“悖論思想”在中學物理教學中的應用 *

“悖論思想”在中學物理教學中的應用*

梁 瑤韓寶玉桑芝芳

(蘇州大學物理科學與技術學院江蘇 蘇州215006)

*本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃2013年度課題,項目編號：D/2013/01/105;中國教育學會物理教學專業委員會2013-2016年全國物理教育科研重點課題“基于中學教師專業標準的物理教師教學研究能力培養研究”的階段性研究成果之一.

指導教師：桑芝芳(1971-)，女，博士，教授，研究方向為中學物理和大學物理教學.

摘 要：簡要介紹了悖論的思想，闡述了悖論思想在物理教學中的應用模式，并列舉了相關教學案例.

關鍵詞：悖論思想教學流程教學案例

收稿日期：(2015-06-08)

作者簡介:梁瑤(1990-)，女，在讀碩士研究生，研究方向為物理課程與教學論.

Abstract:In the paper, the Paradox thoughts are introduced, the teaching procedure of Paradox in Physics Teaching is explained and some teaching cases are provided.

1悖論思想簡述

悖論源于古希臘，其希臘文被稱為“疑難”，意思是說“無路可走，無法解決”.通常把真正導致邏輯矛盾的命題稱為悖論，有學者認為悖論實際上就是一種邏輯矛盾，它指的是從某一前提出發推出兩個邏輯上自相矛盾的命題，或從某一理論推出的命題與已知科學原理或實踐產生的邏輯矛盾.

那么悖論的成因是什么？在這個問題上，大家莫衷一是，但兩個問題是明確的.首先，悖論不是根源于客觀事物所固有的矛盾，也不是主觀錯誤.其次，悖論不是簡單的邏輯矛盾.悖論與邏輯矛盾都包含矛盾的認識，但悖論是正常的，不可避免的；而邏輯矛盾是不正常的，是可以避免的.邏輯矛盾只涉及邏輯形式，而悖論卻不一定如此.因此，悖論在實質上是客觀事物的辯證性同主觀思維的形而上學性以及方法的形式化特征之間矛盾的一種集中體現.

悖論從不同的角度可以進行多種分類，通常把悖論分為語形悖論、語義悖論和語用悖論.語形悖論又叫邏輯-數學悖論.這種悖論不涉及內容, 只與元素、類或集合、屬于和不屬于、基數和序數等數學概念相關, 并且能用符號邏輯體系的語言表述.主要的語形悖論有布拉里-費蒂悖論、康托爾悖論、羅素悖論和理發師悖論.語義悖論不是純邏輯的和純數學的, 而與一些心理的或語義的概念有關.主要的語義悖論有說謊者悖論、格雷林悖論、理查德悖論、貝里悖論.而語用悖論是一種與語境和認知主體及其背景知識有關的悖論.

實踐證明，物理學的發展與悖論的研究有直接的關系.伽利略落體快慢悖論糾正了統治2 000多年的亞里士多德的錯誤觀點，讓物理學跨入真正的科學時代；光速悖論和雙生子佯謬促使相對論的誕生，開辟了物理學發展的新紀元.悖論的發現往往會激勵著科學家們沖破原有的觀念和束縛，運用創新的思維和方法提出新的問題，解決新問題，從而建立新的理論，最終促進物理學革命性的發展.中學物理教學中若能合理利用悖論思想，將有利于學生理解物理問題的本質，從而培養學生的學習興趣和物理思維品質.

2悖論思想在物理教學中的應用

在中學物理教學中，悖論思想主要體現在學生學習新知識時，表現出來的與原有認知結構中的知識、方法、思維、物理情境等方面的不一致或矛盾.例如，學生根據原有知識經驗的判斷和觀察到的實驗事實不一致；學生根據原有知識經驗的判斷和理論推導的結論不一致；探究物理規律時設計的兩個不同實驗，其實驗現象或結果相矛盾；數學推導和實際物理涵義相矛盾，等等.悖論思想在物理教學中的應用模式如圖1所示.

圖1　悖論思想在物理教學中的應用流程

(1)創設物理悖論情境，合理設置悖論

教師要根據學生已有認知結構和新學知識的特點，創設與學生原有認知結構相沖突的物理情境，在這特定的情境里，針對其中涉及的物理現象、過程和結果使學生產生懷疑，對已有的物理概念和規律表示不信任，從而提出相關的問題，合理設置悖論.在進行悖論設置時，教師不能牽強附會，要自然地引出教師和學生共鳴的材料.

(2)引導學生導致悖論

教師要尊重學生，充分體現教師為主導、學生為主體的教學理念，引導學生積極參與，提出問題.在創設悖論情境的基礎上，引導學生分析，導致悖論.教師要充分考慮學生已有的認知水平，不管學生的回答是對的還是錯的，與學生積極討論，營造一種和諧的教學環境.

