失敗實驗在中學物理教學中的運用

摘要：失敗實驗是由于某些原因沒有成功的實驗，包括偶然的實驗失敗和為了某種教學目的而人為的實驗失敗。在中學物理教學中，可以利用失敗實驗，培養學生的科學探究能力，幫助學生加深理解物理知識，培養學生的科學態度和價值觀。

關鍵詞：中學物理；失敗實驗：原因；運用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2012)3(S)-0006-3

失敗實驗是指由于某些原因造成沒有成功的實驗，它包括偶然的實驗失敗和為了某種教學目的而人為的實驗失敗。中學物理教學經常會發生實驗的失敗，如果教師對其缺乏正確引導和應用，往往會造成教學難以為繼。然而失敗實驗如果應用得當，則可以與成功實驗相輔相成，甚至可以起到成功實驗難以達到的教學功能。因此，探討失敗實驗在教學中的應用是一個很有意義的問題。

1 失敗實驗的原因

造成實驗失敗的原因是多種多樣的，主要有以下幾種：

1.1實驗設備故障

實驗時設備發生故障是實驗失敗的主要原因之一。例如用“電磁振蕩”演示儀做一個LC回路的電磁振蕩實驗，主要是用靈敏電流計來觀察電流的變化(方向不斷改變、大小不斷減小)。但筆者有一次上課時插上電源，打開電源開關，接著合上LC回路的開關后，電流表上的電流來回變化，可指針振幅較小。通過調節，振幅逐漸增大，可就在此時，電流表指針突然不偏了。當時查不出問題在哪里，課后發現原來是插座的保險絲斷了。這類情況在電學實驗中是會發生的。

1.2實驗條件不適宜

實驗的某些條件或周圍環境條件(如空氣濕度和光照)不適宜也往往造成實驗的失敗。例如在做“決定電容器電容大小因素”的實驗時，往往會遇到這樣的情況：當增大兩極板間距離時，靜電計指針并沒有如預期那樣變大。從原理上分析：依據CocS／d，當兩極板間距離增大時電容C會隨之變小，再由U=q／C可知，電勢差U將變大，而實驗中指針往往沒有什么大的變化。原來，該實驗需要在干燥的環境中進行，實驗前要將金屬板烘烤，以驅除潮氣，否則電容器極板上的電荷容易漏掉。如果上課前沒烘烤金屬板，容易造成實驗現象不明顯甚至失敗。

1.3實驗設計不合理

實驗設計不夠合理也會造成實驗不成功。例如在測定一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積時，用注射器將油酸酒精溶液一滴一滴地滴人小量筒中，筆者實踐發現，使用注射器時，如施加在活塞上的壓力如果控制不當，從針頭出來的油酸酒精溶液就會時而成滴，時而噴射，實驗往往半途而廢。

1.4準備不充分或遇偶發事件

演示實驗要充分準備，以確保實驗成功。若準備不夠充分或大意則很可能造成實驗失敗。譬如在演示“凝固和熔化”中海波熔化過程，筆者在另一個班級剛做過該實驗，試管中的海波倒掉后沒有洗刷便直接倒入新的海波。加熱用的水是從教室的飲水機上接的，約有60～70℃。第二分鐘時，海波便開始熔化了，并且溫度計的示數在不斷升高。這樣就不能演示出如下現象：當海波加熱至熔點時，開始逐漸熔化，熔化過程溫度不變，直至完全熔化后，繼續加熱，溫度才開始升高。

2 失敗實驗的運用

教師可以通過改進實驗方法、做好實驗前準備以及提高自身的教學機智和實驗素養等途徑，在實驗教學中減少失敗的幾率。另一方面，失敗實驗也是一種難得的教學資源，只要合理開發和利用它們，可以發揮它們應有的教學功效。

2.1利用失敗實驗，培養學生的科學探究能力

在課堂上或多或少都會遇到實驗失敗的情況，如果教師沒有很好的應變能力，教學就很難順利進行。但是教師可以利用失敗實驗帶來的生成性資源，引導學生探究實驗失敗的原因，一方面能培養學生的科學探究能力，另一方面可以順利地與教學任務整合起來。例如筆者有一次上《電路》一節，連接好一個演示用的簡單電路，可開關合上數次均沒能使小燈泡發光，很認真地調試了幾次，實驗仍然未能成功。筆者當即順水推舟。提出了一個問題：我們來探究一下為什么電燈不亮?學生馬上活躍地討論起來，提出各種各樣的猜想：可能是電池沒電了；可能是開關壞了；可能是燈泡壞了：可能是某根導線斷了……接著筆者又問：你有什么辦法可以檢驗自己的猜想呢?學生提出各種檢驗的方法：換電池試試看，或者換開關、導線、燈泡試試看。筆者按照學生的思路，先換了電源，燈泡不亮；換了開關，燈泡仍然不亮；換了燈泡，電燈還是不亮；最后用兩根導線直接接到電路一根一根地查，終于查出是其中一根導線斷了。把這根導線換掉后，電路中的小燈泡就能發光了。這樣處理失敗實驗的教學，可以充分利用其中的隱性因素，讓學生探究實驗不成功的原因，讓他們成為學習的主人，使學生的智慧得到盡情地展現。

