從真做實驗到做真實驗

陳利軍

(江蘇省淮陰中學,江蘇 淮安 223001)

從真做實驗到做真實驗

陳利軍

(江蘇省淮陰中學,江蘇 淮安 223001)

實驗教學受到普遍重視,教學中也真的帶領學生做實驗,但是實驗教學中還存在實驗原理有科學性錯誤、實驗操作難度太大、實驗現象演示偷梁換柱等偽實驗.教師只有把握好開發實驗的原則,深入研究疑難實驗,借鑒其他版本教科書中的實驗才能避免實驗教學中出現偽實驗,實現從真做實驗到做真實驗．

真實驗; 偽實驗; 實驗原理; 實驗操作

1 問題的提出

實驗教學已經得到落實．教師基本上都能夠按照要求開展實驗教學,帶領學生完成分組和演示實驗,實現了實驗從黑板、屏幕到實驗室重大轉變,即實現了真做實驗．通過真做實驗,學生在學習過程中會獲得很多親身體驗,獲得的直接經驗要多于、優于在教室的黑板和投影屏幕上獲得的.這能更好地為學生進行理論探究、構建物理概念、理解物理規律、習得物理方法等奠定基礎,提高物理課堂教學效率．真做實驗對培養學生的動手能力和綜合素養也有很大幫助,從而有效提升物理課堂的質量．然而,在教學中有一些實驗存在不足之處,比如實驗原理存在科學性錯誤、實驗操作難度太大學生不能順利完成、實驗現象演示偷梁換柱等,這些實驗屬于物理教學中的偽實驗,對學生而言不僅起不到正面促進作用,還會造成負面影響．在物理教學中,要讓物理實驗對物理教學發揮更大的作用,就不僅要真做實驗,還應該拒絕偽實驗,進一步實現做真實驗．所以教師有必要更深入研究實驗,盡量避免在教學中出現錯誤的物理實驗,避免偽實驗給學生學習帶來困惑,為新知識的學習埋下隱患．

2 需要改進的3類偽實驗

課堂中的偽實驗有些是照搬教科書上的實驗方案造成的,有些是教師根據教學的需要自己開發的．認清偽實驗的類型,可以讓教師盡量減少在教學中出現偽實驗,更從容開展實驗教學．常見的偽實驗有實驗原理本身存在科學性錯誤、實驗操作存在問題、實驗現象演示偷梁換柱等．

(1) 實驗原理不科學.

圖1

實驗原理是指導實驗設計、解釋實驗現象、處理實驗數據的理論依據,所以實驗原理的科學性非常重要．在教材中,有些實驗在設計時,由于不重視實驗原理與實際之間的差異,想當然的在電腦上、在辦公室臆想實驗,使得實驗的原理從一開始就背離實際,出現科學性錯誤．由于實驗的復雜性,加上教師對一些具有迷惑性實驗研究不夠深入,設計實驗時想當然構建“理想化條件”,理論上看起來很完善,能夠達到很好的預期效果,但實際效果與預期卻大相徑庭．例如,在人教版必修圓周運動部分有一個實驗:“光滑桌面上一個小球由于細線的牽引，繞桌面上的圖釘做勻速圓周運動．小球受到幾個力的作用?這幾個力的合力沿什么方向?(文獻[1]中圖5.6-2,本文圖1)”

在實際操作中,如何才能實現實驗要求的“光滑桌面”或者接近光滑,這很難實現,除非有氣墊的桌面,但現在沒發現有氣墊桌面．不光滑就沒有辦法實現“勻速圓周運動”．所以這個實驗,原本想讓學生增加體驗,獲得感性素材累積,然而由于實驗原理不科學,導致實驗背離實際,不僅不能達到預期,反而會給學生的學習產生困惑,比如小球所受合力方向的判斷,從而影響向心力方向的判斷和向心力概念的順利得出．

(2) 實驗操作難以完成.

教材中也出現一些實驗操作難度過大,對實驗的操作技能要求特別高．看起來每一個步驟都很完美,可惜絕大多數學生幾乎無法完成實驗操作．例如,在人教版必修2探究功與速度變化關系的實驗中,給出了兩個實驗參考方案,其中參考案例2如下： “如圖7.6-2(本文圖2),使小車在橡皮筋作用下彈出．第2次、第3次……操作時分別改用2根、3根……同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位置被彈出．……”[2]本實驗是人教版教材在最新一次印刷時新修訂的,但本實驗仍存在如下4個問題: (1) 小車在運動過程中受到的摩擦力很大,這會帶來很大的誤差; (2) 橡皮筋比較短,導致小車運動的位移比較小,不能完全反映出其加速、勻速的過程,如果勻速階段打下的點太少則無法求出小車的末速度,而無法進行數據分析; (3) 運動過程中,小車容易偏離直線; (4) 如果要減小摩擦力帶來的誤差,就需要平衡摩擦力．如果要求學生完成該步驟,操作難度非常大,很多學生無法完成,雖然在驗證牛頓第二定律的實驗中就有這一實驗技能的訓練和要求,但這一高難度的操作幾乎沒有學生達標．這樣的實驗學生幾乎無法完成,預期的實驗效果無法達成．

圖2 由橡皮筋提供牽引力

(3) 實驗設計中偷梁換柱.

