從真做實(shí)驗(yàn)到做真實(shí)驗(yàn)

陳利軍

(江蘇省淮陰中學(xué),江蘇 淮安 223001)

從真做實(shí)驗(yàn)到做真實(shí)驗(yàn)

陳利軍

(江蘇省淮陰中學(xué),江蘇 淮安 223001)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到普遍重視,教學(xué)中也真的帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn),但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在實(shí)驗(yàn)原理有科學(xué)性錯誤、實(shí)驗(yàn)操作難度太大、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示偷梁換柱等偽實(shí)驗(yàn).教師只有把握好開發(fā)實(shí)驗(yàn)的原則,深入研究疑難實(shí)驗(yàn),借鑒其他版本教科書中的實(shí)驗(yàn)才能避免實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)偽實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)從真做實(shí)驗(yàn)到做真實(shí)驗(yàn)．

真實(shí)驗(yàn); 偽實(shí)驗(yàn); 實(shí)驗(yàn)原理; 實(shí)驗(yàn)操作

1 問題的提出

實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)得到落實(shí)．教師基本上都能夠按照要求開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),帶領(lǐng)學(xué)生完成分組和演示實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)從黑板、屏幕到實(shí)驗(yàn)室重大轉(zhuǎn)變,即實(shí)現(xiàn)了真做實(shí)驗(yàn)．通過真做實(shí)驗(yàn),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會獲得很多親身體驗(yàn),獲得的直接經(jīng)驗(yàn)要多于、優(yōu)于在教室的黑板和投影屏幕上獲得的.這能更好地為學(xué)生進(jìn)行理論探究、構(gòu)建物理概念、理解物理規(guī)律、習(xí)得物理方法等奠定基礎(chǔ),提高物理課堂教學(xué)效率．真做實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和綜合素養(yǎng)也有很大幫助,從而有效提升物理課堂的質(zhì)量．然而,在教學(xué)中有一些實(shí)驗(yàn)存在不足之處,比如實(shí)驗(yàn)原理存在科學(xué)性錯誤、實(shí)驗(yàn)操作難度太大學(xué)生不能順利完成、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示偷梁換柱等,這些實(shí)驗(yàn)屬于物理教學(xué)中的偽實(shí)驗(yàn),對學(xué)生而言不僅起不到正面促進(jìn)作用,還會造成負(fù)面影響．在物理教學(xué)中,要讓物理實(shí)驗(yàn)對物理教學(xué)發(fā)揮更大的作用,就不僅要真做實(shí)驗(yàn),還應(yīng)該拒絕偽實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)做真實(shí)驗(yàn)．所以教師有必要更深入研究實(shí)驗(yàn),盡量避免在教學(xué)中出現(xiàn)錯誤的物理實(shí)驗(yàn),避免偽實(shí)驗(yàn)給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來困惑,為新知識的學(xué)習(xí)埋下隱患．

2 需要改進(jìn)的3類偽實(shí)驗(yàn)

課堂中的偽實(shí)驗(yàn)有些是照搬教科書上的實(shí)驗(yàn)方案造成的,有些是教師根據(jù)教學(xué)的需要自己開發(fā)的．認(rèn)清偽實(shí)驗(yàn)的類型,可以讓教師盡量減少在教學(xué)中出現(xiàn)偽實(shí)驗(yàn),更從容開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)．常見的偽實(shí)驗(yàn)有實(shí)驗(yàn)原理本身存在科學(xué)性錯誤、實(shí)驗(yàn)操作存在問題、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示偷梁換柱等．

(1) 實(shí)驗(yàn)原理不科學(xué).

