培育用物理實驗處理問題的基本立場

李華君 王福龍

（1.瀘溪縣教科所，湖南 瀘溪 416100；2.瀘溪縣第一中學，湖南 瀘溪 416100）

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗處于物理學科和物理教學的基礎地位.盡管基礎教育課程改革十分重視物理實驗，但現實的教學依然不盡人意.例如，人教版義務教育初中物理教材設計了大量的演示實驗、學生實驗及小實驗，但教科書一經選定，它對不同地區學生學習的適應性問題上仍然存在問題.教師的課程資源意識的淡薄，“舍去”不方便做的實驗，造成實驗的數量不足，學生參與的機會偏少.教學注重知識與技能的獲得，而弱化了知識社會文化的背景、蘊含的思想、觀念和方法等方面因素，導致物理實驗教學文化品位的降落.

如果確立了用實驗的方法處理問題的基本立場，那么我們就會引導學生自覺地用實驗的眼光發現問題，用實驗的方法與思想去分析與解決問題，這樣能使學生具備可理解的足夠經歷和體驗，從而幫助學生積累、豐富親身體驗和感受，使實驗教學中的科學與人文教育落到實處.對用物理實驗處理問題的基本立場的培育，可從以下方面進行探索.

1 通過物理實驗，提升學生的人文素養

人文素養的核心內容是對人類生存意義和價值的關懷，是一種為人處世的基本的“德性”、“價值觀”和“人生哲學”.物理學科以實驗為基礎，通過物理實驗提升學生的人文素養有著獨到的優勢.

1.1 發掘實驗的人文意義，善于對其進行“人文化表達”

物理實驗中蘊含的文化韻味，能使學生活得更自覺、更高尚、更高雅，讓學生擁有更開闊的心胸，更加重視其精神追求.然而，物理實驗的人文意義并不是物理實驗本身，而是實驗周圍彌漫著的、猶如空氣的文化氣息.這種氣息，是一種不易覺察的存在，教師適時的暗示與強化是學生知曉其存在的前提，這就要求教師以人文的眼光去發掘，并善于對其進行“人文化表達”.對物理實驗的人文化表達，指教師的目光不能只落在實驗的本身和知識結論的獲取，而應戴著人文的“有色眼鏡”，去發掘實驗中可以引申、類比、遷移與轉化的“元素”，并對學生適當地語言暗示，讓學生感悟與覺醒，以獲得一番覺悟與長進.例如，人教版義務教育課程標準實驗教科書·物理九年級（2006年版）94頁“浮力的大小”一節，在“想想做做”中的“造‘船’比賽”實驗，在學科知識的獲取上，是通過實驗，讓學生對浮力大小的初步認識，引導學生對“浮力的大小可能與什么因素有關”做出猜想.教師只要對實驗稍加處理，即不改變原實驗的初衷，把橡皮泥，捏成團，放入水缸中，學生觀察發現橡皮團沉入缸底，而水略有上升；再把一塊大小相同的橡皮泥捏成小船，放入水缸中，學生觀察發現，小船浮在水面，橡皮船與水接觸的面積擴大了許多；再把大小相同的橡皮泥，依然捏成團，放在小船上，學生發現小船承載著第2個橡皮團依然浮在水面.實驗現象的“新異”與“奇特”能使學生產生好奇和探究的沖動.至此，教師通過提問對學生進行暗示：同樣是橡皮泥，為什么有的沉入水底，有的浮在水面？這取決于它們各自在環境中的存在方式.一個人的生活也是這樣，是成功還是失敗，取決于自己在生活環境中的生活方式、行為方式和思維方式.而且，當你是一只小船的時候，你能否為別的人做點力所能及的事情？這樣的人文化表達，可以實現對單一知識教學局限性的超越，讓學生從實驗中體會“人生哲學”，獲得潛移默化的價值觀教育，積極的情感體驗，理性思維方式的培育和生命靈性的啟迪.

1.2 凸顯物理文化的隱性要素，提升實驗的文化品位

“物理文化是由世界歷代物理學家在創建物理學理論過程中，發現、創造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理語言符號、價值標準、科學精神、物理儀器設備以及約定俗成的工作方法的總和”.［1］還有學者認為“物理文化應該具備廣義文化的基本屬性，它的特殊之處在于它是以物理學工作者為中心、為創造者、為實踐者而向人類社會輻射的一種文化，它集中體現為物理學家的思想及思維模式、情感模式、行為習慣、價值標準、工作方法，等等.還包括以體現、表達物理思想、物理知識為目的的物質載體，或以物理探索為目的的儀器設備”.［2］對于物理文化的真正理解，在于我們能深刻領會和把握物理文化的實質精神.物理文化引入的根本目的不單在于對其科學性的弘揚，還在于對其自身的人文精神的發掘，從而使其更好地與人文科學緊密結合，使科學求真的理性思維與人文文化中那種至善、至美的追求結合，促進真、善、美的統一，人和自然的和諧統一，達到人類理想的文化的最高境界.［3］

