寻根究底认识螺旋测微器.doc

寻根究底认识螺旋测微器摘 要：从心理学、教育学理论出发，精心研究设计认知过程是提高物理教学效率的有效途径。本文尝试在这个方向上的以认知螺旋测微器活动这一过程为例进行了探索。对这一过程进行了设计，且结合了皮亚杰的发生认识论对这一过程进行了详细的理论分析。关键词：同化 顺应 认识论 螺旋测微器1. 问题的提出中学物理教学中长期存在教学效率不高，物理难学的问题。例如在使用螺旋测微器时存在很突出的问题：对学生进行专门读数训练时，读数似乎是件轻而易举的事情，甚至没有学生不会正确读出；但是过了一段时间后许多同学在读数时往往会出现错误，特别在一些综合性的考试中。即便是不断练习，经过一段时间后依然有部分同学出错。这是为什么？2. 问题的分析螺旋测微器相比刻度尺来说显得较为抽象；而按步骤进行机械地读数、操作并不复杂，马上就会，而一段时间过后，抽象的读数方法很快就忘了。如何有效地解决这个难题，如何有效认识仪器？笔者认为可以通过对螺旋测微器的原理进行寻根究底的分析，结合心理学，教育学理论精心设计认知过程，从而有效解决这一问题。2.1螺旋测微器的工作原理的分析其工作原理是利用螺旋运动使杆进退。即旋转1/n圈，杆进退1/n格（每一格为旋转一圈进退的长度），将微小的杆进退转变为螺旋上的旋动，而进退距离等于待测量物体的长度。螺旋起到一种放大作用。2.2教育学，心理学理论上的分析对螺旋测微器的读数的掌握是对螺旋测微器的认知。认知活动宜从认识论角度分析。认识论是物理教学的哲学基础，认识论主要有三种形式：一般认识论；发生认识论；发展认识论。一般认识论是适合于整个人类的认识论。查有梁提出的发展认识论是根据爱因斯坦关于科学创造的论述而提升出有关创造性思维的认识论。而J皮亚杰（JPiaget）的发生认识论着重在心理学的层面上，概括儿童、青少年认识发生的规律的认识论。发生认识论比较贴近这个认知过程，所以以下主要以皮亚杰的发生认识论来研究这一问题的。皮亚杰的发生认识论内容主要为：“活动图式”、“同化顺应”、“平衡非平衡”。2.2.1 活动图式活动皮亚杰指出：认识的发生，起源于活动。活动是主体到客体，客体到主体之间起着中介作用的一些中介物。活动是主客体间的相互作用，图式是一种认识意义上的功能结构（或组织）。有了图式，主体才有可能对客体的刺激作出反应。任何人的认识都是在主体已有的图式的基础上进行的，通过各种活动（感知性的活动和概念化的活动）形成各种图式，然后经过一些作用，构建新的图式，从而产生新的活动。上述过程故可用“活动图式”来表述。2.2.2同化顺应同化同化，指在认识的过程中主体把客体纳入已有的图式中，这使得图式发生量的变化。顺应指当主体的图式不能同化客体，促使主体调节原有图式或建立新的图式，使图式发生质的变化，建立新图式。新图式又能同化更多的客体，将会促进顺应的发生。故可用“同化顺应”来表述。在2.2.1中所说的“通过一些作用，构建新的图式”中的一些作用指“同化顺应”。2.2.3 平衡非平衡平衡在认识的发展过程中，每一阶段的“适应”就表现为一种平衡，当进入下一阶段时，平衡就变为非平衡了。在经历“图式活动”、“同化顺应”后，又会建立新的平衡。这就是认识的进化过程。皮亚杰认为平衡是有意义的，而不平衡是“富有成果的”。在不平衡的状态下，为了趋向于平衡，进行同化及顺应，从而使之回到平衡。因为从系统论的观点来看，只有系统远离平衡态，由平衡到非平衡，系统才可能走向有序，才可能进化，所以上述过程可用“平衡非平衡”来表述。从社会心理学家费斯汀格的理论讲，正是因为不平衡对心理产生了激起，促使主体经过一系列的活动以达到心理上的平衡。从上述理论中可以看出，认识一个事物应该建立在一个已有的图式之上，然后进行活动。在活动中应该既有同化， 也有顺应，不断使认识从平衡到非平衡，从非平衡到平衡。与之对应经历一系列同化，顺应，一系列的增加新的图式，展开新的活动，螺旋式前进。3. 问题的解决3.1 方案的提出3.1.1起初图式的设计：分析螺旋测微器与常见螺旋运动相比的特点。首先螺旋测微器相对常见的螺旋运动差别是它有刻度这一特点，所以这个刻度应该是在认知活动中逐渐加进去。第二个特点是纹距很小（因为精度要求较高），为了使进动明显，起初的图式应该纹距很大的。第三个特点是做工很精细的，结构很复杂的，为了减少各方面的干扰，起初图式越粗糙越简单越好。