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[摘 要] 通过几个物理佯谬的例子，分析了物理佯谬的种种教学价值。基于高中学生的认知发展和个性心理发展特征，提倡在高中物理教学中适当利用物理佯谬进行教学，优化高中物理教学效果，并对如何实施提出了参考性建议。
[关键词] 物理佯谬 思维 前概念
在物理发展史中，最吸引人而又令人绞尽脑汁的应该首推五花八门的物理佯谬（或悖论）了。它们象深藏在浓云密雾中的奇花异葩，既使人感到扑朔迷离，又使人感到有一种令人心惊胆战的、无法抗拒的美的吸引力，促使每个时代最杰出的物理学家以令人肃然起敬的智慧和毅力，去摘取它们，让它们那深邃的美和无穷的奥秘展现在人类而前。
“佯谬”一词对于高中学生而言是陌生的、高深的，原因是绝大多数“佯谬”出现在近代物理学中，如相对论中双生子佯谬，量子力学中薛定谔的猫佯谬等。因此一般学生第一次接触它，是在大学学习狭义相对论时。那是否意味着“ 佯谬”只与近代物理有关， 与高中基础物理学习无关？结果恰恰相反，虽然高中阶段教学可以不提佯谬，但佯谬却确切的存在，好几个高中物理概念，学生总是理解不透，究其原因就是因为这些知识点本身就是一个佯谬，具有相当的理解难度。物理佯谬有其特殊的教学价值，灵活恰当地利用物理佯谬来展开教学，能很好的化解难点，甚至可能令学生对物理的理解有一个质的飞跃。
一、利用物理佯谬有效消除对物理学习有障碍的前概念，行成新知识体系
在“自由落体运动”的教学中，学生会碰到这个经典的“落体佯谬”：物体越重，下落的速度就越快。 这种认识是学生凭直觉、生活经验得出的一个前概念，这个前概念与两千多年前亚里士多德的思想不谋而合. 尽管上课时， 教师会演示一系列实验，学生看得很兴奋，课堂气氛很好。可难免还是会出现“ 说说都懂， 做做都错”的尴尬局面。这其实也说明了习惯思维已在学生脑海中留下了很深的烙印，潜意识里他们仍认为物体越重下落得越快。对于这种佯谬，笔者认为学生在结束“自由落体运动”新课后，已经不存在知识性问题，但为什么学生在解题时就会出现错误？其实， 这可以在“落体运动”概念的发展史中可以找到答案。从亚里士多错误概念的提出到伽利略操作“比萨斜塔实验”终结错误概念之间近两千年的时间内，为什么人们没有怀疑它？因为人们想当然了。所以对这个问题教师不要期待能“ 毕其功于一役”，只有反复刺激，重复刺激，在反复的过程中， 逐步瓦解学生思想中这个错误的前概念。
例子之二就是所谓“热质佯谬”。按照热质说，温度高的物体含有较多的热质，温度低的物体含有较少的热质，热质不能产生也不能消灭。后来的摩擦生热的实验特别是1977年美国科学家戴维在一个把冰块同周围环境隔离出来的真空容器里。使两块冰互相摩擦而融化成为水。从而他断言热质是不存在的，热质说被否定了，热质“佯谬”也就消失了。人们认识到热是一种运动的观点代替了热质说。这个观点现在演变成了，物体是否含有热量的一个前概念错误，继续在迷惑着学生，要解决这个概念混乱，需要教师耐心的改变学生的惯有思维。
二、物理佯谬可以很好的激发学生的求知欲，强化物理概念的理解
高一学生在学习“直线运动”时，会碰到瞬时速度的概念： 运动物体经过某一时刻（ 或某一位置）的速度。如果是简单的概念灌输，举一些生活中常见的事例，如汽车上的速度计随着行驶的快慢而改变，学生都可以接受这个概念。但这是否意味着他们真的理解了呢？课后有学生提出：物体要发生位移只能在一段时间内，而在某一时刻物体不会发生位移，那又怎么会有速度呢？一些基础较好的同学特别容易在这问题上钻牛角尖。
