初中物理實驗教學失諧的案例分析及其啟示

張 杰

（無錫市錫山區(qū)教育局，江蘇 無錫 214101）

注重實驗探究，不僅是新課程的基本理念之一，也是新課程的重要目標.然而受“分數(shù)至上”思想的影響，實驗教學在日常教學實踐中并沒有相應地得到加強，失去了實驗教學的和諧之音.

1 創(chuàng)設問題情景，點到為止

案例1.蘇科版8年級上冊教材“光的折射”教學片段.

（1）演示實驗：創(chuàng)設情景模擬叉魚.

（2）教學過程：儲物箱中裝大半箱水，在一塊泡沫板的下部畫一條小魚，并將泡沫板豎直插入水中，請一個學生上臺用一根竹簽叉泡沫板上的魚.教師剛講完要求，學生已處于躍躍欲試的興奮狀態(tài)，感覺叉魚很容易，何況泡沫板上的小魚是一條“死魚”.一個學生滿面春風地上臺叉魚，等泡沫板拿離水面時發(fā)現(xiàn)竹簽并沒有叉中魚時，頓時滿臉疑惑，離開講臺時還嘟嚕一句：“我明明看準了”.這時教室里象炸開的鍋一樣，沸騰了，不服氣者居多，紛紛表示想上臺一試.教師讓一個學生再次進行實驗，結(jié)果仍然沒有叉中，這時班級稍稍安靜一下，“為什么？”、“到底怎么回事？”等疑問在學生的大腦中盤旋.

（3）教師總結(jié)：你們想知道為什么嗎？等學完這節(jié)課后你就知道了.

上述案例，教師通過演示實驗創(chuàng)設的問題情景達到了一定的效果，但教師的總結(jié)使得情景創(chuàng)設僅停留在發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象和激發(fā)學生學習興趣上，把“情景”的作用降得太低了.“等學完這節(jié)課后你們就知道了”使得學生剛剛觸發(fā)的思維火花瞬時熄滅，對問題進一步探究的欲望戛然而止.通過演示實驗，創(chuàng)設問題情景不僅是為了激發(fā)學習興趣，增加學生對一節(jié)課的期待，也是課堂的起點和問題的原點，還是學生學習的出發(fā)點，一個問題可以超越模式的設計，引發(fā)思維.因此，以“情景”為中心設計物理實驗，展示物理過程，設計出具有思考價值和實際意義的問題，引導學生個體與群體去思考，去探究，去嘗試，在這一過程中促進學生對問題的解決.

為了更好地發(fā)揮創(chuàng)設情景的作用，可以進行如下的設計.

（1）引入課題：創(chuàng)設情景模擬叉魚（同上）.

（2）學生思考：確實是對準“看到”的魚叉下去的，為什么又叉不中？難道“眼見為實”有假？

（3）現(xiàn)象描述：對準“看到”的魚，竹簽叉中的位置在魚的上面，現(xiàn)象背后隱藏著什么規(guī)律呢？

（4）問題驅(qū)動：請大家先說一說“看到”的含義，例如用手能摸到“看到”的鏡子中的像嗎？為什么？再想一想，若魚也在空中，能叉不中嗎？但魚在水中，人在空中就叉不中了，那么光從水中到空中與空中到空中是什么因素導致結(jié)果不同？

（5）實驗變式：碗中放上水，將筷子放入水中，觀察看到的現(xiàn)象并描述.與竹簽戳中的位置在魚上方現(xiàn)象進行對比，嘗試能否將筷子末端比作“魚”，分析水中筷子“向上彎曲”的現(xiàn)象解釋叉魚而不中的問題？

（6）建立概念：光的折射現(xiàn)象及其規(guī)律.

……

問題的解決是認知的核心，教師的作用主要表現(xiàn)在引導學生在解決問題的過程中提取蘊含方法和能力的知識，通過分解和稀釋，根據(jù)學生的心理特點，把它轉(zhuǎn)化為學生的學習行為.上述設計，利用水中筷子向上彎曲現(xiàn)象遷移到叉魚不中難題，思考現(xiàn)象背后的原因，降低思維難度，誘發(fā)學生思考，讓學生在自我感悟中學習知識，體會方法，拓展思維空間.

