要讓物理實(shí)驗(yàn)回歸科學(xué)

張貴林

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，伴隨著新課程改革的深入，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)愈加重視，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求也越來越高，尤其是對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的要求更高.但是，縱觀現(xiàn)在物理課堂，熱鬧增加了，偽科學(xué)卻增多了，偏離了科學(xué)的本質(zhì).本文結(jié)合教材的編寫和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐談幾點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí).

1為探究而探究

許多老師為迎合新課程理念，體現(xiàn)課改精神，一味追求科學(xué)探究，尤其在公開課、展示課中，盡可能用到科學(xué)探究的全過程，刻意在探究過程上追求“完善”，不考慮課堂教學(xué)實(shí)際，放手讓學(xué)生“探究”.其實(shí)，教師的引導(dǎo)是必不可少的，新課程不是削弱了教師的主導(dǎo)作用，而是對(duì)教師提出了更高的要求.不是每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是重復(fù)前人的腳步，實(shí)際上，有許多科學(xué)成果是在科學(xué)家靈感和敏銳的洞察力中發(fā)現(xiàn)的，而非認(rèn)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行主動(dòng)探究結(jié)果.如電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，雖然法拉第是有目的的研究，但他是經(jīng)過了十年的刻苦探究，有過千萬次的失敗，顯然我們的學(xué)生不可能在一節(jié)課重復(fù)法拉第的實(shí)驗(yàn)過程.筆者聽過“法拉第的發(fā)現(xiàn)”兩節(jié)課，一位老師是這樣上課的：先提出問題：“奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電生磁，那么磁也能產(chǎn)生電嗎？”學(xué)生猜想：能（不能）；又問：“如何驗(yàn)證猜想呢？”學(xué)生回答“實(shí)驗(yàn)”.然后放手讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等，一節(jié)課課堂很熱鬧，教師也在分頭指導(dǎo)，忙得不亦樂乎.但下課鈴響了，也沒個(gè)所以然.另一位教師上課時(shí)首先演示發(fā)電機(jī)，介紹結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生找出電池在什么地方？（沒找著）接著，手搖發(fā)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮了.提出問題：“燈泡的電是從哪來的？”（是發(fā)的電）接著問：“發(fā)電機(jī)發(fā)電的原因是什么呢？它有哪些重要結(jié)構(gòu)，對(duì)照電動(dòng)機(jī)，請(qǐng)思考.”學(xué)生很快總結(jié)出“定子、轉(zhuǎn)子”即“線圈、磁體”.問：你能思考怎樣產(chǎn)生電流嗎？學(xué)生討論后，介紹電流的顯示裝置“靈敏電流計(jì)”，教師組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并讓學(xué)生觀察同時(shí)讓電表指針轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“發(fā)出電了”.這時(shí)提出問題“如何才能產(chǎn)生電流呢？”學(xué)生很快自己選擇器材，連接好電路.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，此時(shí)老師用多媒體投影問題：（1）電路斷開有電流嗎？（2）除掉磁體能產(chǎn)生電流嗎？（3）導(dǎo)線靜止能產(chǎn)生電流嗎？（4）順著磁感線方向、逆著磁感線方向運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生電流嗎？（5）運(yùn)動(dòng)方向與磁感線不平行，會(huì)產(chǎn)生電流嗎？這樣學(xué)生的探究變得有方向、簡(jiǎn)潔，很快得出結(jié)論.此時(shí)教師再補(bǔ)充“切割磁感線”概念，使用物理語(yǔ)言，讓結(jié)論更加準(zhǔn)確.兩節(jié)課比較，很顯然，后一節(jié)課效果較好.雖然在探究過程非嚴(yán)謹(jǐn)，但教師的主導(dǎo)作用突出了，實(shí)現(xiàn)了高效課堂.

2實(shí)驗(yàn)操作不嚴(yán)謹(jǐn)

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論.因此，實(shí)驗(yàn)的操作過程必須嚴(yán)謹(jǐn)，控制好相關(guān)變量，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可信度，使得出的結(jié)論是科學(xué)的.如觀察二氧化氮和空氣的擴(kuò)散裝置，下面的瓶子應(yīng)裝入二氧化氮?dú)怏w，因?yàn)槎趸拿芏却笥诳諝饷芏?，?dāng)抽掉玻璃板后，兩種氣體混合，這樣才能說明是由于分子熱運(yùn)動(dòng)造成的，不是外界因素引起的.當(dāng)然，如果將裝二氧化氮的瓶子放在上方，混合更快，效果更明顯，但這種做法就不科學(xué)，因?yàn)樵谥亓ψ饔孟戮蜁?huì)發(fā)生混合，不能說明現(xiàn)象由物質(zhì)分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的.一位老師在廣口瓶中放入硝酸，再向內(nèi)加入銅片，立即蓋上玻璃板，等生成二氧化氮后在上面倒扣一個(gè)廣口瓶，演示氣體擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，效果也非常明顯.但是這位老師的操作也是不科學(xué)的，原因是：生成二氧化氮的瓶?jī)?nèi)氣壓增大，在氣壓的作用下，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象.同樣，演示溫度越高、擴(kuò)散越劇烈的實(shí)驗(yàn)，用兩只燒杯盛水，分別滴入一滴有色液體，一只杯子用酒精燈加熱.這種做法也是錯(cuò)誤的，因?yàn)榧訜徇^程中，會(huì)出現(xiàn)對(duì)流現(xiàn)象，也會(huì)加快兩種液體混合，通過這種方法得出結(jié)論顯然是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?

