失敗實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用

摘要：失敗實(shí)驗(yàn)是由于某些原因沒有成功的實(shí)驗(yàn)，包括偶然的實(shí)驗(yàn)失敗和為了某種教學(xué)目的而人為的實(shí)驗(yàn)失敗。在中學(xué)物理教學(xué)中，可以利用失敗實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生加深理解物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；失敗實(shí)驗(yàn)：原因；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2012)3(S)-0006-3

失敗實(shí)驗(yàn)是指由于某些原因造成沒有成功的實(shí)驗(yàn)，它包括偶然的實(shí)驗(yàn)失敗和為了某種教學(xué)目的而人為的實(shí)驗(yàn)失敗。中學(xué)物理教學(xué)經(jīng)常會(huì)發(fā)生實(shí)驗(yàn)的失敗，如果教師對(duì)其缺乏正確引導(dǎo)和應(yīng)用，往往會(huì)造成教學(xué)難以為繼。然而失敗實(shí)驗(yàn)如果應(yīng)用得當(dāng)，則可以與成功實(shí)驗(yàn)相輔相成，甚至可以起到成功實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的教學(xué)功能。因此，探討失敗實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)很有意義的問題。

1 失敗實(shí)驗(yàn)的原因

造成實(shí)驗(yàn)失敗的原因是多種多樣的，主要有以下幾種：

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備故障

實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)備發(fā)生故障是實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因之一。例如用“電磁振蕩”演示儀做一個(gè)LC回路的電磁振蕩實(shí)驗(yàn)，主要是用靈敏電流計(jì)來觀察電流的變化(方向不斷改變、大小不斷減小)。但筆者有一次上課時(shí)插上電源，打開電源開關(guān)，接著合上LC回路的開關(guān)后，電流表上的電流來回變化，可指針振幅較小。通過調(diào)節(jié)，振幅逐漸增大，可就在此時(shí)，電流表指針突然不偏了。當(dāng)時(shí)查不出問題在哪里，課后發(fā)現(xiàn)原來是插座的保險(xiǎn)絲斷了。這類情況在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中是會(huì)發(fā)生的。

1.2實(shí)驗(yàn)條件不適宜

實(shí)驗(yàn)的某些條件或周圍環(huán)境條件(如空氣濕度和光照)不適宜也往往造成實(shí)驗(yàn)的失敗。例如在做“決定電容器電容大小因素”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)遇到這樣的情況：當(dāng)增大兩極板間距離時(shí)，靜電計(jì)指針并沒有如預(yù)期那樣變大。從原理上分析：依據(jù)CocS／d，當(dāng)兩極板間距離增大時(shí)電容C會(huì)隨之變小，再由U=q／C可知，電勢(shì)差U將變大，而實(shí)驗(yàn)中指針往往沒有什么大的變化。原來，該實(shí)驗(yàn)需要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)前要將金屬板烘烤，以驅(qū)除潮氣，否則電容器極板上的電荷容易漏掉。如果上課前沒烘烤金屬板，容易造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯甚至失敗。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠合理也會(huì)造成實(shí)驗(yàn)不成功。例如在測(cè)定一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積時(shí)，用注射器將油酸酒精溶液一滴一滴地滴人小量筒中，筆者實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，使用注射器時(shí)，如施加在活塞上的壓力如果控制不當(dāng)，從針頭出來的油酸酒精溶液就會(huì)時(shí)而成滴，時(shí)而噴射，實(shí)驗(yàn)往往半途而廢。

1.4準(zhǔn)備不充分或遇偶發(fā)事件

演示實(shí)驗(yàn)要充分準(zhǔn)備，以確保實(shí)驗(yàn)成功。若準(zhǔn)備不夠充分或大意則很可能造成實(shí)驗(yàn)失敗。譬如在演示“凝固和熔化”中海波熔化過程，筆者在另一個(gè)班級(jí)剛做過該實(shí)驗(yàn)，試管中的海波倒掉后沒有洗刷便直接倒入新的海波。加熱用的水是從教室的飲水機(jī)上接的，約有60～70℃。第二分鐘時(shí)，海波便開始熔化了，并且溫度計(jì)的示數(shù)在不斷升高。這樣就不能演示出如下現(xiàn)象：當(dāng)海波加熱至熔點(diǎn)時(shí)，開始逐漸熔化，熔化過程溫度不變，直至完全熔化后，繼續(xù)加熱，溫度才開始升高。

