吳瑾 馮杰

(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院 上海 200234)

1 序言

傳統(tǒng)的紙筆測(cè)驗(yàn)測(cè)量的是學(xué)生的語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能．學(xué)生在學(xué)校的成績(jī)好，說(shuō)明他們的語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能比較高．提到物理這門(mén)學(xué)科，很多人認(rèn)為與語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能的關(guān)系最為緊密．對(duì)物理學(xué)中的概念、規(guī)律的理解，需要一個(gè)人具有較高的語(yǔ)言智能，而一些物理理論的得出與發(fā)展又離不開(kāi)數(shù)學(xué)和邏輯推理，這又需要一個(gè)人具有較高的數(shù)學(xué)邏輯智能．因此，很容易得出一種結(jié)論，要學(xué)好物理，只要具有較高的語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能就行了．其實(shí)不然，因?yàn)樵谖锢斫虒W(xué)中，特別是在高中物理教學(xué)中，在學(xué)生頭腦中建立正確的“物理空間模型”也是非常重要的，而正確“物理空間模型”的建立，則需要一個(gè)人具備較高的空間智能．因此，在物理教學(xué)中開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能非常重要，不容忽視．

2 空間智能理論簡(jiǎn)介

美國(guó)哈佛大學(xué)教育研究生院心理學(xué)、教育學(xué)教授加德納認(rèn)為，人的智能應(yīng)該有以下幾種：音樂(lè)智能、身體動(dòng)覺(jué)智能、邏輯數(shù)學(xué)智能、語(yǔ)言智能、空間智能、人際智能、自我認(rèn)知智能、自然觀察智能以及可能存在的存在智能[1]．這幾種智能同等重要，并且是多維度相對(duì)獨(dú)立的表現(xiàn)出來(lái)的，而不是以整合方式表現(xiàn)出來(lái)的[2]．每個(gè)人都擁有以上所有智能，人與人之間的差別，主要在于人與人之間所具有的不同智能組合[1]．

其中，空間智能，是在頭腦中形成一個(gè)外部空間世界的模式并能夠運(yùn)用和操作這種模式的能力，也就是指準(zhǔn)確感知視覺(jué)空間及周周一切事物，并且能把所感覺(jué)到的形象以圖畫(huà)的形式表現(xiàn)出來(lái)的能力．這項(xiàng)智能包括對(duì)色彩、線條、形狀、形式、空間關(guān)系很敏感[3]．腦科學(xué)研究表明，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化，正如大腦的左半葉掌管習(xí)慣使用右手的人的語(yǔ)言功能一樣，大腦的右半葉掌管著對(duì)空間的判斷[1]．其他與空間位置有關(guān)的問(wèn)題，如下棋和從不同的角度看到物體的形狀在人腦中的顯示，也是如此．視覺(jué)藝術(shù)也是空間智能的一種運(yùn)用．同樣地，在高中物理教學(xué)中，物理模型在學(xué)生頭腦中以相對(duì)形象的圖像形式顯示出來(lái)，同時(shí)，學(xué)生又能夠把他們頭腦中的這種圖像用更形象的方式表達(dá)出來(lái)，例如紙筆畫(huà)圖，這可以說(shuō)是空間智能在物理學(xué)習(xí)中的一種應(yīng)用．

3 高中物理教學(xué)中開(kāi)發(fā)學(xué)生空間智能的重要性

高中階段的學(xué)生，已經(jīng)進(jìn)入皮亞杰的“形式運(yùn)算”時(shí)期．這時(shí)的他們，已經(jīng)能夠以更加抽象的思維方式推理、思考，提出假設(shè)和理論，同時(shí)還能更全面地對(duì)待自己的感覺(jué)．高一的學(xué)生正處于形象思維到抽象思維發(fā)展的過(guò)渡時(shí)期，也是抽象思維發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期．相比之下，高二的學(xué)生抽象思維能力已經(jīng)發(fā)展到一定的階段，基本穩(wěn)定，但每個(gè)人的心理發(fā)展又具有不平衡性．教學(xué)要著眼于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，因此，高中的物理教學(xué)內(nèi)容，不論是物理概念、物理規(guī)律還是其他的內(nèi)容，都變得更加抽象化．學(xué)生理解這些更加抽象化的內(nèi)容會(huì)經(jīng)歷變抽象為形象的過(guò)程，那就是把抽象的內(nèi)容在頭腦中以形象的方式表現(xiàn)出來(lái)，或者借助一定的感性材料，從而增強(qiáng)高一學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心，彌補(bǔ)高二學(xué)生心理發(fā)展的不平衡性，使他們做到真正的理解．

