如何在物理课中培养高中学生的观察能力
【摘 要】本文主要从观察能力概念入手，着重以一节具体的物理课为载体，详尽的叙述了课堂中如何培养学生的观察能力，并且总结出在课堂中培养学生观察能力的方法。
【关键词】物理观察能力 机械波
一、观察能力培养的紧迫性
记得中学英语课本里有一篇文章，讲了一位化学老师给学生上第一节实验课，他用烧杯装了尿液，然后自己用手指蘸了一点在嘴里，学生都觉得很恶心，但由于是分组实验课，所以大家都要做，有不少学生居然鼓起勇气去尝试，老师笑着让他们停了下来说：&濒诲辩耻辞;你们觉得我真的尝了杯中的尿液吗？这就是我今天要给大家上的第一课：观察&谤诲辩耻辞;。这个故事从某种角度也说明了学生的观察能力急需要得到提升。
达尔文说过：“我没有突出的理解力，也没有过人的机智，只是在觉察那些稍纵即逝的事物并对其进行精细观察的能力上，我可能在中人之上。”俄国着名生理学家巴甫洛夫教育年轻人要“观察、观察、再观察”。教育心理学的研究和实践表明，观察能力强的学生一般都是优等生。因为他们善于观察，能够发现问题，找到学习的新方法，从而提高了学习效率。
既然观察能力如此重要，那什么是观察能力？
二、观察能力理论研究
1、观察能力的定义
观察是有目的、有计划地运用各种感觉器官，了解周围环境、事物和现象的一种知觉过程[1]。
物理观察能力则是以物理知识为基础，选择一定的观察对象（物体、物理现象、物理状态、物理过程等），运用各种感觉器官（视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等）和观察手段（仪器设备），并通过一定的思维加工，发现和解决有关物理问题，从而在此过程中形成的个性心理特征。
2、观察能力的构成
观察者本身的信息加工能力、情绪唤醒水平、知觉定势、人格特征和先前经验等都影响到观察学习。信息加工能力强、情绪唤醒水平高的个体，能从观察中学到更多的东西。观察者过去形成的知觉定势，会影响到他们在观察中抽取什么特征以及如何对所见所闻作出解释。缺乏自信、低自尊、依赖性强的人，更易于注意他人并模仿榜样行为。同时，先前获得强化经验的行为在当前的观察学习情境中，将比较容易受到注意[2]。
3、观察能力的品质：
A．目的性：指观察者应当明确观察的对象、条件、要求以及观察的计划、步骤等。当目的不明确时，这样的观察只能是一般的感知，并不是真正的观察。
B．敏锐性：指观察者能迅速对观察现象做出反应，能很快的得出观察结果(口头或书面)。敏锐性还包括深刻性，即善于抓住那些往往比较隐蔽的物理现象。
C．理解性：指观察者在观察物理现象的过程中，其认知结构也需要积极的参与观察活动，在观察的基础上理解观察的现象，在理解的基础上深化观察内容。
D．条理性：指观察时要有一定的系统或顺序。如时间的先后顺序、空间的前后顺序。
E．持久性：指观察中需要有不怕困难、持之以恒的精神。许多物理变化的过程不是短时间完成的，这就需要观察者有耐心地进行观察[3]。
下面就以《波的形成与传播》一节为例具体谈一谈如何在课堂中培养学生的观察能力。
叁、观察能力实践研究
第一部分：情景创设引入
A、复习引入：通过复习回忆让学生有足够的理论知识来支撑接下来所学的内容。
B、实验引入：实验是培养学生观察能力最重要的手段，实验为学生学习物理提供符合认知规律的观察环境，能够培养学生观察的兴趣，激发学生的求知欲。
C、视频引入：利用经过剪辑的视频可以将发生在不同时候的事件根据教学需求放置在一起以便于学生去观察研究。
一、新课引入部分：
复习提问：单个质点做简谐运动的特点是什么？具有哪叁个特性？
质点在平衡位置附近做周期性往复运动。运动具有周期性、对称性、矢量性。
问题引导观察：以下这些运动有何共同点？
A．石头扔入水盆中，激起了水波；{学生分组实验}
B．绳子的舞动{学生配合，老师舞动绳子，观察波的形成过程};
C．东日本大地震形成了巨大的地震波波及东京；{播放视频}
D．足球场上的人浪；{播放视频}
学生观察归纳得出：1、开始都有个点先振动；2、都需要介质；3、由近及远。
第二部分：科学探究过程
二、探究问题一：机械波究竟如何形成及传播的呢？
理论探究：我们来看看波形成的条件：
1、介质：有何特点？（可以看成一群连续的质点构成）可以简化为什么？（质点串）质点与质点间有无联系？靠什么来维持（弹力）。