部分教師受傳統(tǒng)教育的影響，重知識傳授，輕實驗設計，這是因為教師對實驗功能的理解不到位.Kerr J F把實驗的功能總結(jié)為10項內(nèi)容：（1）培養(yǎng)觀察和記錄能力；（2）培養(yǎng)科學思維習慣；（3）訓練操作能力；（4）訓練解決問題能力；（5）滿足實驗考試要求；（6）幫助理解理論知識；（7）證實科學事實和科學理論；（8）發(fā)現(xiàn)科學事實和科學理論；（9）激發(fā)和保持學習科學的興趣；（10）感受科學現(xiàn)象的真實性.實驗功能的界定不僅對學科教學具有指導作用，而且對理解實驗教學也具有借鑒價值.在日常教學中一些教師常常為了完成實驗而實驗，沒有深入思考實驗的功能并進行實驗設計，遇到能夠碰撞出思維火花的實驗設計時，往往不能抓住實驗現(xiàn)象背后蘊含的價值進行深度的挖掘.

2 解釋實驗現(xiàn)象，淺嘗輒止

案例2.探究定滑輪特點的教學片段.

（1）實驗演示：通過圖1、圖2、圖3用定滑輪勻速提升物體來探究定滑輪的特點（實驗中彈簧測力計已調(diào)零）.

（2）實驗現(xiàn)象：圖1～圖3對應彈簧測力計的讀數(shù)分別為F1＝2N，F(xiàn)2＝2N，F(xiàn)3＝1.8N.

圖1

圖2

圖3

（3）實驗結(jié)論：使用定滑輪不省力，但能改變施力的方向.

為什么F3＝1.8N？教師的解釋是彈簧測力計自身重量原因，加上自重0.2N，就等于鉤碼的重量.

質(zhì)疑：對F3＝1.8N的解釋對嗎？如何正確解釋這一現(xiàn)象？

教師對現(xiàn)象的解釋沒有涉及問題的本質(zhì)，淺嘗輒止.即使教師的解釋正確，也屬于結(jié)論式解釋，沒有因為這個解釋讓學生由疑惑到清晰，由不理解到理解.

圖4

如何化解學生心中的疑惑？需要先了解彈簧測力計的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示.實驗中的彈簧測力計是豎直向上將其調(diào)零，因為與彈簧相連的金屬片的重力作用，雖然指針指向零刻度，但彈簧已伸長Δl，即kΔl＝G金屬片；當彈簧測力計倒過來使用時，將彈簧測力計指針再次拉到0刻度時，需要外力F＝2G金屬片.對圖3中繩子和彈簧測力計掛鉤接觸點進行受力分析可知：G鉤碼＝2G金屬片＋F拉.因此，將彈簧測力計自重的說法改為與彈簧相連的金屬片重力引起的即可.雖然不需要向初中學生詳細解釋原因，但也不能給出錯誤信息.另外，當彈簧測力計在水平方向使用時，也涉及到調(diào)零問題，在此不再贅述.

教師對實驗現(xiàn)象解釋不合理，從表面上來看是教師對實驗現(xiàn)象缺乏思考，而深層次原因是教師的實驗技能和實驗素養(yǎng)不夠.2013年3月在我區(qū)級比賽基礎(chǔ)上，選拔24位初中物理教師參加無錫市的實驗操作技能大賽，其中一個實驗課題是：在光具座上模擬出近視眼，并進行矯正.實驗操作中有近半的教師先將蠟燭放在離凸透鏡較近的地方并在光屏上得到蠟燭清晰的像，后直接將光屏向后移動使之像在其前方摸擬近視眼而導致失誤.這是直接利用近視眼成像在視網(wǎng)膜前方的結(jié)論進行實驗，并沒有思考什么叫近視眼？近視眼的缺陷是什么？光屏代替視網(wǎng)膜進行模擬得到清晰的像后還能單獨移動光屏嗎？因此，物理教師要提高實驗技能，加強實驗素養(yǎng)方面的專業(yè)發(fā)展，在物理實驗教學中要養(yǎng)成認真觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)、尊重實驗事實的習慣，從而提高思辨能力.教師展示給學生的圖景一定要經(jīng)得起推敲，教師對實驗現(xiàn)象的分析和解釋一定要是合情合理的，并且是科學的.