物理概念是某些物理現(xiàn)象、物理過(guò)程的共同特征和本質(zhì)特性在人們頭腦中的反應(yīng)[2]．高中物理中的一些概念非常抽象，例如電場(chǎng)，電荷周圍空間存在的物質(zhì)，這種地球上客觀存在卻又看不見(jiàn)摸不著的場(chǎng)的概念．在電場(chǎng)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)它的物理性質(zhì)所表現(xiàn)出的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)線來(lái)加深對(duì)電場(chǎng)概念的理解．

在電場(chǎng)強(qiáng)度的教學(xué)過(guò)程中，涉及到“空間中某一場(chǎng)源電荷在它周圍產(chǎn)生了電場(chǎng)”以及“實(shí)驗(yàn)表明：同一檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中不同位置受力大小和方向不同、不同檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中同一位置受力大小和方向不同”等教學(xué)語(yǔ)言，其中，“空間中”“周圍”“不同位置”“受力方向”等都是和空間有關(guān)的詞語(yǔ)，講解過(guò)程中，都需要學(xué)生對(duì)空間有比較敏銳的感知力．另外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)際上和之前學(xué)習(xí)的庫(kù)侖定律實(shí)驗(yàn)原理相似，只是做了一定的理想化處理，即試探電荷的電荷量要足夠小，使得其自身產(chǎn)生的電場(chǎng)不影響場(chǎng)源電荷周圍的電場(chǎng)分布．本來(lái)靜電實(shí)驗(yàn)就比較難以演示成功，如此理想化的實(shí)驗(yàn)就更無(wú)法去做，只能以圖形[如圖1(a)所示]和語(yǔ)言代替．然而，圖形只能給學(xué)生提供電場(chǎng)的二維平面感知，而場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)分布在其周圍的三維空間里，雖然可以畫(huà)出三維空間的圖形，如圖1(b)所示，但最終還是要以二維平面的形式呈現(xiàn)給學(xué)生(其實(shí)已經(jīng)達(dá)到了一定的效果)，無(wú)法代替實(shí)驗(yàn)，因此仍然需要學(xué)生對(duì)場(chǎng)源電荷周圍的空間有敏銳的感知力．

圖1 靜電實(shí)驗(yàn)示意圖

僅通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)理解電場(chǎng)還不夠，對(duì)于高二的學(xué)生，雖然抽象思維已經(jīng)發(fā)展到了一定的階段，但在理解抽象概念的時(shí)候，還是需要借助一定的感性材料．電場(chǎng)線是根據(jù)電場(chǎng)的物理性質(zhì)而假想出來(lái)的形象描述電場(chǎng)的一組曲線．學(xué)生可以借助電場(chǎng)線來(lái)進(jìn)一步加深對(duì)電場(chǎng)概念的理解．

在電場(chǎng)線的教學(xué)中，教師往往呈獻(xiàn)給學(xué)生的是平面形式的電場(chǎng)線，如圖2(a)所示．而電場(chǎng)線是分布在帶電體周圍空間的，我們可以利用計(jì)算機(jī)軟件畫(huà)出電場(chǎng)線的空間立體圖，如圖2(b)所示，也可以利用軟件做出電場(chǎng)線的動(dòng)畫(huà)效果，從不同的角度展示不同形式的電場(chǎng)線，達(dá)到非常形象且空間感十足的效果，從而幫助學(xué)生理解．

圖2 電場(chǎng)線示意圖

然而，需要注意的是，電場(chǎng)線終究是假想出來(lái)的，并不完全等同于電場(chǎng)．帶電體周圍空間的任意一點(diǎn)都存在電場(chǎng)，而電場(chǎng)線呈現(xiàn)出來(lái)的是一條條的，這也是電場(chǎng)線的不足之處，容易導(dǎo)致一部分學(xué)生“大腦偷懶”，認(rèn)為電場(chǎng)線所在處才有電場(chǎng)．因此，在這一點(diǎn)上一定要提醒學(xué)生，電場(chǎng)線的空隙之間也存在電場(chǎng)，電場(chǎng)是存在于帶電體周圍整個(gè)空間的，這同時(shí)也是對(duì)學(xué)生空間想像能力的一種要求．同樣，磁場(chǎng)概念的理解也是如此，在電場(chǎng)與磁場(chǎng)正交的問(wèn)題處理中，空間智能更是能夠發(fā)揮出無(wú)可替代的作用．

4 教學(xué)過(guò)程中開(kāi)發(fā)學(xué)生空間智能的建議

平時(shí)的物理教學(xué)中，我們常常會(huì)注意學(xué)生語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能的開(kāi)發(fā)和培養(yǎng)，而忽略了他們空間智能的開(kāi)發(fā)與培養(yǎng)，以至于那些語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能本身就不夠高的學(xué)生，即物理學(xué)習(xí)不太好的學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)喪失信心．因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師要注意開(kāi)發(fā)學(xué)生潛在的空間智能，以幫助物理學(xué)習(xí)好的學(xué)生更容易地學(xué)習(xí)物理，幫助那些物理學(xué)習(xí)不太好的學(xué)生把物理學(xué)習(xí)好．

