基于錯誤資源的物理實驗教學策略

實驗探究的綜合性強，對學生能力要求較高，既要熟練掌握各種儀器的操作方法，又要精心設計實驗方案，數(shù)據(jù)分析更要具備良好的數(shù)學功底，因此，實驗探究出現(xiàn)一些錯誤就不足為奇了，這些錯誤將成為實驗教學的重要資源。本文以蘇科版物理9上第十四章第三節(jié)“歐姆定律”的教學為例，闡述實驗探究中學生錯誤資源的類型及基于錯誤資源的實驗教學策略。

一、實驗探究中錯誤資源的類型

1.技能性錯誤

技能性錯誤指學生因缺乏操作技能和儀表讀數(shù)技能而產生的錯誤。“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗包括電流表、電壓表、滑動變阻器等眾多電學器材，實驗操作具有綜合性，主要表現(xiàn)在：（1）兩表怎樣接入、如何選擇量程、如何讀數(shù)？（2）滑動變阻器涉及四個接線柱，怎樣接入可以達到實驗目的？（3）電池盒電源的選擇。（4）連接電路應注意斷開開關，滑片移到電阻最大的地方。（5）探究活動暫停時，及時斷開開關。由于學生對每種器材掌握程度可能不一樣，一旦這些器材整合在一起后，在操作或讀數(shù)上就容易犯錯，成為實驗探究的障礙。

2.客觀性錯誤

客觀性錯誤指并非由于學生知識、能力等主觀因素造成，而是由于客觀因素的影響而造成的錯誤。主要表現(xiàn)為：（1）器材自身原因。其一，器材使用時間過長，致使局部損壞，影響測量準確性；其二，器材質量有問題，如，劣質電表在使用中指針來回晃動，影響學生收集數(shù)據(jù)，導致得不到正確的實驗結論；其三，器材設計復雜，如圖1，電池盒接線柱太多，電池的組裝和接線變成了難點，而這并不是實驗重點，人為地制造困難。（2）實驗綜合性強，只要一種儀器的使用存在短板，就會造成結論錯誤。（3）缺乏適度的引導，或沒有提供充裕的探究時間。第一種情況，探究盲目，導致學生“盲”中出錯；第二種情況，時間緊迫，導致學生“忙”中出錯。

3.生成性錯誤

生成性錯誤指在實驗探究中產生的、在教師預設之外的錯誤。怎樣利用這類錯誤資源，對教師的教學智慧是一種挑戰(zhàn)。在探究通過導體的電流與導體電壓的關系時，基于學生實際，預設的電路設計為圖2，預設的教學過程是：引導學生發(fā)現(xiàn)該電路只能收集一組數(shù)據(jù)，不能發(fā)現(xiàn)規(guī)律，再啟發(fā)學生如何獲得多組數(shù)據(jù)，學生想到改變電池個數(shù)來改變電壓和電流，最后從操作方便程度和采集數(shù)據(jù)連續(xù)性方面，說明該電路存在缺陷，從而引導出串聯(lián)一個滑動變阻器。在筆者按部就班教學時，有學生提出用電阻箱代替定值電阻R，通過改變電阻箱電阻來收集多組數(shù)據(jù)，該方案得到一些學生的認可，但該方案的最大錯誤是沒有控制R不變。

4.素養(yǎng)性錯誤

素養(yǎng)性錯誤指學生因缺乏科學素養(yǎng)所表現(xiàn)出的錯誤行為、習慣和意識。《義務教育物理課程標準（2011版）》指出，物理課程應“以提高學生科學素養(yǎng)為宗旨”，使學生“養(yǎng)成實事求是、尊重自然規(guī)律的科學態(tài)度”，“具有保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的意識”。回首課堂，實驗過程中學生篡改數(shù)據(jù)、拼湊數(shù)據(jù)的現(xiàn)象時有發(fā)生，而且學生節(jié)能意識淡薄，如，探究活動暫停，開關還一直閉合，沒有及時斷開開關。

5.觀念性錯誤

觀念性錯誤指學生將課堂探究與真正的科學探究等同起來，意識不到科學發(fā)現(xiàn)的艱辛與曲折，形成“物理發(fā)現(xiàn)不過如此”的錯誤觀念。學生探究的問題和模式都是由教材或教師給出的，而且教材中的各種提示為學生指明了探究方向。因此，學生感到概念規(guī)律的得出十分容易，順理成章，甚至感嘆自己生不逢時。但真正的科學探究都是在黑暗中摸索，沒有人可以引路，經過許多年、很多次的不斷猜測和實驗，仍有可能以失敗告終。這些情況，學生是沒有遇到也體會不到的。當介紹歐姆定律的發(fā)現(xiàn)經歷了約十年時間，付出了艱辛的努力時，學生在內心深處并不認同，他們認為一堂課的功夫就探究出歐姆定律，哪里來的“艱辛與曲折”？