圖1

實(shí)驗(yàn)原理是指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論依據(jù),所以實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性非常重要．在教材中,有些實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí),由于不重視實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)際之間的差異,想當(dāng)然的在電腦上、在辦公室臆想實(shí)驗(yàn),使得實(shí)驗(yàn)的原理從一開始就背離實(shí)際,出現(xiàn)科學(xué)性錯誤．由于實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性,加上教師對一些具有迷惑性實(shí)驗(yàn)研究不夠深入,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)想當(dāng)然構(gòu)建“理想化條件”,理論上看起來很完善,能夠達(dá)到很好的預(yù)期效果,但實(shí)際效果與預(yù)期卻大相徑庭．例如,在人教版必修圓周運(yùn)動部分有一個(gè)實(shí)驗(yàn):“光滑桌面上一個(gè)小球由于細(xì)線的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運(yùn)動．小球受到幾個(gè)力的作用?這幾個(gè)力的合力沿什么方向?(文獻(xiàn)[1]中圖5.6-2,本文圖1)”

在實(shí)際操作中,如何才能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求的“光滑桌面”或者接近光滑,這很難實(shí)現(xiàn),除非有氣墊的桌面,但現(xiàn)在沒發(fā)現(xiàn)有氣墊桌面．不光滑就沒有辦法實(shí)現(xiàn)“勻速圓周運(yùn)動”．所以這個(gè)實(shí)驗(yàn),原本想讓學(xué)生增加體驗(yàn),獲得感性素材累積,然而由于實(shí)驗(yàn)原理不科學(xué),導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)背離實(shí)際,不僅不能達(dá)到預(yù)期,反而會給學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生困惑,比如小球所受合力方向的判斷,從而影響向心力方向的判斷和向心力概念的順利得出．

(2) 實(shí)驗(yàn)操作難以完成.

教材中也出現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)操作難度過大,對實(shí)驗(yàn)的操作技能要求特別高．看起來每一個(gè)步驟都很完美,可惜絕大多數(shù)學(xué)生幾乎無法完成實(shí)驗(yàn)操作．例如,在人教版必修2探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,給出了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)參考方案,其中參考案例2如下： “如圖7.6-2(本文圖2),使小車在橡皮筋作用下彈出．第2次、第3次……操作時(shí)分別改用2根、3根……同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位置被彈出．……”[2]本實(shí)驗(yàn)是人教版教材在最新一次印刷時(shí)新修訂的,但本實(shí)驗(yàn)仍存在如下4個(gè)問題: (1) 小車在運(yùn)動過程中受到的摩擦力很大,這會帶來很大的誤差; (2) 橡皮筋比較短,導(dǎo)致小車運(yùn)動的位移比較小,不能完全反映出其加速、勻速的過程,如果勻速階段打下的點(diǎn)太少則無法求出小車的末速度,而無法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析; (3) 運(yùn)動過程中,小車容易偏離直線; (4) 如果要減小摩擦力帶來的誤差,就需要平衡摩擦力．如果要求學(xué)生完成該步驟,操作難度非常大,很多學(xué)生無法完成,雖然在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中就有這一實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和要求,但這一高難度的操作幾乎沒有學(xué)生達(dá)標(biāo)．這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生幾乎無法完成,預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果無法達(dá)成．

圖2 由橡皮筋提供牽引力

(3) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中偷梁換柱.

