對物理實驗的實施技術與方法的研究，而忽略了對認知層面的分析。一個物理實驗雖然過程精彩，也達到了預期的實驗效果，卻沒有達到物理教學效果，沒有充分發揮物理實驗的作用，那么這并不能稱為一堂成功的實驗教學課。對物理實驗的有效認識是進行物理實驗的基礎，必須從物理認知的過程來進行有效的物理實驗研究。

一、物理學習的認知過程

物理知識涉及各個方面，不同的物理知識有不同的認知過程。有的物理知識在通過認知物理現象之后，很快就能理解；但是有的物理知識必須在大腦中進行知識的轉化或者調整之后才能充分理解。教師在進行物理實驗時，可以創設學習的情景，從而增強學生對于物理實驗的感性認知，使學生真正理解物理實驗的內容，這一類實驗叫作增強感性認知的實驗；對于學生來說，已經擁有了相關學科的經驗，將已有的經驗與科學知識相融合，喚醒學生的感性認知，這一類實驗叫作認知調整實驗。對于學生已經學習的內容與實施相反，通過實驗過程糾正學生的認知，這一類實驗叫作認知轉變實驗[1]。

二、物理的實驗探究分析

不同的知識體系中有不同的實驗方法，認知是指學生的主干認知。在學生對相關的學習內容沒有任何了解的情況下，認知變得格外重要。首先可以通過直觀的物理實驗，說明物理知識的本質，增強學生對實驗的感性認知與理性分析。在具體的學習中，相關的研究者可以通過不同類型的實驗來確定研究方式。本文通過以下幾個方面進行內容的介紹。

（一）探究疑難的物理實驗

有些物理實驗是正確的，但是在具體的實施中卻無法達到預期的結果。在具體的實驗操作中，會因為種種原因，實驗的結果出現了誤差，嚴重影響了對學生的教育。例如探究晶體的熔點，一直是中學物理中最難的實驗。首先，在實驗過程中，晶體多是選用熱的不良的導體，這類實驗器材導熱性相對較差。在加熱時，試管里面的溫度往往已經達到了晶體的熔點，但溫度計上顯示的溫度卻沒有達到物體的熔點，這就使得實驗過程出現了問題。另外，在晶體達到熔點之后，往往由于晶體的導熱性較差，熱的傳感不均勻，理論上溫度計的溫度應該保持不變，但實際上溫度卻發生了變化。這類實驗稱為陰暗性實驗，在現階段的物理研究中還沒有找到較好的解決辦法[2]。

有的物理實驗雖然很難達到完美的實驗效果，但這類物理實驗的過程本來就是一種挑戰。對于學生來說，找到疑難問題的解決方法固然不錯，但是在具體的實驗過程中，通過疑難問題引發學生對實驗進行充分的思考，也是對學生思維能力的一種鍛煉。有的物理實驗過程一帆風順，使得學生認為物理的相關實驗只要操作正確即可，但是事實并非如此，適當地留給學生一些疑難問題會使學生對于物理知識有更深刻的理解，比采用精密的物理設備得出精確的物理數據這種方式更加行之有效。

（二）對抽象知識設計進行實驗

物理學的概念與規律多是在豐富的感性認識的基礎上進行的，是思維的相關產物。如果感性的直觀認識無法達到相應的實驗效果，實驗具有困難，則可以通過設置過度臺階最終形成較好的物理教學。

有的物理知識，從表面上看與實質上有許多區別，例如在探究物體的浮力時，學生會產生疑問：沉到水底的物體會受到浮力的相關作用嗎？答案是肯定的。但是在具體的教學過程中，教師往往回避相關的問題，這就使學生對物理實驗產生疑惑。如果此時教師采用有效的方式，則可以打消學生的疑惑，具體的方式如下。

教師準備兩個彈簧稱重器，在其中一個稱重器內放入鐵塊，將鐵塊放在空氣中進行稱量，得到相關的結果；再將另外一個稱重器內放入鐵塊，但是將其放在水底進行稱量。在稱量之后，通過對比相關數據發現兩次稱量的結果不同，最終得出結論：鐵塊即使沉入水底，仍然受到浮力的作用。通過設置相關的物理實驗，學生對物理的學習興趣明顯提高。另外，通過有效地設計過渡臺階，巧妙地對學生進行了相關物理知識的教育，促進了學生對物理知識的認知，實現了物理實驗的良好教學[3]。

（三）實現多感官共同作用的物理學實驗認知方法

視覺是學生對實驗活動認知的主要途徑，但是視覺的表現是有一定的局限性的。當視覺的表現無法達到相應的表現效果的時候，就需要配合其他感官的感受進行相關教學。例如，可以配合聽覺進行相關教學，通過拓寬感覺的通道，使學生對物理實驗有更加直觀的認識，