这里涉及了古希腊一个著名的“飞矢不动”佯谬。公元前五世纪埃利亚哲学家芝诺提出：飞着的箭在任何瞬间都是既非静止又非运动的， 如果瞬间是不可分的，箭就不可能运动，因为如果它动了，瞬间就立即是可以分的了。但是时间是由瞬间组成的，如果箭在任何瞬间都是不动的，则箭总是保持静止。所以飞出的箭不能处于运动状态。看似简单的问题，把当时那些自鸣得意的哲学家震惊得不知所措。这个著名的运动悖论为两千年后的第二次数学危机（ 关于微积分的大争论） 埋下伏笔，要解决这个问题必须引入极限思想，利用微积分的手段。因此这个悖论直到两千年后才被真正解释。在如今的中学物理课堂中，教师利用气垫导轨及光电门测“瞬时速度”可以比较有效地帮助学生突破难点， 即极短时间内的平均速度非常接近于瞬时速度。这里引入了极限的思想，对于高一学生建立这样一种思维方式是有难度的，但可以为学生在下次涉及极限概念的理解时做一个铺垫。
另一个例子就是有关洛仑兹力做功的佯谬。很多学生在这个问题上疑窦丛生。我们知道，载流导体在磁场中要受到安培力的作用，当导线运动时安培力就要做功，但是我们知道，安培力是洛仑兹力的宏观表现，而洛仑兹力的方向是始终与电荷的运动方向垂直的，因此它永远不做功。这样就产生了洛仑兹力不做功，而为什么安培力却能做功的问题。下面通过一个实例来讨论。如图一所示电路，在匀强磁场B中有一长为L载有电流I的导线ab在安培力F作用下以速度向右滑动。
显然F作了功。但这与作用在导线中自由电子上的洛仑兹力不做功并不矛盾。因为这时导线中的自由电子除了以平均速度v，向上定向运动之外又附加了一个随导线一起向右运动的定向速度u，因此电子对观察者的真正速度为，它所受到的洛仑兹力为，如图二所示。由此可见，洛仑兹力f与电子的合速度仍是垂直的，故不做功，但洛仑兹力的一个分力垂直于导线，与导线运动方向一致，它在做正功。导线上所有定向自由电子所受的通过微观机制传递给导线就产生了宏观上的安培力。所以安培力做功在实质上是指洛仑兹力的一个分力在做功，而洛仑兹力的另一个分力了的方向是平行于导线，它与电子运动的方向，正好相反，所以作负功，且两个分力所做的总功之和为零，整个洛仑兹力并不做功。
总之，洛仑兹力在总体上不做功，但它却起着重要的能量传递的作用。因为它的两个分力都做功，一个做正功，一个做负功。我们说洛仑兹力是产生动生电动势的非静电力，就是因为它的分力做正功的缘故。电动机把电能变成机械能，发电机把机械能转变为电能，就是洛仑兹力起着转手作用。认识不到洛仑兹力两个分力同时做功这个特点，就看不清其中能量转换的关系。其实力学中摩擦力也起过这种类似的转换作用。
对这类佯谬的分析能让学生对物理概念有深刻的理解，从思维层次上激发学生的学习兴趣，使学生在思维上有质的提升。
三、利用物理佯谬进行教学的几点建议
1.引入物理典型佯谬，进行科学精神教育时不要牵强附会，要引用那些确实能自然而然引起师生情感共鸣的材料，适当地加以强化，不然可能激起学生的逆反心理而适得其反。
2.教师要真正体会佯谬的含义，注意其与错误的不同，由悖论可以导致矛盾或错误，但不是所有的错误都是由佯谬引起的.有些教师教学过程中过于强化某个概念而忽视其适用条件引起的错误并不是佯谬.利用物理佯谬进行教学并不是一般的提出错误并进行纠正，它对教师的专业素质有更高的要求。
3.教师要认识到利用物理佯谬进行教学的适用对象和适用场合.首先，在给学生介绍新的物理知识时不宜采用，这样会干扰学生对知识的基本理解。其次，要根据学生的思维特点和认知水平合理使用，事实上，它更适用于“英才教育”。佯谬如果利用不好，可能引起更大的错误，教师应提高警惕，不要滥用.
