要讓物理實驗回歸科學

張貴林

物理學是一門以實驗為基礎的科學，伴隨著新課程改革的深入，對物理實驗教學愈加重視，對實驗的要求也越來越高，尤其是對探究實驗的要求更高.但是，縱觀現在物理課堂，熱鬧增加了，偽科學卻增多了，偏離了科學的本質.本文結合教材的編寫和實驗教學實踐談幾點粗淺認識.

1為探究而探究

許多老師為迎合新課程理念，體現課改精神，一味追求科學探究，尤其在公開課、展示課中，盡可能用到科學探究的全過程，刻意在探究過程上追求“完善”，不考慮課堂教學實際，放手讓學生“探究”.其實，教師的引導是必不可少的，新課程不是削弱了教師的主導作用，而是對教師提出了更高的要求.不是每一個實驗都是重復前人的腳步，實際上，有許多科學成果是在科學家靈感和敏銳的洞察力中發現的，而非認準目標進行主動探究結果.如電磁感應實驗，雖然法拉第是有目的的研究，但他是經過了十年的刻苦探究，有過千萬次的失敗，顯然我們的學生不可能在一節課重復法拉第的實驗過程.筆者聽過“法拉第的發現”兩節課，一位老師是這樣上課的：先提出問題：“奧斯特發現了電流的磁效應，即電生磁，那么磁也能產生電嗎？”學生猜想：能（不能）；又問：“如何驗證猜想呢？”學生回答“實驗”.然后放手讓學生設計實驗、進行實驗等，一節課課堂很熱鬧，教師也在分頭指導，忙得不亦樂乎.但下課鈴響了，也沒個所以然.另一位教師上課時首先演示發電機，介紹結構，讓學生找出電池在什么地方？（沒找著）接著，手搖發電機，發現燈泡亮了.提出問題：“燈泡的電是從哪來的？”（是發的電）接著問：“發電機發電的原因是什么呢？它有哪些重要結構，對照電動機，請思考.”學生很快總結出“定子、轉子”即“線圈、磁體”.問：你能思考怎樣產生電流嗎？學生討論后，介紹電流的顯示裝置“靈敏電流計”，教師組裝實驗裝置，并讓學生觀察同時讓電表指針轉動，讓學生發現“發出電了”.這時提出問題“如何才能產生電流呢？”學生很快自己選擇器材，連接好電路.進行實驗探究，此時老師用多媒體投影問題：（1）電路斷開有電流嗎？（2）除掉磁體能產生電流嗎？（3）導線靜止能產生電流嗎？（4）順著磁感線方向、逆著磁感線方向運動能產生電流嗎？（5）運動方向與磁感線不平行，會產生電流嗎？這樣學生的探究變得有方向、簡潔，很快得出結論.此時教師再補充“切割磁感線”概念，使用物理語言，讓結論更加準確.兩節課比較，很顯然，后一節課效果較好.雖然在探究過程非嚴謹，但教師的主導作用突出了，實現了高效課堂.

2實驗操作不嚴謹

不嚴謹的實驗操作會導致測量結果不準確，甚至得出錯誤的結論.因此，實驗的操作過程必須嚴謹，控制好相關變量，增強實驗的可信度，使得出的結論是科學的.如觀察二氧化氮和空氣的擴散裝置，下面的瓶子應裝入二氧化氮氣體，因為二氧化氮的密度大于空氣密度，當抽掉玻璃板后，兩種氣體混合，這樣才能說明是由于分子熱運動造成的，不是外界因素引起的.當然，如果將裝二氧化氮的瓶子放在上方，混合更快，效果更明顯，但這種做法就不科學，因為在重力作用下就會發生混合，不能說明現象由物質分子的無規則運動產生的.一位老師在廣口瓶中放入硝酸，再向內加入銅片，立即蓋上玻璃板，等生成二氧化氮后在上面倒扣一個廣口瓶，演示氣體擴散實驗，效果也非常明顯.但是這位老師的操作也是不科學的，原因是：生成二氧化氮的瓶內氣壓增大，在氣壓的作用下，也會出現這種現象.同樣，演示溫度越高、擴散越劇烈的實驗，用兩只燒杯盛水，分別滴入一滴有色液體，一只杯子用酒精燈加熱.這種做法也是錯誤的，因為加熱過程中，會出現對流現象，也會加快兩種液體混合，通過這種方法得出結論顯然是不嚴謹的.

