對比教學是物理實驗探究的“牛鼻子”

在物理教學中，實驗是極為重要的教學手段，盡管多媒體技術的發(fā)展為物理課堂教學提供了豐富多彩的平臺，但物理實驗仍然發(fā)揮著不可代替的作用。“以實驗為基礎”是物理學科的基本特征，在實驗中探究，在體驗中學習，在探究中形成學科思想和學科方法，是物理教學的目標。對比教學是物理實驗探究的關鍵，是實現(xiàn)有效探究、提升學生科學素養(yǎng)的重要方法。實驗教學中合理運用對比法，不僅讓學生理解實驗現(xiàn)象背后隱藏的本質特征，準確把握知識間的異同點，使知識的順應和內化更流暢自然，還能幫學生養(yǎng)成嚴謹?shù)乃季S習慣、實事求是的學習態(tài)度，真正做到“在對比中學、在探究中悟”。

一、“意外”與“預設”對比，引發(fā)學生探究激情

新課程強調，課程與教學是整合的，它是由教材、教師與學生、教學情景、教學環(huán)境構成的一種動態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。實驗探究經難免會出現(xiàn)“意外”情況，這種“意外”也是一種教育資源，具有重要的教育價值和意義，如果能大膽地讓學生去探究“意外”產生的原因，將“意外”與“預設”進行對比處理，教學活動會更有效，學生的探究激情也能得到極大提高，達到“磨刀不誤砍柴工”的效果。

例如在探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關系時，已知變壓器原線圈匝數(shù)為100匝，輸入電壓為20V，做實驗時副線圈先選了200匝，然后接入一個大燈泡（220V，30W），發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很低，燈絲僅僅發(fā)紅，而把副線圈換成1100匝后，燈泡就可以正常發(fā)光了。為了再次說明這一情況，我隨手拿了一只小燈泡接入電路，輸入電壓調為3V，副線圈還是先選200匝，此時小燈泡發(fā)光，接著副線圈換為800匝，結果小燈泡卻不亮。面對這一現(xiàn)象，學生都懵了。我在黑板上寫下：“操作錯誤？教材結論出錯？”同學們開始討論不休，但無法得出一致結論。于是，我引導學生測量不接入燈泡時副線圈電壓的大小，結果副線圈上的電壓的確隨著匝數(shù)增加而升高，這說明教材說的沒錯，難道是操作不當？為解決大家的疑惑，我接著引導學生深入分析，原來線圈是有較大電阻的，與燈泡組成閉合回路后，副線圈相當于電源部分，線圈的電阻相當于電源的內電阻。當接小燈泡時，小燈泡電阻較小，當副線圈的匝數(shù)增加時，相當于電源的內電阻增加，小燈泡分得的電壓反而減少（當然還有漏磁等其它原因），自然無法發(fā)光。還跟學生說明以后碰到的線圈往往當作理想線圈（忽略電阻）。學生弄清楚來龍去脈之后，都舒心地笑了。

實驗過程中出現(xiàn)意外并非都是壞事，只要教師利用好這些發(fā)生在學生眼前的問題，引導學生分析，鼓勵學生深入分析，最終解決問題，學生就可以從“意外”中感受到探究的樂趣和成功的喜悅，這個體驗過程是非常有意義的。

二、教材實驗與創(chuàng)新實驗對比，提升學生創(chuàng)新能力

實驗的順利實施離不開實驗方案的設計，通過對比不同的實驗設計，變傳統(tǒng)式的“照方抓藥”，模仿重復的教學模式為探究式性教學模式，是提升學生創(chuàng)新能力的重要途徑之一。

例如在講摩擦起電時，教材中用毛皮摩擦橡膠棒及絲綢摩擦玻璃棒吸引紙屑等輕小物體，來說明橡膠棒或玻璃棒帶電，觀察兩者靠近時發(fā)生的現(xiàn)象，探究電荷間的相互作用。

方案1：用塑料吸管來做這個實驗，讓學生用食指和中指摩擦一根新的塑料吸管，會看到該吸管可以吸在手心上。再把摩擦過的塑料吸管放在倒扣在桌上的一次性杯子上，再摩擦另一根吸管，觀察當兩吸管靠近時，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。思考：手和吸管為什么相互吸引，兩根吸管為什么相互排斥？在探討和解決問題中，學生就會有所收獲。由于吸管很常見見，學生隨時可以實驗。

方案2：讓一個學生立在一塊較厚的（最好在5厘米以上）干凈干燥的泡沫塑料上，用一只手與放在另一塊干凈干燥的泡沫塑料塊摩擦數(shù)下，人體就帶了電（人體與泡沫塑料摩擦起電的效果很好。只要人不與其他導體接觸，人體上的電荷就不會跑掉，人就成了一個帶電體）。用帶電的手去接近放在桌面上的乒乓球，球就會向手滾過來，并追隨著手運動。這說明帶電體不但可以吸引輕小物體，也能吸引像乒乓球這樣較大的物體，實驗的可見度大，效果極為明顯。

再如在演示“超重與失重”現(xiàn)象時，教材的實驗是讓實驗者站在體重計上，在蹲下或站立過程中，觀察體重計讀數(shù)的變化。我們也可以找一根鋼鋸條或折一根富有彈性的竹條（柳條也可），在其一端系掛一重物（如砝碼、擺球、螺母等）。演示時，手握鋸條另一端，向上或者向下加速平動鋸條，則見鋸條與靜止時彎曲度的對比變化明顯，“超重和失重”現(xiàn)象顯見。

教師既要開發(fā)和利用生活中的實驗教學資源，又要發(fā)動學生，使他們成為實驗教學資源的開發(fā)者。這樣不僅可以開發(fā)和積累更多的新實驗教學資源，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實驗探究能力。

三、同一實驗不同方案差異性結果對比，提高學生思維嚴密性和科學精神

差異性實驗的開發(fā)與應用，已成為許多國家科學演示教學的研究課題。美國密蘇里大學教育學院就有一項“差異性實驗”研究計劃，作為一種科學教學的探究手段，收到了很好的教學效果。差異性實驗是指那些呈現(xiàn)的現(xiàn)象和結果往往是意想不到的、與一般人的“常識”有很大差異的實驗。它具有趣味性和強烈的認知沖突，可以提高學生思維嚴密性和科學精神。

例如在“內接法與外接法測電阻”的教學中，教師先引導學生分別用內接法和外接法測量同一只大電阻，學生以為同一只電阻的測量值應當相同。但分別用內接法和外接法測量，結果卻相差很大。同樣，測量小電阻也有很大差別。學生困惑：為什么用內接法和外接法測量同一只電阻，會產生如此懸殊的結果？這種對比測量結果產生了很強的差異性，引發(fā)學生強烈的認知沖突和認知失衡。在這種情形下，內接法和外接法的教學就會水到渠成，學生印象也特別深刻。

在物理教學中充分利用實驗探究這一魔方，通過對比教學，調動學生的思維，激發(fā)學生的熱情，就能真正實現(xiàn)物理課堂因實驗探究而生動，實驗探究因對比而深刻。