在研究加速度的物理實驗時，由于學生對加速度的認知不明確，在進行具體的教學時，就需要結合其他感官作用進行物理實驗教學。教師首先講述加速度的相關內容，解釋加速度是速度的變化，然后使小車在斜坡上下落給學生展現速度的變化。可是，由于小車的體積較小，斜坡長度不夠，因此在小車運行過程中，很難從視覺的角度發現小車的速度變化。但是教師通過記錄小車運行的聲音，對小車的具體運行過程進行錄音操作，在實驗完成后播放相關錄音內容，學生自然聽到小車在運行過程中與通道接觸產生了不同音調的聲響，從而在聽覺方面感受到小車速度的變化，達到實驗的目的。這就是通過拓展感官的方式，通過對學生認知的培養，實現物理實驗的應有價值。

（四）創設實驗進行認知的調整

由于實踐經驗的不同，人們對于物體有著不同的認識觀。例如在伽利略進行比薩斜塔實驗之前，不會有人想到“自由落體定律”。物理的實驗就是對相關認知的調整，在一些理論與事實認知不同的內容中，我們可以通過有效的實驗調整人們對于實驗的認知。

比如，證明阿基米德定理時，大部分的學生對定理存在疑慮：物體所受的浮力等于排開水的面積？學生在日常生活中無法感受到相關的概念，因此我們進行了有效的實驗。

取一個帶刻度的量筒，使用彈簧秤，首先在空氣中稱一下鐵塊的重量。再將相同的鐵塊放置在量筒中進行稱量，對水的刻度進行統計，對比水的初始體積，將兩者相減，根據水的密度與體積算出增高部分水的質量，與鐵塊減少的重量做對比，最終確定物體受到的浮力等于排開水的重量[4]。

（五）通過生活實驗促進物理認知

物理的學習是存在于生活中的。生活中處處包含物理學的相關知識。首先，人體內部無時無刻都在進行著物理的變化，日常生活中處處體現著物理的變化，生活中處處是實驗。教師可以給學生布置生活實驗的相關任務，使學生通過生活的實驗加深對物理知識的認知，并靈活轉換，最終應用到物理科目的學習中。我們通過下面的例子進行相關的分析[5]。

例如：我們會對向心力和離心力的相關內容產生疑問，不明白向心力具體是一種什么類型的力。我們在乘坐公交車的過程中，會經歷轉彎，汽車在轉彎的過程中使人體會有種被甩出的感覺。我們不禁產生疑問：為什么向心力是朝向內部的，但是我們卻感覺要被甩出去呢？通過課下查驗資料，我們得知，向心力是一種虛擬的力，當公交車轉彎的過程中，人體本能地需要一種維持轉彎效果的力，這種力往往由摩擦力提供。但是，人體始終是處于平衡狀態的，因此產生了水平方向的摩擦力之后，人體也同樣需要一個力來與之平衡，這便是水平方向感受到被甩出去的力。

通過對生活中物理知識的獲取，我們豐富了生活，對物理產生了更加濃厚的興趣。另外，在研究慣性的過程中，我們也可以從生活中得到一定的體會，當公交車突然停下的時候，我們會本能地前傾，這便是受到了慣性的作用。總之，生活中處處有物理，處處有實驗，體驗生活，也可以較好地增強對物理學科的認知力[6]。

三、總結

物理實驗不是一味地向學生傳授知識，而是通過學生對外界信息的感知，綜合運用各種方式，使學生感受到物理的樂趣，對物理知識活學活用，最終轉化為自己的理解。必須根據學生的認知過程進行相應的物理實驗。首先，我們可以對疑難的物理實驗進行探討，使學生在學習探究中加強對物理難點的認知。其次，我們應該使用創新性的方式進行實驗，將原有的實驗和方式改良成更利于學生理解的實驗和方式，使學生在實驗中更好地理解物理實驗，感受物理魅力。再者，通過多感官聯合實驗教學的方式，也可以促進學生對物理知識的把握。最后，我們可以將物理學科的學習融入學生的日常生活中，使學生在生活中感知物理，將生活作為物理實驗的第二課堂，加深對物理知識的認知，實現物理實驗的真正價值。

【參考文獻】

[1]黃榮勝.初中物理實驗探究過程中研究方法的滲透[J].南昌師范學院學報，2014（06）：23-26.

[2]羅世灼.加強物理實驗教學 培養實驗探究能力[J].佳木斯教育學院學報，2013（01）：158-159.

[3]毛中峰.高中物理探究實驗教學和科學探究精神——從《探究加速度與力、質量的關系》培養科學探究精神[J].科學大眾（科學教育），2012（02）：44.

[4]趙忠明.上好初中物理實驗探究課的反思[J].中國教育技術裝備，2012（04）：137-138.

[5]冼維平.探究式物理實驗的基本特征及核心要素[J].教育教學論壇，2011（18）：225-226.

[6]趙雪穩.加強中學物理實驗探究 培養創新型人才[J].科技信息，2010（29）：267.