圖3

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師會根據(jù)教學(xué)需要自己開發(fā)實(shí)驗(yàn),這是值得點(diǎn)贊的．但教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)會存在演示的現(xiàn)象與所要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋车蓝Y．本來要演示的是A現(xiàn)象結(jié)果卻展示的是B現(xiàn)象．甚至教師都不知道自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)“偷換了概念”、“移花接木”、“偷梁換柱”．這一類偽實(shí)驗(yàn)給學(xué)生傳遞了錯誤的信息,對物理教學(xué)有很大危害．例如,一次在高二教研活動中,教師為了給學(xué)生演示靜電現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了不少有趣的靜電演示實(shí)驗(yàn),例如電吹風(fēng)、披頭散發(fā)、氣球吻書、靜電防護(hù)、靜電屏蔽等,這些實(shí)驗(yàn)由教師帶領(lǐng)學(xué)生合作完成,對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)學(xué)生更高效學(xué)習(xí)物理有很大幫助．畢竟,單調(diào)、空洞地講解永遠(yuǎn)比不上自己動手親身體驗(yàn)．物理教學(xué)中,講給學(xué)生聽不如用儀器演示給學(xué)生看,教師演示不如學(xué)生自己動手體驗(yàn),使用現(xiàn)成的儀器不如使用師生自己制作的裝置．帶領(lǐng)學(xué)生一起設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)教具,不但可以使學(xué)生鞏固所學(xué)知識、增加學(xué)習(xí)體驗(yàn)、提升創(chuàng)新思維能力和動手能力,還能豐富實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)設(shè)備．然而遺憾的是該教師的靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)屬于一個(gè)“偷梁換柱”的偽實(shí)驗(yàn)．其教學(xué)過程如下:用一個(gè)捕鼠籠和一臺收音機(jī)來演示靜電屏蔽,如圖3所示．先打開收音機(jī),調(diào)好臺,能聽到清晰的聲音,把收音機(jī)放入鼠籠,讓天線伸出鼠籠外,收音機(jī)聲音依然清晰,用手指把收音機(jī)天線慢慢按到鼠籠內(nèi),在手指沒有離開天線前收音機(jī)聲音依然清晰,手指一離開鼠籠,收音機(jī)節(jié)目信息消失,只有雜音,然后用手指伸進(jìn)鼠籠接觸天線,又獲得清晰的收音機(jī)信號,人手充當(dāng)了收音機(jī)天線．該教師認(rèn)為這樣就非常有效地演示了靜電屏蔽現(xiàn)象．上述的演示實(shí)驗(yàn)混淆了靜電屏蔽和信號屏蔽,此屏蔽非彼屏蔽,二者有本質(zhì)區(qū)別．

3 對策及建議

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中把握好開發(fā)實(shí)驗(yàn)的原則,深入研究疑難實(shí)驗(yàn),借鑒其他版本教科書中的實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)才能避免出現(xiàn)偽實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)做真實(shí)驗(yàn),順利達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)．

(1) 教師把握開發(fā)實(shí)驗(yàn)的原則.

教學(xué)中鼓勵教師自己開發(fā)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)是對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的有效補(bǔ)充,且更容易取得好的教學(xué)效果．教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該把握如下原則．① 科學(xué)性原則,實(shí)驗(yàn)的原理、操作、數(shù)據(jù)處理等都必須科學(xué)、規(guī)范,只有這樣才能向?qū)W生傳遞正確的知識,才能更好讓實(shí)驗(yàn)服務(wù)物理教學(xué); ② 簡單性原則,要求從設(shè)計(jì)原理上簡單、在能夠達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的前提下,盡量用簡單儀器,簡便操作,這樣學(xué)生更容易接受、理解; ③ 直觀性原則,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀性是衡量一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和教學(xué)效果好壞的重要指標(biāo),直觀性體現(xiàn)在物理現(xiàn)象直觀明白,體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和現(xiàn)象的解釋簡單明了,這就要求物理實(shí)驗(yàn)有很好的“能見度”,原理簡單,過程簡潔明了．

(2) 深入研究疑難實(shí)驗(yàn).

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,要有意識地去研究一些疑難實(shí)驗(yàn),搞清楚這一實(shí)驗(yàn)的原理、操作的邏輯聯(lián)系,并想清楚這些實(shí)驗(yàn)還可以如何改進(jìn)．這就需要教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能一味的拿來主義,一味的照本宣科．在研究實(shí)驗(yàn)過程中,教師要有質(zhì)疑的意識,從而能夠發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)有不科學(xué)、不合理的之處,帶著對實(shí)驗(yàn)的困惑,帶著對實(shí)驗(yàn)的思考去深入思考.通過研究改進(jìn)實(shí)驗(yàn),避免實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)科學(xué)性錯誤,甚至通過深入研究對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變式,最后能夠?qū)?shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新．當(dāng)然,要深入研究實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)前提是:教師要反復(fù)做實(shí)驗(yàn)與認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)理論．只有教師自己親自反復(fù)做實(shí)驗(yàn),才能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的不合理之處,才有可能對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),只有教師認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)理論,教師才能夠想明白實(shí)驗(yàn)中不合理之處為何不合理、怎樣才合理．

(3) 借鑒融合其他版本教材實(shí)驗(yàn).

圖4

1 張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2[M].北京:人民教育出版社，2016：20,70.

2 束炳如,何潤東.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2[M].上海:上海科技教育出版社術(shù)出版社，2011：44.

2017-05-12)