4.根据物理佯谬的不同特点，进行多样化课堂教学。当导出的佯谬学生较容易否决时，教师可进行类似“问题教学”；当导出的佯谬难度较大时，可让学生进行小组讨论式的“合作性学习”；当由佯谬导出的结论自相矛盾时，可让学生进行“角色扮演”，分成正反方进行辩论。
总之，物理佯谬是物理学科的特征之一，应用物理佯谬及其思想，优化高中教学的途径是多种多样的.教师要优化自己的教学方法结构，根据不同教育对象的不同特点，灵活运用。
[关键词] 物理佯谬 思维 前概念
在物理发展史中，最吸引人而又令人绞尽脑汁的应该首推五花八门的物理佯谬（或悖论）了。它们象深藏在浓云密雾中的奇花异葩，既使人感到扑朔迷离，又使人感到有一种令人心惊胆战的、无法抗拒的美的吸引力，促使每个时代最杰出的物理学家以令人肃然起敬的智慧和毅力，去摘取它们，让它们那深邃的美和无穷的奥秘展现在人类而前。
“佯谬”一词对于高中学生而言是陌生的、高深的，原因是绝大多数“佯谬”出现在近代物理学中，如相对论中双生子佯谬，量子力学中薛定谔的猫佯谬等。因此一般学生第一次接触它，是在大学学习狭义相对论时。那是否意味着“ 佯谬”只与近代物理有关， 与高中基础物理学习无关？结果恰恰相反，虽然高中阶段教学可以不提佯谬，但佯谬却确切的存在，好几个高中物理概念，学生总是理解不透，究其原因就是因为这些知识点本身就是一个佯谬，具有相当的理解难度。物理佯谬有其特殊的教学价值，灵活恰当地利用物理佯谬来展开教学，能很好的化解难点，甚至可能令学生对物理的理解有一个质的飞跃。
一、利用物理佯谬有效消除对物理学习有障碍的前概念，行成新知识体系
在“自由落体运动”的教学中，学生会碰到这个经典的“落体佯谬”：物体越重，下落的速度就越快。 这种认识是学生凭直觉、生活经验得出的一个前概念，这个前概念与两千多年前亚里士多德的思想不谋而合. 尽管上课时， 教师会演示一系列实验，学生看得很兴奋，课堂气氛很好。可难免还是会出现“ 说说都懂， 做做都错”的尴尬局面。这其实也说明了习惯思维已在学生脑海中留下了很深的烙印，潜意识里他们仍认为物体越重下落得越快。对于这种佯谬，笔者认为学生在结束“自由落体运动”新课后，已经不存在知识性问题，但为什么学生在解题时就会出现错误？其实， 这可以在“落体运动”概念的发展史中可以找到答案。从亚里士多错误概念的提出到伽利略操作“比萨斜塔实验”终结错误概念之间近两千年的时间内，为什么人们没有怀疑它？因为人们想当然了。所以对这个问题教师不要期待能“ 毕其功于一役”，只有反复刺激，重复刺激，在反复的过程中， 逐步瓦解学生思想中这个错误的前概念。
例子之二就是所谓“热质佯谬”。按照热质说，温度高的物体含有较多的热质，温度低的物体含有较少的热质，热质不能产生也不能消灭。后来的摩擦生热的实验特别是1977年美国科学家戴维在一个把冰块同周围环境隔离出来的真空容器里。使两块冰互相摩擦而融化成为水。从而他断言热质是不存在的，热质说被否定了，热质“佯谬”也就消失了。人们认识到热是一种运动的观点代替了热质说。这个观点现在演变成了，物体是否含有热量的一个前概念错误，继续在迷惑着学生，要解决这个概念混乱，需要教师耐心的改变学生的惯有思维。
二、物理佯谬可以很好的激发学生的求知欲，强化物理概念的理解
高一学生在学习“直线运动”时，会碰到瞬时速度的概念： 运动物体经过某一时刻（ 或某一位置）的速度。如果是简单的概念灌输，举一些生活中常见的事例，如汽车上的速度计随着行驶的快慢而改变，学生都可以接受这个概念。但这是否意味着他们真的理解了呢？课后有学生提出：物体要发生位移只能在一段时间内，而在某一时刻物体不会发生位移，那又怎么会有速度呢？一些基础较好的同学特别容易在这问题上钻牛角尖。