2 失敗實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用

教師可以通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、做好實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備以及提高自身的教學(xué)機(jī)智和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)等途徑，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中減少失敗的幾率。另一方面，失敗實(shí)驗(yàn)也是一種難得的教學(xué)資源，只要合理開發(fā)和利用它們，可以發(fā)揮它們應(yīng)有的教學(xué)功效。

2.1利用失敗實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

在課堂上或多或少都會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)失敗的情況，如果教師沒有很好的應(yīng)變能力，教學(xué)就很難順利進(jìn)行。但是教師可以利用失敗實(shí)驗(yàn)帶來的生成性資源，引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)失敗的原因，一方面能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，另一方面可以順利地與教學(xué)任務(wù)整合起來。例如筆者有一次上《電路》一節(jié)，連接好一個(gè)演示用的簡(jiǎn)單電路，可開關(guān)合上數(shù)次均沒能使小燈泡發(fā)光，很認(rèn)真地調(diào)試了幾次，實(shí)驗(yàn)仍然未能成功。筆者當(dāng)即順?biāo)浦?。提出了一個(gè)問題：我們來探究一下為什么電燈不亮?學(xué)生馬上活躍地討論起來，提出各種各樣的猜想：可能是電池沒電了；可能是開關(guān)壞了；可能是燈泡壞了：可能是某根導(dǎo)線斷了……接著筆者又問：你有什么辦法可以檢驗(yàn)自己的猜想呢?學(xué)生提出各種檢驗(yàn)的方法：換電池試試看，或者換開關(guān)、導(dǎo)線、燈泡試試看。筆者按照學(xué)生的思路，先換了電源，燈泡不亮；換了開關(guān)，燈泡仍然不亮；換了燈泡，電燈還是不亮；最后用兩根導(dǎo)線直接接到電路一根一根地查，終于查出是其中一根導(dǎo)線斷了。把這根導(dǎo)線換掉后，電路中的小燈泡就能發(fā)光了。這樣處理失敗實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，可以充分利用其中的隱性因素，讓學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)不成功的原因，讓他們成為學(xué)習(xí)的主人，使學(xué)生的智慧得到盡情地展現(xiàn)。

在教學(xué)中，也可以有意設(shè)置一些失敗實(shí)驗(yàn)去訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)探究的能力。例如在本文前面提到的“決定電容器電容大小因素”的實(shí)驗(yàn)，教師可以設(shè)置失敗實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生分析討論實(shí)驗(yàn)失敗的原因。他們可能會(huì)提出各種各樣的解釋，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何來證實(shí)自己的解釋。教師和學(xué)生一起經(jīng)歷這樣的實(shí)驗(yàn)探究過程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力有獨(dú)特的作用。

2.2利用失敗實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生加深理解物理知識(shí)

針對(duì)某些知識(shí)難點(diǎn)，可以設(shè)置一些實(shí)驗(yàn)甚至是失敗實(shí)驗(yàn)，來突破這些教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生加深理解這些知識(shí)。例如在“測(cè)量小燈泡實(shí)際功率”教學(xué)中，要求學(xué)生明確實(shí)際電壓與額定電壓、實(shí)際功率與額定功率的區(qū)別，通常需要在實(shí)際電壓小于、等于和稍大于小燈泡額定電壓的情況下做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中容易將電壓調(diào)得過高，把小燈泡燒壞。針對(duì)這種情況，筆者在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)了一個(gè)教學(xué)片斷：連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)后，讓小燈泡兩端電壓略低于其額定電壓，然后慢慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端電壓逐漸升高。隨著電壓表示數(shù)的不斷增加，小燈泡從暗紅變成淺黃，然后發(fā)出耀眼的白光。當(dāng)電壓表指針指向某一刻度時(shí)，突然間小燈泡熄滅了，并在玻璃泡內(nèi)出現(xiàn)了少許白煙，電壓表的示數(shù)也迅速歸零。一些學(xué)生驚訝教師竟然把實(shí)驗(yàn)搞砸了。筆者要求學(xué)生討論：小燈泡為什么會(huì)突然熄滅?通過討論，學(xué)生了解到“當(dāng)用電器的實(shí)際電壓較長(zhǎng)時(shí)間超過額定電壓時(shí)，就容易被燒壞”和“用電器在工作時(shí)，實(shí)際電壓不得超過其額定電壓”的道理。雖然在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中燒毀了一只小燈泡，但學(xué)生卻獲得了生動(dòng)的體驗(yàn)。印象深刻。隨后在進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，絕大部分同學(xué)不會(huì)貿(mào)然將小燈泡兩端的電壓調(diào)得過高，導(dǎo)致小燈泡毀壞。如此失敗實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用，對(duì)學(xué)生今后正確使用電器也起了很好的警示作用。