在教學中，也可以有意設置一些失敗實驗去訓練學生科學探究的能力。例如在本文前面提到的“決定電容器電容大小因素”的實驗，教師可以設置失敗實驗，并引導學生分析討論實驗失敗的原因。他們可能會提出各種各樣的解釋，教師引導學生思考如何來證實自己的解釋。教師和學生一起經歷這樣的實驗探究過程，對培養學生的科學探究能力有獨特的作用。

2.2利用失敗實驗，幫助學生加深理解物理知識

針對某些知識難點，可以設置一些實驗甚至是失敗實驗，來突破這些教學難點，幫助學生加深理解這些知識。例如在“測量小燈泡實際功率”教學中，要求學生明確實際電壓與額定電壓、實際功率與額定功率的區別，通常需要在實際電壓小于、等于和稍大于小燈泡額定電壓的情況下做實驗。學生在實驗過程中容易將電壓調得過高，把小燈泡燒壞。針對這種情況，筆者在學生實驗前設計了一個教學片斷：連接好實驗電路，閉合開關后，讓小燈泡兩端電壓略低于其額定電壓，然后慢慢調節滑動變阻器使燈泡兩端電壓逐漸升高。隨著電壓表示數的不斷增加，小燈泡從暗紅變成淺黃，然后發出耀眼的白光。當電壓表指針指向某一刻度時，突然間小燈泡熄滅了，并在玻璃泡內出現了少許白煙，電壓表的示數也迅速歸零。一些學生驚訝教師竟然把實驗搞砸了。筆者要求學生討論：小燈泡為什么會突然熄滅?通過討論，學生了解到“當用電器的實際電壓較長時間超過額定電壓時，就容易被燒壞”和“用電器在工作時，實際電壓不得超過其額定電壓”的道理。雖然在這個實驗中燒毀了一只小燈泡，但學生卻獲得了生動的體驗。印象深刻。隨后在進行分組實驗時，絕大部分同學不會貿然將小燈泡兩端的電壓調得過高，導致小燈泡毀壞。如此失敗實驗的運用，對學生今后正確使用電器也起了很好的警示作用。

2.3利用失敗實驗，培養學生的科學態度和科學作風

科學實驗是一個嚴謹的科學實踐過程。需要認真、嚴謹、實事求是、不怕困難、勇于進取的科學態度和精神。充分挖掘與利用失敗實驗中所隱藏的積極因素，可以培養學生的科學態度和科學作風。

譬如在進行“安裝直流電動機”的教學時，學生按要求安裝電動機模型。有兩組學生在安裝時沒有成功，他們顯得十分焦急。對其中一組，筆者檢查了他們的安裝后。啟發他們：你們的接線方法是對的，為什么電動機轉不起來呢?并對他們加以鼓勵，讓他們自己去找答案。這一組學生經過努力，發現原來是導線接觸不好，把導線調整好后，實驗成功了。對另一組，筆者啟發他們：你們為什么這樣接線?這樣接線與正確接線不同在什么地方?這一組學生經過努力，發現自己的接線不對，把線路接對了，實驗也成功了。在教學中，利用失敗實驗的契機，恰到好處地啟發學生，鼓勵學生不灰心、找原因。學生在糾錯的過程中，不僅學會了實驗的知識和技能，更懂得了“失敗是成功之母”和“科學路上無坦途”的道理，同時無形之中得到了科學態度和精神的培養。

在學生實驗中，盡管教師再三叮囑實驗步驟和操作規范，許多學生動手操作時照樣我行我素，錯誤不斷。這時，教師可以干脆“以錯糾錯”，也就是教師進行錯誤的實驗，讓學生來點評錯在哪里。例如在“溫度與溫度計的使用”教學中，針對學生錯誤的操作。可以有意不按溫度計的使用規則進行演示：溫度計的玻璃泡觸碰到了盛液體的燒杯底部；將溫度計從液體中取出后讀數；斜視溫度計讀數……要求學生一一糾正教師的錯誤操作并說明理由。通過這樣的實驗糾錯的活動，有助于學生養成正確使用溫度計的習慣，加深對溫度計使用規范的理解和掌握。

總之，對于失敗實驗，教師若能通過分析及時找到失敗原因，并進行正確處理加以利用，不僅可以將失敗實驗轉化為難得的生成性教學資源，培養學生的探究能力、科學素養和科學精神，促進他們物理知識的理解和掌握，對于教師自身來說也是一次十分有益的職業成長體驗，有利于教學機智和實驗素養的不斷提高。

(欄目編輯 趙保鋼)