呂朝陽

(江蘇省前黃高級中學國際分校,江蘇 常州 213161)

俄國教育家烏申斯基說過：比較是一切理解和一切思維的基礎(chǔ)。在物理課堂中教師會經(jīng)常采用對比教學法，它指的是在課堂教學中，教師同時給學生提供兩種或多種相似或類似的材料、過程、現(xiàn)象或情境等，讓學生進行觀察、判斷、合作、交流和分析，誘發(fā)興趣，形成動力，啟迪智慧，以促進深層思維形成的教學方法。

信息論認為：思維是人們接受信息、存貯信息、加工信息及輸出信息，進而概括地反映客觀現(xiàn)實的過程，也是大腦對客觀世界的本質(zhì)屬性和發(fā)展規(guī)律的自覺、間接和概括的反映。思維是在感性認識的基礎(chǔ)上抽象成概念，并在實踐中形成判斷、推理和論證的思考方式。一般來說，思維有深度、高度、廣度等多個維度，這些維度又決定了思維的效度和厚度。顯然，對比教學法是提升學生思維能力和思維水平的重要手段之一，本文運用一些課堂教學案例，淺議利用對比實驗構(gòu)建具有思維厚度的物理課堂的策略。

1 用對比實驗導入新課，引發(fā)思維沖突

案例1:在高中物理選修3-5第十七章“波粒二象性”第二節(jié)“光的粒子性”的教學中，采用“神秘的光電實驗”導入新課。教師將“神秘元件”(GD-28光電管)放在開有透光孔的不透明盒子中，再與音樂賀卡中的蜂鳴器及干電池連成如圖1所示的電路。

圖1

對比實驗1：將強光手電筒的光通過小孔照射到“神秘元件”上時，蜂鳴器發(fā)出樂音；關(guān)閉手電筒開關(guān)時，蜂鳴器停止發(fā)聲。

對比實驗2：用強光手電筒照射時，越靠近神秘元件，蜂鳴器發(fā)出的樂音越響亮。

對比實驗3：用強光手電筒照射時，在透光孔前放置一紅色濾光片，相當于用紅光照射，此時蜂鳴停止發(fā)聲。拿掉紅色濾光片，蜂鳴器再次發(fā)聲。

案例2:在高中物理選修3-2第五章“交變電流”第三節(jié)“電感和電容對交變電流的影響”的新授課中，采用“神奇的濾音電路”做導入實驗。如圖2所示，教師在電腦里挑選一首既有渾厚低音又有金屬質(zhì)感悠揚高音的樂曲，通過信號放大器、電源和揚聲器播放。

對比實驗1：在電路中加入如圖3所示的兩個神秘元件A(電容器)和B(電感線圈)后，跟圖2所示實驗相對比，揚聲器中低音部分明顯減弱，基本上只能聽到悠揚的高音部分。

圖2

圖3

對比實驗2：將兩個神秘元件A和B位置互換后重新接入電路，發(fā)現(xiàn)高音明顯減弱，基本上只剩下渾厚的低音部分。

評析:用新穎、有趣的對比實驗導入新課，既能將抽象的問題直觀化、可視化，將物理學的神秘充分展示給學生，又能通過實驗現(xiàn)象的對比，將課堂所要探究的重點內(nèi)容直接呈現(xiàn)給學生，引發(fā)學生在思維和認知上的矛盾沖突，激發(fā)學生濃厚的學習欲望，促使學生自發(fā)地探尋物理規(guī)律?！肮獾牧Ｗ有浴焙汀半娙蓦姼袑蛔冸娏鞯挠绊憽边@兩部分知識非常抽象，實踐發(fā)現(xiàn)，用對比實驗導入新課，學生開始時迷惑不解又興趣盎然，隨著一個個謎底的揭開，學生的思維活動主動、活躍，收到了很好的教學效果。

2 用對比實驗巧設(shè)過渡，架構(gòu)思維橋梁

案例3:高中物理選修3-2第四章第六節(jié)“互感和自感”中的通電自感現(xiàn)象。

圖4

對比實驗1：按如圖4所示連接好電路，觀察電鍵S閉合瞬間燈泡亮度變化情況?，F(xiàn)將圖4中滑動變阻器R換成自感系數(shù)較大、直流電阻與圖4中滑動變阻器接入電路電阻相同的電感線圈L，其他不變，如圖5所示，觀察在電鍵S閉合瞬間燈泡亮度變化情況。