3實(shí)驗(yàn)過程理想化

實(shí)驗(yàn)過程是一個(gè)動(dòng)手操作的過程，要考慮實(shí)驗(yàn)教程中會(huì)出現(xiàn)影響實(shí)驗(yàn)的客觀因素，不能在頭腦中做實(shí)驗(yàn)，誤導(dǎo)學(xué)生，將實(shí)驗(yàn)過程理想化.如測(cè)大氣壓的實(shí)驗(yàn)，原來教材通過物理學(xué)史的講述，很容易導(dǎo)入托里拆利實(shí)驗(yàn)，而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常科學(xué)、簡(jiǎn)潔的實(shí)驗(yàn).現(xiàn)在的物理教材卻改變了方式，從頭腦中引入實(shí)驗(yàn).如滬粵版教材是這樣引入的：“估測(cè)大氣壓”，將注射器活塞推至頂端，堵住前方小孔，在活塞下加鉤碼，“直到活塞開始被拉動(dòng)時(shí)為止”.如果按教材的做法，這個(gè)實(shí)驗(yàn)做起來操作麻煩，下面的的鉤碼是很長(zhǎng)的一串，但一個(gè)鉤碼至少50 g，控制起來很麻煩.尤其是“開始拉動(dòng)時(shí)”，這是一個(gè)錯(cuò)誤的提法，從理論上講，開始拉動(dòng)時(shí)，拉力略大于0，一個(gè)鉤碼就可以了.因?yàn)樽⑸淦鞯奶厥饨Y(jié)構(gòu)，頂端一定殘留空氣.實(shí)際上，當(dāng)將活塞拉到最大位置，拉力才更接近空氣對(duì)活塞的壓力.教材編寫者是受2005年江蘇省蘇州市中考物理試題的一道實(shí)驗(yàn)題啟發(fā)的，其實(shí)這道實(shí)驗(yàn)題本身也是理想化的，犯了紙上談兵的錯(cuò)誤，沒有動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，是用大腦想實(shí)驗(yàn)的.

4實(shí)驗(yàn)過于粗糙

教材安排實(shí)驗(yàn)過于粗糙，沒有章法.如滬粵版教材“探究杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)”，在觀察蹺蹺板后，立即讓學(xué)生設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，安排的記錄表格內(nèi)容有“左邊距離”、“右邊距離”這種粗糙的概念.現(xiàn)在學(xué)生使用的是現(xiàn)成的“研究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)器材，以此方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論顯然是粗糙的.在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，沒有弄清“平衡”、“支點(diǎn)”、“力臂”這樣的概念，即使學(xué)生按照教材程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，那也會(huì)讓學(xué)生得出錯(cuò)誤的結(jié)論“左邊的力×左邊距離=右邊的力×右邊距離”.其實(shí)這種設(shè)計(jì)是沒有目標(biāo)的“放羊式”教學(xué).老師在本課中的引導(dǎo)是必須的，因?yàn)椋骸白筮叺木嚯x”這提法本身是錯(cuò)誤的，你要通過演示讓學(xué)生明確使杠桿平衡的“距離”“不僅與作用點(diǎn)到支點(diǎn)距離有關(guān)，還與力的方向有關(guān)”，從而引出“力臂”的概念.原來教材安排介紹相關(guān)概念之后，再讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不是很好嗎？為什么要搞這樣的“花架子”呢？誤導(dǎo)了學(xué)生，更誤導(dǎo)了一些教師.

5實(shí)驗(yàn)不可操作

實(shí)驗(yàn)是一個(gè)動(dòng)手操作的過程，必須要根據(jù)學(xué)校條件和學(xué)生的自身水平，能操作、可操作.如經(jīng)常見到的實(shí)驗(yàn)題：沒有量筒，只有一架托盤天平，一個(gè)空瓶和一些水，請(qǐng)?jiān)O(shè)法測(cè)出未知液體的密度，寫出步驟、測(cè)量的物理量及密度的表達(dá)式.答案為：（1）用托盤天平測(cè)出空瓶的質(zhì)量m1；（2）將空瓶裝滿水用托盤天平測(cè)出瓶與水的總質(zhì)量m2 ； （3）將瓶中的水全部倒出再裝滿液體，用托盤天平測(cè)出瓶與液體的總質(zhì)量m3；（4）算出未知液體密度ρ.

“瓶裝滿水”能在天平中稱量嗎？實(shí)際上，天平稱量物體要加減砝碼，天平在不停的上下晃動(dòng)，“裝滿水”一定要“溢出水”，這是不允許的，即不可操作的；同樣一道關(guān)于不等臂天平如何準(zhǔn)確稱量物體質(zhì)量，有的資料上提供的一種方案是：“用刻度尺分別測(cè)出兩邊臂長(zhǎng)……”顯然，是想用杠桿平衡條件進(jìn)行計(jì)算，但實(shí)際操作也是不可能的，因?yàn)樘炱降牟坏缺凼菬o法用刻度尺量出其差別的.

物理實(shí)驗(yàn)是教學(xué)手段，也是教學(xué)內(nèi)容，是科學(xué)的.我們?cè)诮虒W(xué)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是重復(fù)科學(xué)家的研究足跡，而非人類摸索科學(xué)的足跡.人類只有一個(gè)法拉第（或很少），但更多的是科拉頓.我們的教學(xué)是要引導(dǎo)學(xué)生走法拉第的道路，少走彎路.教師不僅是引導(dǎo)者、合作者，但更多的是“先鋒官”.在茫茫沙漠中探險(xiǎn)，教師要提供指南針，這就是方向，是科學(xué)，是走向“沙漠綠洲”的金鑰匙.