圖3

實驗教學中教師會根據教學需要自己開發實驗,這是值得點贊的．但教師設計的實驗會存在演示的現象與所要達到的實驗目的背道而馳．本來要演示的是A現象結果卻展示的是B現象．甚至教師都不知道自己設計的實驗“偷換了概念”、“移花接木”、“偷梁換柱”．這一類偽實驗給學生傳遞了錯誤的信息,對物理教學有很大危害．例如,一次在高二教研活動中,教師為了給學生演示靜電現象,設計了不少有趣的靜電演示實驗,例如電吹風、披頭散發、氣球吻書、靜電防護、靜電屏蔽等,這些實驗由教師帶領學生合作完成,對激發學生學習興趣,提高學習積極性,促進學生更高效學習物理有很大幫助．畢竟,單調、空洞地講解永遠比不上自己動手親身體驗．物理教學中,講給學生聽不如用儀器演示給學生看,教師演示不如學生自己動手體驗,使用現成的儀器不如使用師生自己制作的裝置．帶領學生一起設計制作實驗教具,不但可以使學生鞏固所學知識、增加學習體驗、提升創新思維能力和動手能力,還能豐富實驗室的教學設備．然而遺憾的是該教師的靜電屏蔽實驗屬于一個“偷梁換柱”的偽實驗．其教學過程如下:用一個捕鼠籠和一臺收音機來演示靜電屏蔽,如圖3所示．先打開收音機,調好臺,能聽到清晰的聲音,把收音機放入鼠籠,讓天線伸出鼠籠外,收音機聲音依然清晰,用手指把收音機天線慢慢按到鼠籠內,在手指沒有離開天線前收音機聲音依然清晰,手指一離開鼠籠,收音機節目信息消失,只有雜音,然后用手指伸進鼠籠接觸天線,又獲得清晰的收音機信號,人手充當了收音機天線．該教師認為這樣就非常有效地演示了靜電屏蔽現象．上述的演示實驗混淆了靜電屏蔽和信號屏蔽,此屏蔽非彼屏蔽,二者有本質區別．

3 對策及建議

教師在實驗教學中把握好開發實驗的原則,深入研究疑難實驗,借鑒其他版本教科書中的實驗優點才能避免出現偽實驗,實現做真實驗,順利達成實驗教學的目標．

(1) 教師把握開發實驗的原則.

教學中鼓勵教師自己開發、設計實驗,這些實驗是對實驗室設備的有效補充,且更容易取得好的教學效果．教師在設計實驗過程中應該把握如下原則．① 科學性原則,實驗的原理、操作、數據處理等都必須科學、規范,只有這樣才能向學生傳遞正確的知識,才能更好讓實驗服務物理教學; ② 簡單性原則,要求從設計原理上簡單、在能夠達到教學目標的前提下,盡量用簡單儀器,簡便操作,這樣學生更容易接受、理解; ③ 直觀性原則,實驗現象的直觀性是衡量一個物理實驗質量和教學效果好壞的重要指標,直觀性體現在物理現象直觀明白,體現在實驗數據的處理和現象的解釋簡單明了,這就要求物理實驗有很好的“能見度”,原理簡單,過程簡潔明了．

(2) 深入研究疑難實驗.

教師在實驗教學中,要有意識地去研究一些疑難實驗,搞清楚這一實驗的原理、操作的邏輯聯系,并想清楚這些實驗還可以如何改進．這就需要教師在實驗教學中不能一味的拿來主義,一味的照本宣科．在研究實驗過程中,教師要有質疑的意識,從而能夠發現實驗有不科學、不合理的之處,帶著對實驗的困惑,帶著對實驗的思考去深入思考.通過研究改進實驗,避免實驗中出現科學性錯誤,甚至通過深入研究對實驗進行變式,最后能夠對實驗進行創新．當然,要深入研究實驗的兩個前提是:教師要反復做實驗與認真研究實驗理論．只有教師自己親自反復做實驗,才能發現實驗的不合理之處,才有可能對實驗進行改進,只有教師認真研究實驗理論,教師才能夠想明白實驗中不合理之處為何不合理、怎樣才合理．

(3) 借鑒融合其他版本教材實驗.

圖4

1 張大昌.普通高中課程標準實驗教科書物理2[M].北京:人民教育出版社，2016：20,70.

2 束炳如,何潤東.普通高中課程標準實驗教科書物理2[M].上海:上海科技教育出版社術出版社，2011：44.

2017-05-12)