2、振源：做何运动？（简谐振动）那第一个质点上下振动时会对下一个质点形成如何影响？{带动作用}带动又意味着什么？（后续质点皆做受迫振动；后面质点要慢于先振动的质点）。
实验探究：让我们用波形演示器来共同探究波的形成与传播。
观察波形演示器中各质点运动情况，借用下面的坐标纸记录下机械波传播过程：
（1）在不同时刻记录下各个质点所在位置；（2）标出各质点振动在相应位置时的速度大小（用线段的长短来粗略的表示）及方向；（3）用平滑的曲线将各个点连接起来。
学生在画完图后，仔细观察图形，并经过小组讨论：
机械波传播了：
1、振动形式、信息和能量
2、相等
3、相同(学生找到第二幅图中的质点4、第叁幅图中的质点7、第四幅图中的质点10、第五幅图中的质点13这四个点起振速度方向均与振源相同)
4、有/没有
在第四个问出现矛盾之际提出问题：有没有办法来检验质点是否随波逐流？
学生在绳子上用红色丝带打了几个结，然后使得绳子摆动形成绳波，同时让大家观察结点是否随波移动传播出去了。
为了使这个问题更加清楚，教师再举例：
日常生活中，发现球掉到池塘里了，能否通过往池塘里扔石块，借助石块激起的水波将球冲到对岸？
分组实验进行模拟：一盆水+一只乒乓球+一支笔。让学生开始时把乒乓球静止在盆正中央，用笔垂直于水面连续点击。
问题引导观察：
1、为何用笔垂直于水面点击？
2、笔附近的水做什么运动？
3、现象是什么？说明了什么？
学生做完实验后，请组内派代表回答问题：
1、让笔带动水做简谐运动；
2、简谐振动；
3、乒乓球只是上下振动，没有随波逐流。
结论：波传播的是振动形式，而非质点。
日常生活中我们会遇到以下两种波，请同学们观察这两种波有何特点？
探究问题二：机械波的种类
演示实验：横波演示仪与纵波演示仪演示两种波。
问题引导观察：两种波传播有何共同点？两列波中各质点振动又有何差异？波形各有何特点？
相同点：传播方向相同；
区别：质点振动方面，第一种波中各质点振动方向与波传播方向垂直，第二种波中各质点振动方向与波传播方向平行。波形上面，横波波形中有最高点还有最低点；纵波波形中有疏部有密部。
结论：
1、横波：质点振动方向与波传播方向垂直
波形特点：
（1）波峰：凸起的最高处
（2）波谷：凹下的最低处
2、纵波：质点振动方向与波传播方向平行
波形特点：
（1）疏部：质点分布最疏的位置
（2）密部：质点分布最密的位置
横波我们接触了不少，纵波的疏部密部我们刚才也看过了，现在我们来接触一下生活中最常见的一种纵波：声波，并&濒诲辩耻辞;听&谤诲辩耻辞;一&濒诲辩耻辞;听&谤诲辩耻辞;其疏部和密部。
分组实验：音叉+小锤。要求：每个人的耳朵在音叉一侧离音叉不同距离听声音的强弱特点。
问题引导观察：你听到不同位置的声波有何特点？
学生做完实验后，请组内派代表回答问题：
1、有强有弱；2、强代表是波的密部；3、弱代表是波的疏部；
第叁部分：课堂巩固环节；
为了使学生真正理解所学概念和规律，课堂中不可避免地要让学生解决一定的问题，而问题的审题其实是培养学生观察能力的重要环节，所以在审题中要培养学生有意识的观察已知条件、隐含条件和所问问题等。
审题：题目中绳波刚刚到达A点是关键条件，因为后续质点起振方向由振源决定，所以该同学开始时应向上摆动绳子。
培养观察能力应该渗透到课堂中的每一个环节，在具体落实培养目标时，我们必须遵循科学的培养方法。下面我们结合刚才的那节课总结一下课堂中培养学生观察能力的方法。
四、课堂中培养观察能力的方法
1、重视生活事例、多种实验及多媒体素材的整合，激发学生观察热情。
新课程标准中强调：要求从生活走向物理，从物理走向社会。只有源于学生身边的事例，学生才会有亲切感，学生才会愿意去观察，才能观察到东西。同时还要善于抓住学生喜欢新奇现象的心理，所以给学生呈现的观察素材主要有以下叁个方面：(1)学生身边的事物或物理现象。比如石头扔进水盆中产生的水波能否将水中的乒乓球推向对岸这个现象；(2)各种形式的实验，包括演示、分组实验等；(3)多媒体素材,包括图片、视频，flash动画等。比如开始所呈现的日本地震、足球场上的人浪。
2、设问质疑、明确观察任务,引导思维。