2.3利用失敗實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)踐過程。需要認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、不怕困難、勇于進(jìn)取的科學(xué)態(tài)度和精神。充分挖掘與利用失敗實(shí)驗(yàn)中所隱藏的積極因素，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)。

譬如在進(jìn)行“安裝直流電動(dòng)機(jī)”的教學(xué)時(shí)，學(xué)生按要求安裝電動(dòng)機(jī)模型。有兩組學(xué)生在安裝時(shí)沒有成功，他們顯得十分焦急。對(duì)其中一組，筆者檢查了他們的安裝后。啟發(fā)他們：你們的接線方法是對(duì)的，為什么電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)不起來呢?并對(duì)他們加以鼓勵(lì)，讓他們自己去找答案。這一組學(xué)生經(jīng)過努力，發(fā)現(xiàn)原來是導(dǎo)線接觸不好，把導(dǎo)線調(diào)整好后，實(shí)驗(yàn)成功了。對(duì)另一組，筆者啟發(fā)他們：你們?yōu)槭裁催@樣接線?這樣接線與正確接線不同在什么地方?這一組學(xué)生經(jīng)過努力，發(fā)現(xiàn)自己的接線不對(duì)，把線路接對(duì)了，實(shí)驗(yàn)也成功了。在教學(xué)中，利用失敗實(shí)驗(yàn)的契機(jī)，恰到好處地啟發(fā)學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生不灰心、找原因。學(xué)生在糾錯(cuò)的過程中，不僅學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)的知識(shí)和技能，更懂得了“失敗是成功之母”和“科學(xué)路上無坦途”的道理，同時(shí)無形之中得到了科學(xué)態(tài)度和精神的培養(yǎng)。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，盡管教師再三叮囑實(shí)驗(yàn)步驟和操作規(guī)范，許多學(xué)生動(dòng)手操作時(shí)照樣我行我素，錯(cuò)誤不斷。這時(shí)，教師可以干脆“以錯(cuò)糾錯(cuò)”，也就是教師進(jìn)行錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生來點(diǎn)評(píng)錯(cuò)在哪里。例如在“溫度與溫度計(jì)的使用”教學(xué)中，針對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤的操作。可以有意不按溫度計(jì)的使用規(guī)則進(jìn)行演示：溫度計(jì)的玻璃泡觸碰到了盛液體的燒杯底部；將溫度計(jì)從液體中取出后讀數(shù)；斜視溫度計(jì)讀數(shù)……要求學(xué)生一一糾正教師的錯(cuò)誤操作并說明理由。通過這樣的實(shí)驗(yàn)糾錯(cuò)的活動(dòng)，有助于學(xué)生養(yǎng)成正確使用溫度計(jì)的習(xí)慣，加深對(duì)溫度計(jì)使用規(guī)范的理解和掌握。

總之，對(duì)于失敗實(shí)驗(yàn)，教師若能通過分析及時(shí)找到失敗原因，并進(jìn)行正確處理加以利用，不僅可以將失敗實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為難得的生成性教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神，促進(jìn)他們物理知識(shí)的理解和掌握，對(duì)于教師自身來說也是一次十分有益的職業(yè)成長(zhǎng)體驗(yàn)，有利于教學(xué)機(jī)智和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的不斷提高。

(欄目編輯 趙保鋼)