對比實驗2：將圖4、圖5組合成圖6，所用器材完全相同，觀察電鍵S閉合瞬間、電路穩(wěn)定后燈泡A1、A2亮度變化情況。

圖5

圖6

案例4:高中物理選修3-2第四章第六節(jié)“互感和自感”中的斷電自感現(xiàn)象。

對比實驗1：如圖7所示，用導線和電鍵將一節(jié)干電池跟一位同學的兩只手相連，電鍵閉合瞬間，該生沒有任何感覺。如圖8所示，將該生與一直流電阻較小、自感系數(shù)較大的線圈并聯(lián)后，接在同樣一節(jié)干電池上，在電鍵閉合的瞬間，學生的手會有較為明顯的觸電刺痛感。

圖7

圖8

圖9

對比實驗2：如圖9所示，僅將圖8中的人換成一個小燈泡，觀察在電鍵斷開的瞬間，燈泡的亮度變化的情況。

評析:在教學過程中，當思維跨度較大，學生難以直接逾越時，可架設(shè)思維橋梁，以實現(xiàn)從舊知到新知、從感性到理性的質(zhì)變。案例3和案例4中兩個對比實驗的設(shè)計可謂匠心獨運，將教材中的演示實驗分解為逐漸遞進、具有思維梯度的三個小實驗，用知識問題化、問題直觀化、思維層次化的策略，給學生提供思考與討論、交流與合作的空間，讓學生親歷思維和探究的過程，領(lǐng)悟科學探究的方法，重點關(guān)注學生對知識形成過程的理解，實現(xiàn)從直觀到抽象、從現(xiàn)象到本質(zhì)的順應和同化，以達成相應的思維深度。

3 用對比實驗建構(gòu)知識，生成思維方式

案例5:高中物理選修3-2第五章第三節(jié)中的“電感對交變電流的阻礙作用”。實驗器材為：小燈泡(3.8V，0.3A)一只，直徑0.2mm的漆包線繞制的匝數(shù)分別為1050匝和1350匝的螺線管L1和L2兩個，鐵芯兩個，學生電源一個，信號發(fā)生器一個，連接成如圖10所示的電路。

圖10

圖11

對比實驗1：A、B間接學生電源直流電壓6V擋，電鍵K2扳至電感L1，閉合電鍵K1，燈泡較亮；A、B間接學生電源交流電壓6V擋，電鍵K2仍扳至電感L1，閉合電鍵K1，燈泡亮度明顯減弱。

對比實驗2：A、B間接學生電源交流電壓6V擋，電鍵K2扳至電感L1，閉合電鍵K1，燈泡發(fā)光；現(xiàn)將電鍵K2扳至電感L2，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度減弱。

對比實驗3：A、B間接學生電源交流電壓6V擋，電鍵K2仍扳至電感L1，燈泡發(fā)光；現(xiàn)將線圈L1中的鐵芯取出，燈泡明顯變亮。

對比實驗4：A、B間接低頻信號發(fā)生器，電鍵K2仍扳至電感L1，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使小燈泡較亮?，F(xiàn)緩慢調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的旋鈕，使頻率緩慢增大，觀察到小燈泡的亮度明顯逐漸減弱。

案例6:高中物理選修3-2第五章第三節(jié)中的“電容對交變電流的阻礙作用”。實驗器材為：小燈泡(3.8V，0.3A)一只，電容C1(25V，220μF)、電容C2(25V，3300μF)各一個，學生電源一個，信號發(fā)生器一個，連接成如圖11所示的電路。

對比實驗1：A、B間接學生電源直流電壓4V擋，電鍵K2扳至電感C1，閉合電鍵K1，燈泡不亮；A、B間接學生電源交流電壓4V擋，電鍵K2仍扳至電容C1，閉合電鍵K1，燈泡發(fā)光。

對比實驗2：A、B間接學生電源交流電壓4V擋，電鍵K2扳至電容C1，閉合電鍵K1，燈泡發(fā)光?，F(xiàn)將電鍵K2扳至電容C2，發(fā)現(xiàn)燈泡明顯變亮。

對比實驗3：A、B間接低頻信號發(fā)生器，電鍵K2仍扳至電容C1，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使小燈泡較亮?，F(xiàn)緩慢調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的旋鈕，使頻率逐漸降低，觀察到小燈泡的亮度明顯逐漸減弱。