二、基于錯誤資源的實驗教學策略

1.變“講授”為“探索”，促進實驗技能的構建

實驗儀器的操作都有一定的規(guī)范，正確操作實驗儀器是一項基本技能。在剛接觸新儀器時就要嚴格要求、熟練掌握，為今后的綜合探究夯實基礎。對實驗儀器的教學，有人提倡采用講授式，以師講生聽為主，而教學實踐證明，這種方法不易引起學生興趣，扼殺學生使用新儀器的欲望。科學技術在不斷發(fā)展，現(xiàn)在沒有的東西，可能明天就會出現(xiàn)，學生在未來的生活、工作中肯定會遇到許多新的科技產品，這些產品怎么使用，需要學生自己摸索。因此，物理課堂上，教師的一個重要職責就是培養(yǎng)學生探索新器材的能力，這是一種適應現(xiàn)代化生活的能力。

基于這些考慮，可以采用探索式教法，充分調動學生對新鮮事物的好奇心和探究欲。比如，教學“電流表的使用”，可以將教材內容編輯成儀器使用說明書的形式，在前面部分列出幾個注意事項，學生閱讀說明書后，試著去測電路中的電流。探索中，學生必然要經歷犯錯、反思、糾錯的過程，而這正是學生自我建構操作技能的過程，印象自然根深蒂固，同時，培養(yǎng)了學生使用新儀器的能力。又如，對電流表的讀數(shù)，教師先投影一組學生的表盤，但故意不顯示接線柱，如圖3，請學生讀數(shù)，有些學生馬上就報出讀數(shù)，但出現(xiàn)不同結果，還有學生猶豫不決，教師啟發(fā)學生為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象？學生反映，不知道接線柱。此時，學生就會明白，讀數(shù)先要明確接線柱或量程。接著，告訴學生是小量程，再請學生讀數(shù)，又出現(xiàn)了兩個答案：0.24A和0.28A。教師追問，到底哪個正確，為什么？引導學生要看清分度值，并回答不同量程下的分度值分別是多少？兩種量程、相同的偏轉角度，示數(shù)有何關系？經歷“發(fā)現(xiàn)問題、分析原因”的探索過程，學生自主完成讀數(shù)技能的構建，最后總結讀數(shù)步驟：先看量程，再看分度值。這種探索式教法同樣適合電壓表的使用與讀數(shù)，為探究歐姆定律作好技能鋪墊。

2.變“異常”為“正常”，營造良好的探究環(huán)境

每堂探究課都有預期目標和探究重點，而時間有限，所以，要為學生創(chuàng)造一個好的實驗環(huán)境，避免一些客觀的、非重點因素的干擾，為探究重點贏得更多時間。實驗器材使用時間過長或質量不過關，不能正常工作，學生在操作過程中就會麻煩不斷，影響探究情緒。尤其是測量類器材，比如電流表和電壓表，如果器材質量有問題，學生的數(shù)據(jù)能準確嗎？又談何發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中蘊藏的物理規(guī)律？因此，學校采購器材時應嚴把質量關，對有問題的器材要及時更換，同時，檢修器材也非常重要，特別是使用頻繁高、易損耗的器材。建議教研組抽出專門的時間和精力，集中檢修，一來減輕實驗員的工作壓力，二來掌握一些檢修技能。當提供的都是能正常使用的器材后，學生的實驗就不會受其他因素影響，從而保障探究正常進行。

3.變“錯誤”為“正確”，彰顯錯誤資源的價值

學生對教師問題的即時性反映，折射出學生的原始思維和創(chuàng)造性火花，這些想法有的是正確的，有的雖然錯誤，但能給教學啟發(fā)，其價值不亞于正確的創(chuàng)意。學生錯誤的想法里可能蘊藏著創(chuàng)新思維，我們要善于發(fā)現(xiàn)并加以利用。