(3)啟發認知，分析悖論，消除悖論

悖論的出現讓學生產生強烈的認知沖突，他們會對自己已有的知識產生懷疑，急切想要弄清楚究竟是怎么一回事兒，為什么會出現如此神奇的事情？這吸引了學生的注意力，同時也激發了學生的興趣.此時，教師引導學生分析悖論產生的原因，并尋求消除悖論的方法.

(4)建立新認知

悖論激發了學生的認知沖突，學生的認知結構處于一種不平衡的狀態，從而促使學生進一步探究問題，解決問題.在解決問題的過程中，學生的知識結構達到一個新的平衡狀態.當學生的認知結構達到一個動態平衡時，會使知識系統化、結構化，從而促進學生更加深刻地理解和鞏固新的知識.

3教學案例

案例1：沸點與壓強關系的教學

學生原有認知：在學習物態變化時，學生已經知道了水的沸騰條件，一是達到水的沸點，二是要繼續加熱.

根據學生原有認知，教師提問：如圖2，燒杯里的水正在沸騰，如果這時把酒精燈移走，水還會沸騰嗎？

圖2　水的沸騰

學生根據原有認知判斷：酒精燈移走，停止加熱，水不沸騰.

教師繼續提問：如果不沸騰，我們能夠采取哪些方式讓水沸騰呢?

學生們討論，教師點撥(創設悖論情境)：如圖3所示，若把燒瓶用瓶塞蓋緊，再將其倒置，用冷水去澆它，燒瓶里的水還會沸騰嗎？

圖3

學生們繼續討論，根據原有認知一致認為：冷水降低了水的溫度，低于水的沸點，水一定不能沸騰.

教師根據學生已有的知識，通過實驗和問題串的方式，一步步把學生引入所要討論的問題上，創設了物理悖論情境.

導致悖論：教師按照實驗方案進行實驗，結果超出意料，燒杯里的水居然沸騰了，很自然地導致了悖論.悖論的出現激發了學生探究的欲望，燒瓶里的水為什么沸騰了呢？這肯定是水達到了沸點.沸點還是之前的100℃嗎？

引導學生分析并消除悖論，建立新認知：向燒杯底部澆冷水，顯然水的溫度降低，但仍再一次沸騰，說明水的沸點降低.引導學生進一步分析，向燒杯底部澆冷水，不僅降低了水的溫度，而且降低了燒杯里的壓強，沸點和壓強有關，壓強減小，沸點降低.雖然水的溫度降低了，但壓強減小導致沸點降得更低，因此水仍然能沸騰，從而消除了悖論，并進一步討論高山上的食物為什么煮不熟等問題.

通過上述悖論教學，學生對液體沸騰的條件有了新的認識，并且對沸點有了更深刻的理解.

案例2：閉合電路歐姆定律的教學

學生原有認知：在初中時學生已掌握部分電路歐姆定律，且電源都當作理想電源.

教師根據學生原有認知提問學生：如圖4，在改變滑動變阻器的阻值時，電壓表的示數如何變化，為什么？

學生根據已學的知識判斷：電壓表的示數不變，因為電源電壓是不變的.

教師創設悖論情境，設置悖論：教師演示實驗，改變滑動變阻器的阻值，發現電壓表的示數是變化的，這讓學生產生了疑惑.

圖4

教師引導學生分析、消除悖論，建立新認知：電壓表的示數發生改變，那么電路中必定存在另外一個電阻，進一步分析得出電源是有內阻的，在此基礎上探究閉合電路歐姆定律的具體形式及其規律.

通過上述教學，學生對閉合電路歐姆定律有了更加深刻、本質的理解.

教師在物理教學中適時、合理地運用悖論思想, 把學生在學習過程中感到困惑的問題以“悖論”形式暴露出來, 并加以分析, 有助于糾正學生在認知過程中存在的思維障礙，使抽象的物理概念和物理過程變得更具體、直觀,從而加深學生對物理規律的認識和理解.

參 考 文 獻

1楊寧芳. 悖論分類及其產生原因探究. 武漢科技大學學報(社會科學版)，2007(04)：361～363

2岳燕寧. 悖論與物理教學. 物理教師，2000(06)：38～39

3曾志旺. 物理教學中“悖論”的形態、功能和使用. 物理教師，2002(03)：18～19

4余建剛. 也談悖論法在物理教學中的運用. 物理教師，2006(02)：8～10

ApplicationonParadoxThoughtinMiddleSchoolPhysicsTeaching

LiangYaoHanBaoyuSangZhifang

(DepartmentofPhysics,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215006)

Keywords:Paradoxthoughts;teachingprocedure;teachingcases