这里涉及了古希腊一个著名的“飞矢不动”佯谬。公元前五世纪埃利亚哲学家芝诺提出：飞着的箭在任何瞬间都是既非静止又非运动的， 如果瞬间是不可分的，箭就不可能运动，因为如果它动了，瞬间就立即是可以分的了。但是时间是由瞬间组成的，如果箭在任何瞬间都是不动的，则箭总是保持静止。所以飞出的箭不能处于运动状态。看似简单的问题，把当时那些自鸣得意的哲学家震惊得不知所措。这个著名的运动悖论为两千年后的第二次数学危机（ 关于微积分的大争论） 埋下伏笔，要解决这个问题必须引入极限思想，利用微积分的手段。因此这个悖论直到两千年后才被真正解释。在如今的中学物理课堂中，教师利用气垫导轨及光电门测“瞬时速度”可以比较有效地帮助学生突破难点， 即极短时间内的平均速度非常接近于瞬时速度。这里引入了极限的思想，对于高一学生建立这样一种思维方式是有难度的，但可以为学生在下次涉及极限概念的理解时做一个铺垫。
另一个例子就是有关洛仑兹力做功的佯谬。很多学生在这个问题上疑窦丛生。我们知道，载流导体在磁场中要受到安培力的作用，当导线运动时安培力就要做功，但是我们知道，安培力是洛仑兹力的宏观表现，而洛仑兹力的方向是始终与电荷的运动方向垂直的，因此它永远不做功。这样就产生了洛仑兹力不做功，而为什么安培力却能做功的问题。下面通过一个实例来讨论。如图一所示电路，在匀强磁场B中有一长为L载有电流I的导线ab在安培力F作用下以速度向右滑动。
显然F作了功。但这与作用在导线中自由电子上的洛仑兹力不做功并不矛盾。因为这时导线中的自由电子除了以平均速度v，向上定向运动之外又附加了一个随导线一起向右运动的定向速度u，因此电子对观察者的真正速度为，它所受到的洛仑兹力为，如图二所示。由此可见，洛仑兹力f与电子的合速度仍是垂直的，故不做功，但洛仑兹力的一个分力垂直于导线，与导线运动方向一致，它在做正功。导线上所有定向自由电子所受的通过微观机制传递给导线就产生了宏观上的安培力。所以安培力做功在实质上是指洛仑兹力的一个分力在做功，而洛仑兹力的另一个分力了的方向是平行于导线，它与电子运动的方向，正好相反，所以作负功，且两个分力所做的总功之和为零，整个洛仑兹力并不做功。
总之，洛仑兹力在总体上不做功，但它却起着重要的能量传递的作用。因为它的两个分力都做功，一个做正功，一个做负功。我们说洛仑兹力是产生动生电动势的非静电力，就是因为它的分力做正功的缘故。电动机把电能变成机械能，发电机把机械能转变为电能，就是洛仑兹力起着转手作用。认识不到洛仑兹力两个分力同时做功这个特点，就看不清其中能量转换的关系。其实力学中摩擦力也起过这种类似的转换作用。
对这类佯谬的分析能让学生对物理概念有深刻的理解，从思维层次上激发学生的学习兴趣，使学生在思维上有质的提升。
三、利用物理佯谬进行教学的几点建议
1.引入物理典型佯谬，进行科学精神教育时不要牵强附会，要引用那些确实能自然而然引起师生情感共鸣的材料，适当地加以强化，不然可能激起学生的逆反心理而适得其反。
2.教师要真正体会佯谬的含义，注意其与错误的不同，由悖论可以导致矛盾或错误，但不是所有的错误都是由佯谬引起的.有些教师教学过程中过于强化某个概念而忽视其适用条件引起的错误并不是佯谬.利用物理佯谬进行教学并不是一般的提出错误并进行纠正，它对教师的专业素质有更高的要求。
3.教师要认识到利用物理佯谬进行教学的适用对象和适用场合.首先，在给学生介绍新的物理知识时不宜采用，这样会干扰学生对知识的基本理解。其次，要根据学生的思维特点和认知水平合理使用，事实上，它更适用于“英才教育”。佯谬如果利用不好，可能引起更大的错误，教师应提高警惕，不要滥用.
4.根据物理佯谬的不同特点，进行多样化课堂教学。当导出的佯谬学生较容易否决时，教师可进行类似“问题教学”；当导出的佯谬难度较大时，可让学生进行小组讨论式的“合作性学习”；当由佯谬导出的结论自相矛盾时，可让学生进行“角色扮演”，分成正反方进行辩论。
总之，物理佯谬是物理学科的特征之一，应用物理佯谬及其思想，优化高中教学的途径是多种多样的.教师要优化自己的教学方法结构，根据不同教育对象的不同特点，灵活运用。