可以看出，物理文化的“精神財富”涉及到精神要素、科學素養、社會價值觀等方面.傳統的實驗教學重視實驗技能和學科知識的獲得，弱化了以上處于“隱形”層面的物理文化要素，事實上，知識產生的社會背景、蘊含的思想、觀念和方法等隱形層面的東西正是物理教學文化品位的具體體現.也就是說，要提升實驗教學的文化品位，就必須讓以上要素得以明朗化.僅就科學方法而言，學者們提出了“物理科學方法教育應當采用顯性方式”，“顯性教育針對以往科學方法教育中存在的模糊、隨意等弊端，要求把科學方法的名稱、形式、內涵、條件、步驟等必須明確地傳授給學生.”［4］例如，人教版義務教育課程標準實驗教科書·物理九年級（2006年版）44頁“牛頓第一定律”的教學，教師可以從以下方面凸顯其文化品位：回避亞里士多德的錯誤認識，強調他對科學的巨大貢獻，應以唯物主義的觀點將科學家的貢獻與其本人所處的歷史及科學發展的時代聯系起來進行全面評價；分析亞里士多德錯誤原因和伽利略理想斜面實驗是針對亞里士多德忽視對物體的阻力而進行的，從而揭示全面思考和廣泛聯系的哲學思想；明朗“把可靠的事實和理論思維結合起來，可以深刻地揭示自然規律”這一重要的科學方法即“理想實驗法”；感悟伽利略大膽質疑，敢于向權威挑戰以及一代科學家為揭示真理而執著追求的科學精神.而且，通過對本節內容的教學，還可以凸顯的科學本質有：科學認識活動以實驗為基礎；科學是觀察與推理的必然結合；科學知識是暫定的和發展的.

2 用實驗的方法處理課本中的習題

現僅以義務教育課程標準實驗教科書·物理 （2006年版）的“動手動腦學物理”欄目的習題為例，說明用實驗處理物理習題的做法.

2.1 做到理論分析與實驗操作的結合，加強理論與實踐的天然聯系.

一些習題具有易操作的實驗背景和內容，要求學生根據題中的實驗情景，對產生的物理現象做出相關的理論分析和解釋說明，或者對會產生的現象和應得出的結論作出預料和判斷，有的還要求說明預料和判斷的理論依據.如八年級上冊49頁的第4題：在透明玻璃杯的杯底放一枚硬幣，再放一些水.把杯子端放到眼鏡的高度，再慢慢下移.當杯子下移到某一位置時，可以看到兩枚硬幣.做這個實驗，并解釋這種現象.對這一類型的習題，可幫助學生準備習題中涉及到的器材，讓學生仿照題中情景進行操作，驗證題中的現象和結論，從而把理論性分析與實踐性操作相結合，以加強理論與實踐的天然聯系.

2.2 挖掘習題隱含的“類”實驗，體會學科的基本特征和分析問題的基本方法

有的習題表面上涉及到的只是非實驗性的求解與計算，但隱含著重要的物理實驗類型，即“類”實驗.如八年級下冊29頁第5題：把電阻R1與R2并聯接入電路后，兩端所加電壓為24Ⅴ，如果R1為80Ω，通過R2的電流為0.2A，求R2.你能用兩種方法求出答案嗎？對這類習題，可先讓學生進行計算，然后讓學生試著用實驗的方法進行設計與測量，并在此基礎上進行歸納與拓展，將具體的實驗演化為有代表性的一類實驗，通過解答與實驗，解決的是一類典型的實驗問題.本題可演化為用給定一個電池阻，一個電壓表，一個已知阻值的電阻器R1和幾根導線，要求測出未知電阻器R2的阻值.

2.3 取材于習題的實驗制作與發明，培養學生的創新精神與實踐能力

一些習題本身就是實驗的操作或小制作，如九年級教科書90頁“動手動腦學物理”欄目的第3題“使水位保持一定的裝置”的制作，八年級下冊67頁“動手動腦學物理”的第3題要求“找來一些簡單的材料，自制一個指南針.”等等.有的習題要求用所學知識對一些實用的儀器與裝置的工作過程和原理進行理論分析，如八年級下冊78頁“動手動腦學物理”的第1題、第2題和79頁的第3題，分別要求說明水位自動報警器、溫度自動報警器、直流電鈴的工作原理.對這類習題，可幫助學生準備題中所列器材，讓學生動手制作，并把自制成果運用到實踐中去，以培養發明創造能力.盡管這樣的制作與創造的起點較低，但進行這種以原型制作為基礎的經常性的實驗制作活動，不但可培養學生的探索創新精神和創造發明意識，而且在發明創造能力的循序漸進和逐步提高中，培養出新世紀所需的創造型人才.

