新课程背景下开发利用物理体感实验的教学建议，本文主要内容关键词为：新课程论文,开发利用论文,物理论文,建议论文,背景下论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“物理体感实验”是一种由人体参与并直接感知物理现象或物理原理的物理实验教学形式。它早已运用在中学物理教学中，但人们似乎没有普遍注意到它区别于常规物理实验的一些特性，比如它不限于视听觉观察，更强调人体的接触感知，强调主体与客体的相互作用等。这种特殊的实验形式对促进学生认知发展、紧密联系学生生活经验、激发学生学习兴趣具有积极的作用。因此，在物理课程改革向纵深发展的今天，充分认识物理体感实验的教学功能并在教学中积极地开发运用，对提高物理教学的质量，无疑具有重大的现实意义。
一、物理体感实验的概念界定及其特性
（一）物理体感实验的概念
物理体感实验是物理实验的一个分支，是指由人体或人体局部作为物理实验系统成分，主要通过肤觉或肌觉感知某一物理现象或物理量及变化趋势的物理教学实验形式。其中肤觉包括：触觉、温觉、痛觉、振动觉、皮肤知觉等。每一种肤觉都与其本身特殊的物理刺激相对应。此外，人根据肤觉还可以对硬、软、温、干、粗糙、平滑等进行判断。在前庭器官的配合下，能对平衡、惯性、速度、加速度等物理量进行感知[1]。物理体感实验就是利用人所特有的能够感觉适度物理刺激的肤觉，来使人体直接参与实验，从而直接感知物理原理并得出实验结论的。
（二）物理体感实验的特性
物理体感实验区别于常规实验的特性有如下几点。第一，物理体感实验是人体的一部分充当了某种实验材料、检测装置，利用了人的某些物质属性和结构属性[2]。而大部分常规实验，人是控制和操作实验仪器，人体本身不是实验系统的成分。第二，物理体感实验中相关物理量的大小及其变化主要通过人的肤觉受到一定刺激而直接感受到的。而在常规实验中，相关物理量的大小及其变化是借助仪器等检测工具，通过对人的视听系统产生刺激而间接感受到。例如“摩擦生热”，即“机械能可以转化为热能”实验，可以通过图1所示的双手“摩擦”来感觉“生热”。这个物理体感实验方案即采用了人的“双手”作为“实验”材料或实验系统的成分，人为控制双手手掌接触并进行有目的地往复运动（摩擦），进而利用人的温觉系统感知到“摩擦”后手掌温度升高，即感受到“摩擦生热”的物理原理。可见，物理体感实验具备科学实验的一般特征，它是一种特殊形式的物理实验。
二、物理体感实验符合新课标的教学要求
（一）物理体感实验有利于课程三维目标的达成
首先，物理体感实验强调学生通过亲身体验和感受来认识和理解物理原理，因此，它有利于学生建构物理知识；其次，物理体感实验是定性感知，有利于学生提出有依据的“猜想或假设”并进行初步验证，从而引起学生利用常规实验器材对问题进行进一步探究；第三，由于物理体感实验强调人体本身参与，符合中学生的心理需要，有利于激发学生学习物理的积极情感。可见，物理体感实验教学活动，对促进物理课程“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三维课程目标的达成，具有独特的价值和重要的作用，是常规物理实验所无法取代的。
（二）物理体感实验体现了课程改革对物理教师的新要求
《基础教育课程改革纲要》中明确指出：“教师应尊重学生的人格，关注个体差异，满足不同学生的学习需要，创设能引导学生主动参与的教育环境，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，使每个学生都能得到充分的发展。”它要求教师不仅要有传授知识的能力，更要在教学过程中促进实践领域的拓展。物理体感实验在教学中的应用，更加突出了学生的主动参与和直接感受，而体感实验的巧妙设计和灵活应用对物理教师来讲是一个新的挑战。因此，物理体感实验在物理教学中的引入体现了基础教育课程改革的要求，也是对广大物理教师提出的新要求。
三、物理体感实验的教学功能探析
（一）物理体感实验可有效引起学生知觉的集中
物理体感实验是要求个体参与并通过肤觉感知物理因素刺激的教学活动。因此，它与仅仅通过视听觉感知的常规演示实验相比，更能有效地引起学生的注意，唤起情绪的反应，从而使学生获得真实可靠的感性经验，形成比较完整的物理概念，正确掌握和巩固概念。例如为了使学生理解“力的相互作用”，设计的实验活动方案之一是：“用你的右手背来击打你的左手背（手背要比手掌对疼痛的感觉更敏感），你会感觉到一只手疼、还是两只手都感觉疼？”再如，为了让学生理解“离心力”的存在和大小，可让学生手持一端系有小重物（如橡皮等）的绳子的另一端，并进行旋转，如图2所示[2]。让学生体会小重物在绳子牵引下的旋转过程中，手拉绳子的感觉；适当地加快旋转速度，手的感觉与上次有什么不同。此实验主要说明做圆周运动的物体有离心的趋势，速度越大，离心趋势就越强。从这两个例子可以看出，它们共同的特点之一是学生亲自参与并亲身感受实验过程。与仅刺激视听觉的物理演示实验相比，物理体感实验可直接使学生获得肤觉上的刺激，能够得到直接的感性经验，引起学生知觉或注意力的高度集中，从而有利于学生充分感知相关的物理原理，理解更为深刻。