例如，圖2中，用電阻箱代替定值電阻R的方案是錯誤的，但這種想法在研究通過導體的電流與導體電阻的關系時，卻可以派上用場。如圖4，用電阻箱代替定值電阻R，有以下優(yōu)點：其一，電阻箱是一種可讀出阻值的變阻器。初中階段學生對不能讀出示數(shù)的滑動變阻器使用頻率高，使用較熟練，但對電阻箱，教材只局限于讀出電阻大小，沒有機會讓學生體驗電阻箱的優(yōu)勢，而在這里，電阻箱的接線和讀數(shù)得到運用，體現(xiàn)了其教學價值，彌補教材的不足。其二，簡化實驗操作過程。本電路的連接在研究電流與電壓的關系時已經得到強化，因此，連接電路不是本探究內容的重點。當定值電阻R不斷改變時，該電路局部要不斷拆裝、重組，這在技能上只是簡單重復，缺乏教育意義。而換為電阻箱后，只要旋轉旋鈕就能快速改變電阻，不需要拆裝電路，為數(shù)據(jù)的采集與分析等重點內容爭取更多時間。其三，實驗探究提倡開放性，不應是封閉的，數(shù)據(jù)的采集要常態(tài)化。如果選教師提供的三個定值電阻，學生會想，為什么要選這幾個電阻？隨機一點不可以嗎？是不是也能得出反比結論？而這一系列問題均由電阻箱的使用得到較好突破，供選擇的電阻值范圍更廣、更靈活，為學生采集數(shù)據(jù)拓展空間，增加實驗結論的可信度。

4.變“說教”為“身教”，給學生潛移默化的影響

在實驗細節(jié)上，教師苦口婆心，諄諄教導，而學生一意孤行，當耳邊風，教學效果一直欠佳。什么原因呢？要學生低碳環(huán)保，教師自己在實驗教學中的一言一行、一舉一動反饋給學生的卻是鋪張浪費；要學生尊重實驗事實，不得篡改數(shù)據(jù)，教師卻圖方便省事，不做實驗，空降實驗數(shù)據(jù)；要學生表達準確，教師的教學語言卻欠科學性，甚至“腳踩西瓜皮，滑到哪是哪”。這樣矛盾的教學言行，怎能讓學生養(yǎng)成低碳環(huán)保的意識和實事求是的科學態(tài)度？要提升學生的科學素養(yǎng)，除平常注意要求外，更重要的是教師要加強自身修養(yǎng)，以身垂范，給學生樹立良好的榜樣。

5.變“單一”為“飽滿”，落實三維教學目標

探究教學不能僅局限于學生掌握物理概念和規(guī)律，還應將歷史上物理學家進行探究、獲得發(fā)現(xiàn)的歷史資料引入教學，通過歷史情境再現(xiàn)，展現(xiàn)科學研究方法，體驗科學發(fā)現(xiàn)的艱辛，實現(xiàn)教育價值最大化。

歷史上歐姆定律的建立過程與課堂上的科學探究有很大差異，將歐姆的探究過程和對他成功的分析補充到課堂中，可以使學生在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度上獲益。

在歐姆所處的時代，他遇到的最大困難與挑戰(zhàn)有以下幾點[1]：（1）當時的直流電源只有伏打電堆，最初用它進行實驗，電流不穩(wěn)定，未能獲得理想結果。后來，接受其他科學家的建議，將伏打電堆改為溫差電源，提高了電流的穩(wěn)定性，使測量結果更準確。這與他善于學習、關心科技發(fā)展、重視科學交流是分不開的。（2）在歐姆進行研究時，沒有現(xiàn)成的電壓表和電流表，也不知道如何測電阻，也就是說，I、U、R均無法測量，這些問題都得一一解決。歐姆巧妙地設計出電流扭秤，用磁針的扭角實現(xiàn)了電流大小的測量；用相同粗細、不同長度的銅導線來得到不同電阻；用溫差電池兩個接點的溫度差得到不同電勢差，這在當時是想象不到的，都是開創(chuàng)性研究。而且，歐姆憑直覺假定電流大小與扭秤的扭角成正比，電阻與導線長度成正比，而電壓與溫差電池的溫度差成正比。這種直覺思維，是科學創(chuàng)造力的重要表現(xiàn)。（3）歐姆定律發(fā)表后，遇到權威人士的反對甚至詆毀，認為他的理論是空洞的臆造，許多年后他的成果才得到科學界的普遍認同。為了科學研究，歐姆在孤獨與困難的環(huán)境中，自己動手制作儀器，堅持進行科學探索，把全部生命都奉獻給了科學事業(yè)，這種獻身精神是值得欽佩和學習的。

通過物理學史的引入，“歐姆”在學生思想里不再只是一個物理量的單位，“歐姆定律”也不再只是一個物理公式，它們匯成了一部有血有肉、富有立體感的科學勵志故事，深深地感染和激勵著學生。

參考文獻

[1] 李艷平，等.歐姆定律教學研究.中學物理教與學，2004（10）.