第四个特点是进动的距离与两物间的间距有关，起初的图式也应该有对应的项。这个图式由一个模型来展现。故需要模型符合无刻度，粗螺纹，结构简单可测间距的要求。设计模型如下图1所示：CBA图1 图2A为U形架，B为螺丝，C为内螺纹。旋动后AB间存在间距，如图2所示。具体的实例可以用铁架台上的紧固螺丝进行简单改装。如图3：图33.1.2认知活动的设计：在这个图式基础上通过不断的认知活动逐渐完成目标。3.2 解决的步骤及分析：对这一过程进行了设计，且结合了理论分析，步骤为：3.2.1 展现一个原有的图式问题：若要在AB间塞入一个物体P，怎么办？（旋动B，使AB之间距离增大。）分析：这是每个人都具有的生活经验，如钢笔、原珠笔的螺纹旋动，螺丝旋动会产生进退。通过塞入一个物体这一提问，把进动的距离与AB之间的间距相同这个关系进行明确。认知活动就从这个原有的图式开始。3.2.2 开展一个简单的活动，能使之被同化问题：如果B旋动5圈，P刚好可以塞入AB之间，且P的厚度为,如图4。若有另一物Q，要塞入AB间，需要在图1状态下将B旋转恰好1圈，问：Q物厚度为多少？（ ）CPBA图4分析：螺旋运动，产生AB间的距离变化（进动）这个概念在绝大部分学生头脑中是定性的，是不清晰的。当涉及到这个问题的定量关系时，会展开一系列的思维活动，生活经验和直觉思维告诉他存在等量关系：即每旋一圈，B离开A的距离是相同的。可以直接得出答案：。这是一个同化过程。当给出正确答案证明其对时，就增加了这个定量关系的新图式，并且同时由非平衡转为了平衡。3.2.3 展现一个新的情景，促使其顺应过程的完成问题：若有一个物体M，只需要在图1状态下将B旋转半圈即可恰好塞入，那么M厚为多少？（）分析：对于整圈的旋动，可以由同化来完成。而对于旋动半圈，即一圈的一部分显然应由主体调节原有图式：即旋动半圈，AB间距进退长度为旋动整圈进退长度的一半，即进退。这就完成了其顺应的功能，使图式发生质的变化：旋动一圈的一部分，将会进退其对应的长度。3.2.4、利用新图式，同化更多的客体问题：在图1情况下若要塞入更薄的N，旋动B半圈也不到。怎么得到厚度为多少？（可在旋钮上进行刻度，例如将周长等分为5等份，作标记），发现塞入N前后刻度示数如图： 旋动后旋动前待添加的隐藏文字内容2则N厚度为_？（转动了圈） 进动（） 厚度()若塞入物R，而B转动圈，则R厚度为_？分析：主体已有了圈，BA间距为的图式，在此基础上添加了刻度线（测出旋转了圈），不难进行同化，转动圈，AB间距为。再进行同化圈，R的厚度为。3.2.5、设计桥梁，通过不断地同化、顺应，促使活动有效完成。问题：可以利用这个装置用来测量物体的厚度或者长度吗？（可以）如果希望读数较为简单，可采取什么措施？（读数方便简单：1圈对应进退长度为特殊值如1cm或1mm或者0.5mm）问题：希望精度非常高，可采取什么措施？（提高精度：1圈对应进退长度要小，例为0.5mm，刻上刻度更多，例如10格，20格，50格，两者对应，理想情况进退0.5mm，刻50格）然后告诉学生，实验室里有个理想的、做好的机构螺旋测微器。分给学生，要求学生通过观察，想象工作原理，猜测使用方法，思考读数方法。之后进行介绍、说明，适当练习巩固。分析：通过巧妙设计的桥梁（认知活动）将螺丝的螺旋引导到螺旋测微器上来。当学生有了新的仪器（螺旋测微器）后，经过一系列的同化、顺应，最终变为平衡，建立了新的图式：螺旋测微器是利用螺旋进退从而可以达到高精度的测量长度的仪器。这样，认识螺旋测微器的活动就有效地完成了。4结论及反思：事实证明，通过上述步骤的展开的教学活动，对学生认识并掌握螺旋测微器的使用方法非常有效。原因是符合了心理学中的认知规律。使学生留下了很深的印象。总结这个活动可以得出：在教育学、心理学的理论指导下，精心设计认知活动，寻根究底地认识螺旋测微器，不仅能有效掌握螺旋测微器，而且培养了学习兴趣，还会促使学生有意识地研究其他仪器或者事物的原理，让学物理回归到本位。这次活动虽然占用较多的时间，但对整个高中阶段而言时间并不多，即效率是非常高的。这样的活动有助于在学生脑海中留下深刻的印象：物理是有趣的物理，物理是具有很高思维价值的物理。参考文献：1查有梁 物理教学论 广西教育出版社 1996.12 2许国梁 中学物理教学法 高等教育出版社 1997.3 3郑全全 人际关系心理学 人民教育出版社 1999.9