培养观察能力，形成观察习惯，都要求有教师的引导，使学生学习和掌握观察的基本技能，知道观察什么和怎样观察。这说明观察是一种以有明确意识的思维作为指导的活动，在一定的思维启示和要求下进行的。建立这一活动过程，不应靠平铺直叙的讲述，而应根据思维内容的层次设问质疑，引发观察前的思考和观察的取向及重点。
3、在课堂中渗透一些具体的观察方法。
A．归纳观察法：在研究一些涉及变化因素较多的问题，或总结一些现象的一般规律时，通常采用归纳观察法，即通过个别现象分别进行观察，得到一些个别的结论，再通过归纳得出一般规律。比如说，在研究什么是机械波的时候，我们就用两个实验和两个视频让学生进行归纳观察。
B．对比观察法：我们认识的事物、现象往往是通过对两个事物、现象的对比，或把某一种现象发生变化的前后情况进行比较来实现的。对比观察有利于掌握现象的特征，以及它与其它类似现象的区别。比如说，在研究机械波的种类时，我们就通过对比横波与纵波传播过程，从而找到了横波纵波的特征。
C．放慢观察法：即将原本快速的物理过程通过一定的手段进行放慢，通过观察较慢过程从而获知较快过程的相关运动属性。比如说，在研究机械波如何形成与传播时，由于学生对快速传播的波没有充足的感性认识，以至于无法彻底理解机械波，所以我们采用放慢观察法来解决这个矛盾，即每个学生用坐标纸将老师用横波演示器演示的不同时刻各个质点所在位置记录下来，并粗略标出其速度大小与方向，慢慢观察机械波的形成过程，从而帮助理解机械波形成与传播的原因及特点。又比如说，伽利略在研究自由落体运动性质时，由于自由落体运动太快，而当时计时技术还很不精确，于是他采用了一个巧妙的方法，用来&濒诲辩耻辞;冲淡&谤诲辩耻辞;重力。他让铜球沿阻力很小的斜面滚下，而小球在斜面上运动的加速度要比竖直下落的加速度小很多，所用时间长很多，所以容易测量。伽利略通过上百次测量，结果表明，小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动。不断增大倾角，重复实验，加速度增加，于是伽利略采用结论的合理外推，即倾角增大到90度，小球做自由落体，也应该是匀加速运动的性质[4]。
D．转换观察法：即将原本难以观察到的现象或物理量通过转换观察手段或转换物理量而进行观察的方法。比如，为了观察声波的疏部与密部，我们可以采取用耳朵听来代替眼睛的看。又比如说，为了观察相同高度，同时出发的两个小球，平抛运动在竖直方向就是自由落体运动，我们采用耳朵听来代替眼睛的看以观察他们是否同时落地。再比如，在研究加速度、质量和合外力关系的实验中，我们采用控制变量法，即两辆小车质量相同，合外力是两倍关系，如何在没有打点计时器的情况下判断加速度也是两倍关系呢？我们通过初速度为零的匀加速直线运动，相同的时间内，位移与加速度成正比，从而将难以观察到的加速度之比转换成了直观的位移之比。
E．放大观察法：即将原本很不明显或很微弱的现象通过一定的手段进行放大以便于观察。比如说，为了了解玻璃瓶是否真正存在形变，我们在玻璃瓶的橡皮塞中插入一根毛细管，通过观察毛细管中的红墨水的升降，让学生感知到了形变的存在。又比如说，卡文迪许扭秤、库伦扭秤实验中都是将极其微弱的力学信号转换成了较为明显的光学信号以便进行观察。
4、注重对学生观察的积极反馈
在培养学生观察能力和提高观察兴趣的过程中，要重视对学生的鼓励，对观察能力的提高要肯定；在观察不成功时，要鼓励学生增强信心，进行引导，不可挫伤培养观察能力的信心和积极性。
五、小结
教师在日常教学中重视培养学生的观察能力，为学生多提供有趣的观察素材，指导学生科学的观察方法，就可以使得学生形成乐于观察的习惯，正如一位教育学家所说，一个人在学校里所学的知识如果全被忘掉的话，唯独剩下的就是习惯。可见好的观察习惯能使人终生受益。
【参考文献】
[1]阎金铎 田世昆．中学物理教学概论第二版． 北京：高等教育出版社，2003．12第2版,8
[2]汪凤炎 燕良轼．教育心理学新编第叁版．广州：暨南大学出版社，2011．7,194—195
[3]段金梅 武建时．物理教学心理学[M]．北京：北京师范大学出版社，1988，66—69
[4]人民教育出版社 课程教材研究所，物理1必修，人民教育出版社，2006．12 ,47
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