4.1 多開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)給學(xué)生提供應(yīng)用空間智能的機(jī)會(huì)

物理學(xué)是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的功能非常強(qiáng)大，物理概念規(guī)律的建立以及物理結(jié)論的得出都離不開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)[2]．物理實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)給人的是一種很直觀的信息，人腦最容易感知這種直觀信息并儲(chǔ)存在其中，同時(shí)也更方便提?。@里的實(shí)驗(yàn)包括演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)．

演示實(shí)驗(yàn)總是以形象的整體空間結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在大腦中，因此，可以在學(xué)生頭腦中積累現(xiàn)成的和教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的空間結(jié)構(gòu)信息，這樣在需要用的時(shí)候也方便直接提?。谶@種不斷積累和提取的過(guò)程中，就無(wú)形地幫助學(xué)生發(fā)展他們的空間智能了．例如，用水波演示波的干涉實(shí)驗(yàn)中，先把兩根細(xì)桿固定在一個(gè)振動(dòng)片上，當(dāng)振動(dòng)片振動(dòng)時(shí)，兩根細(xì)桿周期性的觸動(dòng)水面，形成兩個(gè)波源．這兩個(gè)波源發(fā)出的是頻率相同的波，兩列波的振動(dòng)方向也相同(水面質(zhì)點(diǎn)都是沿上下方向振動(dòng))，兩根細(xì)桿是同步振動(dòng)的，所以產(chǎn)生的兩列波的相位差是恒定的．因此，當(dāng)這兩列波相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生清晰的干涉圖樣．然后，把兩根細(xì)桿固定在兩個(gè)振動(dòng)片上，讓兩振動(dòng)片同時(shí)振動(dòng)，但要使它們振動(dòng)的頻率不同，引導(dǎo)學(xué)生觀察兩列波相遇的地方，將觀察不到清晰的干涉圖樣．接下來(lái)，保持兩振動(dòng)片振動(dòng)的頻率相同，將其中一個(gè)振動(dòng)片的開(kāi)關(guān)時(shí)而斷開(kāi)，時(shí)而閉合，改變兩振動(dòng)片振動(dòng)的相位差，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，也觀察不到清晰的干涉圖樣．最后，讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，概括總結(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件：兩列波的頻率相同，相位差保持不變.振動(dòng)方向相同可由教師補(bǔ)充說(shuō)明．波的干涉圖樣這一空間結(jié)構(gòu)在學(xué)生頭腦中產(chǎn)生一定的刺激，使學(xué)生很容易得出產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件，再配合教師詳細(xì)的講解，不僅可以開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能，還能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)波的干涉．

另外，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，特別是電學(xué)實(shí)驗(yàn)(電路圖的連接)，更能幫助學(xué)生發(fā)展他們的空間智能．從電路圖到實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖的連接操作中間會(huì)有一個(gè)比較大的跨越性，初中時(shí)，學(xué)生需要通過(guò)電路圖先畫(huà)出實(shí)物的連接圖，在根據(jù)實(shí)物電路圖進(jìn)行真正的實(shí)物連接，而高中時(shí)就只給出電路圖，要求學(xué)生根據(jù)電路圖直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，連接電路圖．例如，在測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，教材給出了三種不同的實(shí)驗(yàn)原理，也就是不同的實(shí)驗(yàn)電路圖，學(xué)生可以根據(jù)自己的條件或喜好選擇一種來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．不管選擇哪一種，學(xué)生都要根據(jù)電路圖來(lái)確定電池、儀器儀表和用電器的空間位置，然后按照電路圖并且以一定的順序來(lái)連接實(shí)物，并且還需要注意在連接過(guò)程中的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題．從書(shū)面的簡(jiǎn)單電路圖到實(shí)物電路圖的連接，學(xué)生的頭腦中會(huì)經(jīng)歷一系列的復(fù)雜過(guò)程，學(xué)生的空間智能就會(huì)在這一過(guò)程中得到一定的開(kāi)發(fā)和利用．

4.2 利用教材中的相關(guān)內(nèi)容增強(qiáng)學(xué)生的空間感受能力

在平時(shí)的物理教學(xué)過(guò)程中，教師要善于利用教材中與三維空間關(guān)系相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的空間感受能力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能．例如，人教版《物理·選修3-1，3-2》中判斷通電導(dǎo)線和運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力方向的“左手定則”以及判斷感應(yīng)電流方向的“右手定則”．

如圖3(a)所示，是判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力方向的“安培定則”(也稱“左手定則”)示意圖．伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．圖3(a)給出的是電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的情況.當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不垂直的時(shí)候，還需要將磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行正交分解成垂直于電流方向的和平行于電流方向的，如圖3(b)所示，然后再判定安培力的方向．

