“另類”物理實驗的處理策略

余勝華

一、“理想條件”類的實驗

所謂“理想條件”類的實驗，是指物理實驗的條件非常苛刻，教師在上課時因條件限制無法通過操作直接展示物理現(xiàn)象的實驗。對如此另類的“理想條件”類的實驗，教師不妨采取這樣的處理策略：一是確定影響物理實驗項目的要素，了解實驗現(xiàn)象的變化與什么有關(guān)；二是趨近該物理實驗項目的“理想”條件，通過實驗條件的創(chuàng)設(shè)，使影響要素逐漸趨近“理想條件”；三是得出邏輯關(guān)系，即通過現(xiàn)象和條件的因果關(guān)系分析，得出實驗現(xiàn)象與影響要素變化之間的邏輯關(guān)系；四是推理極限結(jié)論，即根據(jù)實驗現(xiàn)象與影響要素變化之間的邏輯關(guān)系，推理得出在“理想條件”下的實驗結(jié)論，化“不可能”為“可能”。

例如，在伽利略的斜面小車實驗中，教師可引導(dǎo)學(xué)生通過觀察得出以下結(jié)論：運動的小車在水平面上受到的阻力越小，小車的速度減小得越慢，運動的距離就越遠(yuǎn)。但如何得出不受力時小車將保持勻速直線運動這一結(jié)論呢？關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生理解小車的速度減小是由于受到阻力的作用。如果阻力消失，則阻礙作用就消失，但速度不會減小。通過這一正向的邏輯推理，學(xué)生就能夠把通過觀察物理實驗所獲得的感性認(rèn)識比較順利地過渡到理性認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)和掌握這一物理現(xiàn)象所蘊(yùn)含的規(guī)律。

伽利略的這一“理想實驗”，貴在將可行性實驗與正向邏輯推理緊密結(jié)合，實現(xiàn)了物理學(xué)史上思維方法的突破。

二、“現(xiàn)象不清”類的實驗

所謂“現(xiàn)象不清”類的實驗，是指僅憑肉眼觀察無法準(zhǔn)確描述現(xiàn)象的實驗。如，“交流發(fā)電機(jī)的電流變化”實驗要求幫助學(xué)生理解“交流發(fā)電機(jī)的線圈每轉(zhuǎn)動一周，線圈中的電流量就重復(fù)發(fā)生相同的變化”這一周期性的規(guī)律。然而，這一現(xiàn)象僅憑肉眼很難捕捉。

對這類實驗，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，抓住實驗現(xiàn)象變化的物理成因，根據(jù)量變和質(zhì)變，將動態(tài)過程加以合理分解，然后進(jìn)行深度剖析，使“模糊”變“清晰”。

以“體重計的讀數(shù)”實驗為例，該實驗要求學(xué)生通過實驗觀察：人站在體重計上，下蹲后靜止，體重計指針示數(shù)是如何變化的。

對于此類將運動過程通過攝像機(jī)錄像都難以看清的問題，教師應(yīng)在解剖實驗所產(chǎn)生的現(xiàn)象的過程上下功夫。人體運動可以劃分成三個過程：一是加速下降（由靜到動），二是減速下降（由動到靜），三是最終靜止。根據(jù)人體的受力分析和力與運動之間的關(guān)系，可以得出結(jié)論體重計指針示數(shù)先變小，后變大，最后不變。明晰過程后，如果再去觀察現(xiàn)象，就能對指針的擺動情況做到“心領(lǐng)神會”了。

此類實驗要想做到讓學(xué)生心里明白，教師須在在教學(xué)過程和分析上狠下功夫，準(zhǔn)確把握其因果變化的實質(zhì)。

三、“節(jié)外生枝”類的實驗

所謂“節(jié)外生枝”類的實驗，是指那些產(chǎn)生的現(xiàn)象與實驗者的心理期望有嚴(yán)重出入的實驗。對這類實驗，如果不加研究，一味地“想當(dāng)然”，主觀臆斷必然會受到客觀實驗現(xiàn)象的沖擊。如“用溫度計測量一杯熱水的溫度，示數(shù)如何變化”的實驗就是其中之一。

一種常見的分析認(rèn)為：玻璃泡先受熱膨脹，使液柱下降，示數(shù)減小，后因液體也受熱膨脹，溫度計示數(shù)又增大。而實際的觀察現(xiàn)象卻只有示數(shù)變大。雖然上述推理有被普遍認(rèn)可的傾向，但缺乏對其真實性的深入研究。玻璃泡內(nèi)表面與測溫液體的膨脹程度是決定液體示數(shù)上升下降的兩個關(guān)鍵因素。事實上，玻璃的熱膨脹系數(shù)要比測溫液體小得多，但它們的膨脹是同時發(fā)生的，故實驗中只有溫度上升現(xiàn)象發(fā)生。

因此，對待這類實驗，教師既要尊重實驗現(xiàn)象，敢于承認(rèn)自身的認(rèn)識偏差，努力尋找與期望相悖的實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的真實原因，又要根據(jù)教學(xué)需要，弱化干擾因素，讓“節(jié)外生枝”變得“順理成章”。

初中物理中的小實驗往往蘊(yùn)含大問題。教師只有不斷潛心研究物理實驗的條件和實驗教學(xué)中可能出現(xiàn)的情況，并想出解決問題的辦法，做出相應(yīng)預(yù)案，物理實驗教學(xué)才能恰到好處地發(fā)揮作用，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識物理現(xiàn)象的能力的發(fā)展，以及在教師引導(dǎo)下正確建構(gòu)物理科學(xué)知識。

（作者單位：江蘇省張家港市東渡實驗學(xué)校）