3實驗過程理想化

實驗過程是一個動手操作的過程，要考慮實驗教程中會出現影響實驗的客觀因素，不能在頭腦中做實驗，誤導學生，將實驗過程理想化.如測大氣壓的實驗，原來教材通過物理學史的講述，很容易導入托里拆利實驗，而且這個實驗是一個非常科學、簡潔的實驗.現在的物理教材卻改變了方式，從頭腦中引入實驗.如滬粵版教材是這樣引入的：“估測大氣壓”，將注射器活塞推至頂端，堵住前方小孔，在活塞下加鉤碼，“直到活塞開始被拉動時為止”.如果按教材的做法，這個實驗做起來操作麻煩，下面的的鉤碼是很長的一串，但一個鉤碼至少50 g，控制起來很麻煩.尤其是“開始拉動時”，這是一個錯誤的提法，從理論上講，開始拉動時，拉力略大于0，一個鉤碼就可以了.因為注射器的特殊結構，頂端一定殘留空氣.實際上，當將活塞拉到最大位置，拉力才更接近空氣對活塞的壓力.教材編寫者是受2005年江蘇省蘇州市中考物理試題的一道實驗題啟發的，其實這道實驗題本身也是理想化的，犯了紙上談兵的錯誤，沒有動手做實驗，是用大腦想實驗的.

4實驗過于粗糙

教材安排實驗過于粗糙，沒有章法.如滬粵版教材“探究杠桿的平衡條件實驗”，在觀察蹺蹺板后，立即讓學生設計、進行實驗，安排的記錄表格內容有“左邊距離”、“右邊距離”這種粗糙的概念.現在學生使用的是現成的“研究杠桿平衡條件”實驗器材，以此方法進行實驗得出的結論顯然是粗糙的.在實驗開始時，沒有弄清“平衡”、“支點”、“力臂”這樣的概念，即使學生按照教材程序進行實驗，那也會讓學生得出錯誤的結論“左邊的力×左邊距離=右邊的力×右邊距離”.其實這種設計是沒有目標的“放羊式”教學.老師在本課中的引導是必須的，因為：“左邊的距離”這提法本身是錯誤的，你要通過演示讓學生明確使杠桿平衡的“距離”“不僅與作用點到支點距離有關，還與力的方向有關”，從而引出“力臂”的概念.原來教材安排介紹相關概念之后，再讓學生設計實驗、進行實驗不是很好嗎？為什么要搞這樣的“花架子”呢？誤導了學生，更誤導了一些教師.

5實驗不可操作

實驗是一個動手操作的過程，必須要根據學校條件和學生的自身水平，能操作、可操作.如經常見到的實驗題：沒有量筒，只有一架托盤天平，一個空瓶和一些水，請設法測出未知液體的密度，寫出步驟、測量的物理量及密度的表達式.答案為：（1）用托盤天平測出空瓶的質量m1；（2）將空瓶裝滿水用托盤天平測出瓶與水的總質量m2 ； （3）將瓶中的水全部倒出再裝滿液體，用托盤天平測出瓶與液體的總質量m3；（4）算出未知液體密度ρ.

“瓶裝滿水”能在天平中稱量嗎？實際上，天平稱量物體要加減砝碼，天平在不停的上下晃動，“裝滿水”一定要“溢出水”，這是不允許的，即不可操作的；同樣一道關于不等臂天平如何準確稱量物體質量，有的資料上提供的一種方案是：“用刻度尺分別測出兩邊臂長……”顯然，是想用杠桿平衡條件進行計算，但實際操作也是不可能的，因為天平的不等臂是無法用刻度尺量出其差別的.

物理實驗是教學手段，也是教學內容，是科學的.我們在教學中進行的實驗是重復科學家的研究足跡，而非人類摸索科學的足跡.人類只有一個法拉第（或很少），但更多的是科拉頓.我們的教學是要引導學生走法拉第的道路，少走彎路.教師不僅是引導者、合作者，但更多的是“先鋒官”.在茫茫沙漠中探險，教師要提供指南針，這就是方向，是科學，是走向“沙漠綠洲”的金鑰匙.