評析:思維方式即思考問題的角度、方式和方法，包括分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、因果與逆向、比較與遞推等。在上述兩個案例中，分別比較在不同的直流或交流電源、不同規(guī)格的元件、不同頻率的交流電源等條件下燈泡的亮度變化，讓學生在觀察實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，運用分析、歸納、概括等思維方法，自主建構(gòu)知識，給人以順理成章、水到渠成之感。

4 用對比實驗釋疑解惑，突破思維難點

案例7:高中物理選修3-1第一章第八節(jié)中的“平行板電容器電容大小的決定因素”。實驗器材為：鋁板兩塊，同尺寸厚度均勻的塑料板5塊，毫米刻度尺一把，萬用數(shù)字電表一只。

圖12

對比實驗1：如圖12所示，在兩塊平行正對的矩形鋁板間放一塊同尺寸的塑料絕緣板，連接在萬用數(shù)字電表上，讀出電容大小。然后讓兩個極板依次錯開，使正對面積分別減小為原來的3/4、1/2、1/4，讀出對應電容大小進行對比，得出結(jié)論。

對比實驗2：如圖12所示，在兩極板正對面積不變的前提下，在兩個極板間分別放1塊、2塊、3塊、4塊、5塊相同厚度的塑料板，以增加兩板之間的距離，分別讀出對應電容大小，進行對比，得出結(jié)論。

圖13

案例8:高中物理必修一第四章第一節(jié)中的探究慣性與質(zhì)量大小間關(guān)系的“單手甩紙片實驗”。實驗器材為：被撕成A、B兩部分的答題卡一張(其中B部分較小，是跟A部分連在一起、沒有完全撕開的細長條)，小鐵夾一個(如圖13)。

對比實驗1：單手拿著答題卡的A部分，用力甩動手腕，發(fā)現(xiàn)要想使B部分被甩掉，比較困難。若單手拿著B部分，然后用力甩動手腕，發(fā)現(xiàn)很容易將A、B兩部分撕開。

對比實驗2：用小鐵夾夾在B部分上，然后單手拿著A部分用力甩動手腕，發(fā)現(xiàn)很容易將答題卡的A、B兩部分撕開。

評析:當舊知與新知間有較大落差、目標與實際間有較大距離時，學生學習的疑惑點也就產(chǎn)生了，而很多的疑惑點源于學生在認知上存在思維障礙，此時，對比實驗往往會有奇效。在案例7中，教師沒有采用教材上的做法——使用靜電計來輔助實驗，因為靜電計不僅不能直接測出平行板電容器電容的大小，其推理的過程學生更是難以理解和掌握，且只能定性分析實驗結(jié)果，實驗現(xiàn)象不具有直觀性。用靜電計進行實驗的現(xiàn)象也不穩(wěn)定，極易受到濕度、絕緣性能的好壞等環(huán)境的影響而導致實驗失敗。使用萬用數(shù)字電表可直接讀出電容大小，直接、直觀，同時正對面積和板間距大小的改變也設(shè)計得非常巧妙，拉近了舊知與新知之間的距離，消除了思維障礙，實驗的可操作性較好。

慣性大小的決定因素一直是教學的難點，學生死記結(jié)論是容易的，但往往存有疑惑。在案例8中，利用一張答題卡和一個小鐵夾，單手甩動的部位不同，或在被撕開的小紙條上夾上一只鐵夾，實驗現(xiàn)象就會變得十分明顯，學生也非常容易理解，正應驗了朱正元老先生的一句話：“千言萬語道不清，一做實驗就分明”。

俄國作家托爾斯泰認為：“知識，只有當它靠積極的思維得來，而不是憑記憶得來的時候，才是真正的知識?！蔽锢硎菍W生的思維能力要求很高的一門學科，一些物理概念、規(guī)律或原理深奧抽象，與日常生活往往有較大的距離，如果僅采用“紙上談兵”的方式組織教學，學生被動“生吞活剝”，容易引起“消化不良”，會產(chǎn)生較大的思維障礙，更談不上靈活運用。在課堂教學的各個環(huán)節(jié)精心設(shè)計演示或分組對比實驗，既可以培養(yǎng)學生的動手能力和主動參與意識，也可以通過對實驗現(xiàn)象的對比引發(fā)思維沖突，激發(fā)興趣動力，消除思維障礙，讓學生真正掌握科學思維方法，提升課堂教學的思維品質(zhì)，從而構(gòu)建具有思維深度和厚度的課堂。