圖3 “安培定則”示意圖

總之，安培力的方向與導(dǎo)線和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直．安培力方向的判定涉及到三維空間中某一方向的確定，其中很多關(guān)于方向和方位的詞語(yǔ)都需要學(xué)生具有比較強(qiáng)的空間感受能力，特別是當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不垂直時(shí)，安培力方向和大小的分析，對(duì)學(xué)生空間感受能力有著更高的要求．同樣，運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受洛倫茲力方向的判定以及感應(yīng)電流方向的判定也是如此．在這些教學(xué)內(nèi)容的講授中，教師要配合詳細(xì)的三維空間圖示以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，再對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定程度的訓(xùn)練，從而增強(qiáng)學(xué)生的空間感受能力，開(kāi)發(fā)他們的空間智能．

4.3 要求學(xué)生多用圖示法展示物理過(guò)程激發(fā)學(xué)生的空間想像能力

《考試說(shuō)明》對(duì)分析綜合能力的描述是，“能夠獨(dú)立地對(duì)所遇到的問(wèn)題進(jìn)行具體分析、明確其中的物理狀態(tài)、物理過(guò)程和物理情景，找出起重要作用的因素及有關(guān)條件；能夠把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題分解為若干較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，找出它們之間的聯(lián)系；能夠提出解決問(wèn)題的方法，運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問(wèn)題”[4]．而學(xué)會(huì)用圖示法展示物理過(guò)程，不僅對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析能力有幫助，對(duì)激發(fā)學(xué)生的空間想像能力、開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能也有很大的幫助．那么，就要求學(xué)生在解力學(xué)題時(shí)畫(huà)出規(guī)范的物體受力示意圖、物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析圖，光學(xué)中畫(huà)出規(guī)范的光路圖，電學(xué)中畫(huà)出規(guī)范的電路圖等，以加強(qiáng)訓(xùn)練．不僅如此，還要學(xué)會(huì)把復(fù)雜的空間三維圖轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單地二維平面圖，解釋和處理一些基本的空間和圖形問(wèn)題．

例如在類平拋運(yùn)動(dòng)中，如圖4所示，將質(zhì)量為m的小球從傾角為θ的光滑斜面上A點(diǎn)以速度v0水平拋出，小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)．小球的運(yùn)動(dòng)路徑是一條三維的比較復(fù)雜的空間曲線，對(duì)高中學(xué)生來(lái)說(shuō)，想用數(shù)學(xué)的方法分析這條曲線是比較困難的．

圖4 斜面類平拋三維圖

實(shí)際上我們可以把這個(gè)三維圖形轉(zhuǎn)換成兩個(gè)二維平面圖形來(lái)分析，如圖5所示．首先，斜面是光滑的，所以小球只在豎直平面內(nèi)受力，如圖5(a)所示，小球受到地球?qū)λ闹亓和斜面對(duì)它的支持力N，這兩個(gè)力的合力F合沿斜面向下，使小球沿斜面向下做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)．而小球是在光滑斜面上沿水平方向以一定速度拋出，因此小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程實(shí)際上是相互垂直的勻速直線運(yùn)動(dòng)和初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)這兩種運(yùn)動(dòng)的合成．這就和平拋運(yùn)動(dòng)非常相似，只不過(guò)把平拋運(yùn)動(dòng)里面的重力加速度換成小球沿斜面向下的運(yùn)動(dòng)加速度．這時(shí)，我們就可以把斜面平面圖單獨(dú)拿出來(lái)，當(dāng)成豎直平面圖，如圖5(b)所示，用平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)來(lái)解答諸如此類的問(wèn)題，就非常容易了．學(xué)生通過(guò)用示意圖展示物理過(guò)程，感受空間與圖形的微妙關(guān)系，體驗(yàn)三維立體圖形和二維平面圖形的相互轉(zhuǎn)換，從而開(kāi)發(fā)他們的空間智能．

圖5 平面圖

5 小結(jié)

從以上分析可以看出，在高中物理教學(xué)中開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能具有非常重要的作用．開(kāi)發(fā)學(xué)生的空間智能，使之與他們的語(yǔ)言智能和數(shù)學(xué)邏輯智能有機(jī)的組合，達(dá)成完美的智能組合形式．這樣，不僅能幫助本身物理學(xué)習(xí)好的學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物理，達(dá)到更高的水平，更重要的是，能夠幫助物理學(xué)習(xí)不好的學(xué)生增加對(duì)物理學(xué)習(xí)的信心，從而把物理學(xué)習(xí)好．

參考文獻(xiàn)

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3 霍華德·加德納著.多元智能．沈致隆譯．北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，1999，9，24

4 麥建華．運(yùn)用多元智能理論優(yōu)化高三物理教學(xué)過(guò)程的探討．中學(xué)物理教學(xué)參考，2011(6)：50～53