3 解讀實踐活動，蜻蜓點水

案例3.蘇科版8年級上冊教材第3章綜合實踐活動：探究樹蔭下的光斑.

該教材針對課題將探究活動分為發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想、設計方案、實驗探究與交流評價5個環(huán)節(jié)進行.教材編寫的主要目的是通過教師對小孔成像知識的理解、對實踐活動的解讀、對探究活動的指導，開展以學生為活動主體的實踐性、自主性、創(chuàng)造性為主要特征的綜合實踐活動.

圖5

為了評價學生應用學科知識解決實際問題的能力，2013年無錫中考命制了這樣一道考題：晴天正午，小明與同學從樹蔭下走過時，發(fā)現(xiàn)地面上有許多大小、形狀不同的光斑，如圖5所示.光斑形狀與什么因素有關(guān)呢？光斑又是如何形成的呢？對此他們馬上進行了探究.他們猜想光斑的形狀：

（a）與樹葉形狀有關(guān)，光斑是樹葉的影子.

（b）與樹葉間空隙形狀有關(guān).

（c）與樹葉間空隙大小有關(guān).

（1）根據(jù)所學知識，可確定猜想（a）___________（選填“合理”或“不合理”）.

（2）為進行探究，他們制作了如圖6所示的（a）、（b）、（c）、（d）4張帶孔卡片.其中，（a）、（b）卡片中小孔的尺寸均為3mm，（a）、（c）、（d）卡片中大孔的尺寸均大于2cm，且（c）、（d）卡片中大孔尺寸相同.在進行探究時，他們在地上鋪上一張白紙，把帶孔的卡片置于上方，讓太陽光透過卡片上的孔，觀察紙面上出現(xiàn)的光斑形狀.

圖6

若讓你在（a）、（b）、（c）、（d）4張卡片中選擇1張卡片來證實“光斑形狀與樹葉間空隙形狀有關(guān)”，應選用卡片.

在探究“光斑形狀與樹葉間空隙大小是否有關(guān)”時，小明選用（a）卡片進行實驗探究，發(fā)現(xiàn)白紙上得到4個圓形光斑，由此得出“光斑形狀與樹葉間空隙大小無關(guān)”的結(jié)論，這結(jié)論________（選填“可靠”或“不可靠”）.若由你進行探究，你將如何設計帶孔的卡片？請畫出孔的形狀.

（3）通過探究，他們得到了以下結(jié)論，其中錯誤的是____________.

（A）通過小孔形成的圓形光斑是像，通過大孔形成的光斑不是像.

（B）小孔形成的光斑與小孔的形狀無關(guān)，大孔形成的光斑與大孔的形狀有關(guān).

（C）小孔和大孔所形成的光斑，其大小均與孔到地面的距離有關(guān).

（D）不管光斑是不是像，它們都是由光的直線傳播形成的.

參考答案：（1）不合理；（2）（c），不可靠，如圖7所示；（3）（C）.

第（1）題只有部分學生因沒有看清題意而出錯.第（2）題因不理解題意而出錯，證實“光斑形狀與樹葉間空隙形狀有關(guān)”需要改變空隙形狀，并進行對比實驗才能使結(jié)論具有普遍意義；部分學生雖然理解題意，但沒有聯(lián)系小孔成像的形狀和小孔無關(guān)這個知識點而導致出錯.其中第2填空題少數(shù)學生出錯，原因是選填時沒有考慮部分圓形光斑是太陽的像，大孔形狀必須排除圓孔，或者在學生的知識儲備中沒有圓形光斑是太陽的像這一知識點.對于如何設計卡片的問題，部分學生設計的孔的形狀如圖8、9所示的圓、橢圓（帶圓形大孔的卡片只要不正對太陽光，有一定傾斜，在地面上像為橢圓）.對探究“光斑形狀與樹葉間空隙大小有關(guān)”和“小孔成像”出現(xiàn)相互干擾.部分學生設計的孔能夠考慮避免圓形，如圖10、11、12所示，在控制形狀相同時盡量使圖像體現(xiàn)出明顯的差別，但由于圖像復雜，往往在實際操作（畫圖、剪切）時難以保證孔的形狀不變；這部分學生沒有體會到命題者的意圖，題目中展示孔的形狀（正方形、等邊三角形、菱形）相對簡單，便于控制形狀，這表明學生在平時學習中，此類實踐活動比較少，缺乏來自實踐的體驗.少數(shù)學生設計孔的大小比例失衡，數(shù)學上相似性原理在設計中沒有得到很好的體現(xiàn)；還有部分學生的設計隨意性大，隨便找?guī)讉€小孔形狀，敷衍了事.