（二）物理体感实验能启发学生积极思维
由于物理体感实验使学生的身体或身体的一部分成为实验系统的成分。这一过程中，学生大脑一直处于兴奋状态。身体的感觉促使他们思维积极地活动起来，通过尝试对问题做初级分析或通过综合的有方向的分析，试图对问题的结果有一个理想的解释[3]。如此，学生强烈地渴望找出答案，学生会尽力地进行抽象、概括，找出规律性的东西，使思维得到训练。
例如，在探究超失重规律的教学时，可设计这样的体感实验方案：如图3所示[4]，学生用手托着一摞较重的书，先让手缓缓上下移动，可以感受到此时手掌受到的压力和静止时相同；然后手突然竖直上升或竖直下降，再体会一下，发现手突然竖直上升时，手掌受到的压力比静止时大；手突然竖直下降时，手掌受到的压力比静止时小。在这个实验中，三种瞬间手掌受到书的压力的清晰感觉，会促使学生产生强烈的求知欲望，会主动进行比较、分析、推理等抽象思维活动，进而能够促进学生自己概括出物体超重、失重的规律。
（三）物理体感实验有助于学生积累直接的感性经验
学生从实践中得到他们所需要的种种经验，这种感性经验越是多种多样，就越能从对象或现象的特殊点中进行抽象，从中分出本质、一般的东西，也就越容易把要领运用到新的、过去不了解的事例上去[3]，最终达到同化新知识的目的。例如“骨传声”是声音通过头骨、颌骨传到听觉神经，引起听觉，科学中把声音的这种传导方式叫做骨传导。学生一般没有“骨传声”的直接经验，为此，如下页图4所示[5]的体感实验可以帮助学生形成相关的直接经验：让同学用手将自己的耳朵堵住，把振动的音叉的尾部先后抵在前额、耳后的骨头和牙齿上，看看能否听到音叉的声音。实验过程中牙齿和头骨、颌骨都能感觉音叉的振动，而且可以听到声音。有了骨传声的直接经验之后，对学生进一步深化理解“固体传声”及“液体传声”基本消除了认识障碍。由于一些体感实验实施便捷，所以，为学生提供感性知识并形成直接经验并非像人们想象的那样需要花费很长时间。
（四）物理体感实验能够有效促进学生对相关知识的保持
由于物理体感实验调动了学生以肤觉为主的多种知觉系统的同时作用，因此它能够促进注意和知觉。同时，它又是一种目的性极强的感知行为，所以它能促进学生对感知信息的心理加工。研究表明：对感知到的信息加工水平越深，保持越好[6]。
例如，在以往的教学中，由于感性经验不足，学生对“力的分解”相关知识理解不深、对一些结论记不住，在处理问题时总是出错。为了配合相关内容的学习，可以设计如图5所示[7]的体感实验活动，组织学生利用课间去操场在单杠上做引体向上，要求分别双臂平行、双臂张开使身体向上升起，让学生重点感觉双臂张开做引体向上时是否手臂用力较大？通过进行体感实验教学，学生们亲身经历和体验了，他们就会牢牢地记住：尽管是人体“重力不变”，但“双臂张开感觉手臂用力较大”。有了这种感性经验，再做相关的类型题时就不会轻易出错了，由此加强了相关知识的保持，也有利于知识的拓展。
四、开发与利用物理体感实验的教学建议
上文论述得知，物理体感实验是直接通过肤觉等知觉系统来感知的，它可以有效地引起学生知觉的集中；有助于学生积累感性经验，能启发学生积极思维，提高抽象思维能力以及能有效促进学生对相关知识的保持。可见，物理体感实验在实现物理课程目标方面具有独特的价值和重要的作用，是常规物理实验所无法取代的。因此，广大的一线物理教师有必要研究、设计体感实验并应用到教学中去，以此提高课堂教学的有效性。那么如何在应用中取得很好的教学效果呢？以下给出几点教学建议。
（一）通过物理体感实验使物理教学紧密结合生活
物理体感实验并非局限在课本的例子中，在实际教学中可以灵活运用，有意识地引导学生在日常生活中，利用一切设施、条件和机会进行体验活动，并理解和巩固在课堂学习的相关物理知识。将课本的知识和实际生活联系起来，更能激发学生的学习兴趣，还能培养学生在日常生活中的观察、思考能力。例如：图6所示是一种叫“磨盘”的娱乐设施，当它转动很慢时，盘上的人都可以随盘一起转动，而不至于被甩开。当盘的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，离转轴中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害。利用这种设施可以使学生充分体会离心作用。