3 對課本中的物理實驗進行改進

如圖1所示是人教版義務教育課程標準實驗教科書·物理九年級（2006年版）95頁“用溢水杯探究浮力的大小”的的實驗，可將圖1所示的裝置改為如圖2所示的實驗裝置，其中A、B為兩個規格相同的彈簧秤，C為重物，D為薄塑料袋（質量不計），E是用廢棄的大號飲料瓶、帶孔橡皮塞以及彎曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入紅色的水，F是升降平臺（搖動手柄，可使平臺高度緩慢上升、下降），G為鐵架臺.

圖1

對比圖1、圖2的兩組實驗，改進后的實驗與原實驗比較.其優點體現在：溢水杯中加紅色水，增加可見度；能同時顯示出物體所受的浮力大小和物體排開液體的重力大小；調節平臺F的高度.可觀察到物體受到的浮力隨排開液體體積的增大而增大；彈簧上端有鐵架臺固定，彈簧秤示數更穩定；薄塑料袋不計質量，彈簧秤B的示數直接反映物體所受的浮力大小；能減少圖1操作過程中因水的“損失”而給實驗所帶來的誤差.

圖2

4 增加物理實驗內容

教科書中的實驗是根據教學需要和現有實驗條件而設置的，這并不意味著把所有物理知識的獲得都配有相應的實驗，也并不意味著每一個實驗都具有理想的教學效果.教學中可根據實際情況增設教科書中沒有的實驗，或對一些實驗進行替換，以追求實驗教學的理想效果.

人教版義務教育課程標準實驗教科書·物理九年級（2006年版）87頁中的“托里拆利實驗”是大氣壓強的測量實驗，因為水銀有毒，因此實驗只能通過看“錄像”的方式進行.為了使實驗教學更有效，可增設用注射器進行測量的方法.實驗器材：注射器，彈簧測力計，刻度尺，尼龍繩.實驗步驟：① 把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔；② 用繩拴住注射器活塞的頸部，使繩的另一端與彈簧測力計的掛鉤相連，然后水平慢慢拉動注射器筒，當注射器中的活塞剛開始滑動時，記下測力計的示數F；③ 用刻度尺測出注射器全部刻度的長度為L，根據注射器的最大刻度V，計算得到活塞的橫截面積

5 以考試命題改革為導向，推進物理實驗的開放化

傳統實驗教學往往只關注課本中幾個固定的實驗內容，實驗的方式與過程體現在學生嚴格按照給定的器材，按照課本中固定的實驗步驟進行操作.而因為實驗資源的匱乏甚至使實驗教學落入“教師講實驗，學生背實驗”的怪圈.我們應為教學提供盡可能多的物理實驗資源，包括簡單易得的實驗器材及信息技術，以溝通物理與生活的聯系，讓學生在開放的實驗環境中體驗物理文化的價值，從而形成正確的價值導向.例如2007株洲市中考題：“旋蛋實驗”可以判斷一個雞蛋是生雞蛋還是熟雞蛋：在光滑的水平桌面上快速旋轉該雞蛋，用手制動后又立即釋放，如果雞蛋能“自動”轉動起來，那么這個雞蛋一定是________雞蛋，這是因為________.雞蛋是學生再熟悉不過的生活物品，實際生活中把玩雞蛋的學生可能并不多，而見過“自動”轉動的雞蛋的學生更是少之又少.設置既熟悉又陌生的物理情景，激發學生強烈的探究欲望，是本題立意所在.學生通過“旋蛋實驗”收獲的不僅是慣性知識本身，更重要的是收獲了一種意識和習慣——“生活中的物理無處不在，只有用心才能發現”.

物理學的發展推動科學技術的創新，而技術的進步也為物理學習與研究提供先進的設備與手段.實驗中采用傳感器可以做到數據采集、處理、描述的同步，如2011年中考試題中，南京市第32題，無錫市第33題，濟寧市22題的第（5）題等等都介紹了傳感器的實際運用.現代技術在實驗中的滲透不僅能提高實驗效果，而且能讓學生體驗到“物理與技術的交相輝映”.

1 解世雄.物理文化論.重慶：西南師范大學出版社，1996.5－6

2 厚宇德.物理文化與物理學史.杭州：浙江科學出版社，成都：西南交通大學出版社，2004.4

3 許靜.文化視野下的中學物理教學.天津市教科院學報，2010（8）：82—83

4 李正福等.從隱形到顯性：物理科學方法教育方式的重要變革.課程·教材·教法，2010（12）：71—74