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

第（3）題由于對樹蔭下的光斑是否是像未做過思考，對通過小孔和大孔形成的光斑的差別不清晰等原因?qū)е麓痤}錯誤.

答題失分的主要原因有對小孔成像知識的缺失，小孔和大孔與光斑之間的對應關(guān)系不明確，缺乏探究實驗的體驗，以及沒有對比、辨析思想等等.

上述答題的錯誤匯總，認真分析其失分的原因，筆者認為與教師對教材的解讀不到位有關(guān).在教材的“生活·物理·社會”中欄目介紹了小孔成像的知識，而教師對該教材內(nèi)容的處理方法一般有以下幾個層次：（1）讓學生自學；（2）結(jié)合光的直線傳播，介紹小孔成像的知識；（3）介紹小孔成像知識并自制教具進行小孔成像的實驗探究；（4）進行實驗探究，并將實驗中的小孔用手指一戳，使小孔變成大孔，再進行實驗，對比現(xiàn)象，辨析現(xiàn)象背后的成因.如果對教材的解讀僅僅停留在知識層面，學生雖然學習了小孔成像知識但極易遺忘，最后導致答題出錯.

如果能進行實驗探究，即使沒有將小孔變大孔進行對比實驗，也會在頭腦中留有印跡，答題時能結(jié)合題意和情景，提取相應的知識和方法進行解答.對于教材安排的綜合實踐活動“探究樹蔭下的光斑”，如果教師能理解教材編者的意圖，讀懂綜合實踐活動內(nèi)容所蘊含的方法、能力、思想等，一定會安排好學生進行探究活動，并對學生的探究活動進行指導、評價、交流和改進，學生在這種實驗探究過程中不僅學習了知識，還提高了動手能力，理解了探究方法，獲得了探究體驗，那么學生在答題時一定能理解“小孔尺寸均為3mm，大孔尺寸均大于2cm”的含義.如果教師對教材解讀到位，安排學生的實驗探究活動也會到位，那么學生在解答此類相關(guān)的問題時遇到的阻力就會減小.

4 物理實驗教學失諧的原因分析

（1）“分數(shù)”至上思想的影響.分數(shù)至上，升學率第一，導致實驗教學重理論講授輕實驗操作，認為做實驗花時間，對提高成績的效果不大，因此，做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗，背實驗不如考實驗的做法頗為盛行.

（2）實驗器材陳舊老化現(xiàn)象嚴重.由于學校對待物理實驗教學重視程度不夠，實驗經(jīng)費投入少，導致實驗設備不全、陳舊老化而無法完成課本實驗.例如利用壓強計探究液體內(nèi)部壓強實驗，由于橡皮管老化沒有及時更新導致實驗無法進行.

（3）利用多媒體動畫替代實驗.有些教師喜歡用課件模擬實驗替代常規(guī)實驗，它弱化了實驗的真實科學再現(xiàn)，影響了實驗的直觀教學功能，不利于學生科學觀點的形成.

因此，讓物理實驗教學重拾和諧之音，離不開教師對物理知識和實驗原理的正確理解，也離不開教師對教材內(nèi)容和實驗現(xiàn)象的正確解讀，這樣才能使物理實驗回歸其在中學物理教學中的核心地位.

1 李春密，顧江鴻.國外實驗教學效果研究及其啟示［J］.物理教學探討，2013（5）.

2 戴苾芬.改變理念 提高素養(yǎng) 創(chuàng)新模式［J］.江蘇教育，2013（8）.