我们赖以生存的生活环境中存在许许多多蕴含物理原理的事物和现象，这些丰富的物理课程资源可供我们利用，如利用指甲刀、门把手等体验省力杠杆的原理，利用学校或生活小区的健身器材等来体验费力杠杆的原理；利用升降电梯体验超失重现象；利用自行车体验三种摩擦力的存在并感受滚动摩擦力最小；利用乘坐公交车体验“惯性”及汽车转弯时“离心力”的存在等等。善于发现、开发和利用这些资源，可以实现物理课堂的开放并充分体现“从生活走向物理”的课程理念，使学生认识到生活中物理现象无处不在，可避免物理学习走向僵化。
（二）定性感知与定量教学相结合
物理学是一门精密的科学，但学习掌握精确定量的知识需要定性的感性经验作为基础。只有将量化教学和定性体验相结合，才能使物理教学取得预期效果。而仅仅强调和注重定量的实验验证，淡化或忽视定性的体验和感受，学生最终获得的只是一些不利迁移的表层知识。所以，利用视听觉感知的常规物理实验与利用肤觉感知的物理体感实验不应脱离，常规物理实验与物理体感实验应有机结合，这样，物理教学过程才更加符合学生的认知规律。高中物理对物理量之间的定量关系要求较高，但必须重视使学生获得充分的感性经验，把定性的体验和感受与定量的实验验证有机地结合起来。
例如，超重与失重现象一般是使用弹簧秤挂一个砝码来进行定量演示，如图7所示。虽然这个常规实验能够给学生提供一定的感性经验，但实验现象刺激的是学生的视听觉，不能给学生留下深刻印象。而且由于超重与失重现象在瞬间发生，感受性不强。为了弥补常规实验的不足，有条件的情况下可以组织学生到竖直电梯或升降机中进行定性体验，即体验电梯启动加速上升、加速下降瞬间，人体处于超重和失重时的感受，如图8所示[7]，从而可以深刻理解超、失重过程中重力与支持力的逻辑关系。
（三）物理体感实验要突出教学过程的探究性
物理体感实验活动方案的设计，既要注重学生通过经历和感受获得感性经验，也要重视物理体感实验的定性验证的功能，引发学生进行探究活动，使学生在体感实验活动中，自己体会、经历过程、通过探究学到知识。例如利用人体肤觉可以感受适度大小的力的特性，在“牛顿第三定律”教学中，可以组织学生进行探究，自主获得“作用力和反作用力之间的关系”以及相关问题的认识。
体感实验活动由两名学生一起进行，再辅以两个相同规格的弹簧测力计。由于人对力的感觉是定性的，辅以弹簧测力计是即时验证人的感觉。这是一个定性与定量结合的实验方案。根据施力（作用力）、受力（反作用力）大小关系的“猜想”或学生的“前概念”，可以组织学生进行以下两个体感实验的操作：
方案1：让女生通过弹簧测力计主动拉男生或让男生通过弹簧测力计主动拉女生，以及双方同时通过弹簧测力计施加拉力，如图9（a）[7]所示。从这个体感实验活动，学生能够体验到“作用力与反作用力大小相等、方向相反”，而且两个力同时产生、同时消失。通过学生的亲身体验和感受并结合弹簧秤的示数，会自己探究得出结论，最终总结出牛顿第三定律。
方案2：让男生穿着溜冰鞋站在水泥地上，女生站在草地上通过弹簧测力计对拉。如图9（b）[7]所示。
体验的一个重要结果是，当女生主动拉男生时，男生会向女生方向滑动，该过程女生和男生分别感受并观察到作用力与反作用力大小相等，再一次验证物体在运动过程中牛顿第三定律也成立。由此还可以拓展认识到“马拉车”时，马对车的拉力等于车对马的拉力，进而纠正学生以往“马对车的拉力大于车对马的拉力”的错误认识。
（四）注意体感实验的安全性
由于人的肤觉存在“阈限”，实验中人体只能对一定强度、一定范围内的物理刺激产生知觉，而且人体的不同部位感受性也不同，因此这就限定了体感实验只能在一定范围内进行，从而保证最起码的人身安全。
例如，“张力”是比较抽象的，但可以感觉到。为了让学生感受绳子的“张力”，可以设计一个体感实验方案[8]：中间的学生扮作绳子，学生A和学生B分别向两边用力拉中间学生的左右手，中间学生的胳膊内部将产生被拉伸的感觉，这种感觉便是“张力”。
由于人体能承受的拉力是有“阈限”的，因此做这个体感实验时必须提醒A、B学生的拉力不要太大，以避免中间学生的肌体被拉伤。类似的情况还有人体体验水的温度、手指接触尖端以及组织学生乘坐公交车以及过山车等，都必须在保证安全的前提下进行。
总之，物理体感实验具有常规物理实验不具备的教学功能优势，但由于人体的肤觉对外在的物理刺激只能定性的感知，并不能精确感知物理量的变化，所以，它不能取代实验仪器，而应与常规物理实验有机结合，才能达到更好的教学效果。