由一隨堂演示實驗想到的……

一、背景

物理學是一門實驗科學，也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學，而且又是極富洞察力和想象力的科學。在物理學的產生和發展中，物理實驗自始至終占有極其重要的地位。著名物理學家普朗克說過：物理定律不能只靠思維來獲得，還應致力于觀察和實驗。物理上每一個實驗的定律都是源于不斷地進行實驗得出來的。作為物理教師我們應當注重物理實驗的作用。

實驗是通過一定的手段，讓學生形象地了解事物的運動、變化及其內部規律的工程。在教學當中，一些問題不通過實驗學生有時會難以接受，也難以確信是不是這樣。當動手做實驗了，學生就能很清楚地認識這個問題，而且也會有很深的理解。實驗起到了幫助他們發現規律、掌握規律、理解知識、獲取知識的橋梁作用。在高中物理學習中，許多重要規律都是通過實驗總結出來的。例如勻變速直線運動的規律、牛頓第二定律、機械能守恒的驗證、單擺的周期公式，等等。因此，我們在從事物理教學時，應該以物理實驗作為出發點，作為幫助學生理解物理知識的橋梁。離開了物理實驗而單純地講授物理知識，教師不容易講清，學生也難以理解、接受。例如彈簧與伸長量之間的關系、模擬電場線、橫波和縱波演示器等這樣的實驗，只要教師一演示，無需花費多少口舌，學生將會深信不疑，留下深刻印象。至于那些要用實驗數據進行分析才能得出結論的物理規律，例如探究加速度與力、質量的關系，驗證機械能守恒等，教師要講清楚，并使學生接受、理解，不從實驗出發無疑是困難的。

通過實驗可培養學生的實驗能力、科學方法和作風以及良好的道德品質。現代的教學思想對學生智力的培養，強調學生的學，對于實驗的作用除了要求為講授基礎知識服務外，更注意通過實驗去培養學生的科學態度、學習興趣和思想品德等非智力因素。因此，實驗不僅是一種教學手段，還包含重要的教學內容，是中學物理教學的基礎。

通過實驗可培養學生的學習興趣和愿望。對此，不論是傳統的教學思想，還是現代的教學思想都是承認的，雖然在側重點上有所不同，但物理實驗的作用都符合兩種教學思想各自的教學目標。正因為如此，中學物理實驗教學經久不衰，而且越來越引人注目。

二、情境描述

前段時間，市里舉行了高中物理優質課比賽。筆者也參加了這次賽課，課題為《庫侖定律》。課上有一個演示實驗——探究影響電荷間相互作用力的因素。

學生們經過相互討論，猜想了影響電荷間相互作用力可能與電荷間的距離、電荷所帶的電荷量有關。接下來需要通過實驗來驗證這些猜想。

在展示了實驗儀器后，最終大家一起確立了實驗方案。通過觀察帶電小球與豎直方向的夾角來確定電荷間的相互作用。

但是在實驗時，我們看到的實驗現象是：小球與帶電金屬球接觸后馬上排斥開，與豎直方向成一只夾角；然后偏角不斷減小，最后小球又被帶電金屬球吸引，如此重復。

實驗現象與預計的結果不同。理想的結果應該是：小球帶電后與豎直方向成一只夾角，然后帶電小球保持靜止。這樣就可以對小球進行受力分析，然后改變兩球間距、帶電體的電荷量，通過觀察角度變化來確定電荷間作用力的大小改變（如圖1所示）。

但是眼前的實驗結果讓我無法再作進一步的討論。是馬上宣布實驗失敗，直接給出實驗結果？還是與大家一起探究實驗失敗的原因？

看著下面一雙雙疑惑的眼睛，我馬上提問：“輕質小球一開始為什么會被帶電金屬吸引？”

下面立刻開始細細議論，并得出結論：“能吸引輕小物體是帶電體的基本性質。”

“為什么又被排斥開了呢？”我補充問道。

“接觸后，小球與金屬球帶了同種電荷，同種電荷相互排斥？”學生思考后回答。

“很好，那為什么夾角越來越小，最后又被帶電金屬球吸引了呢？”我繼續問。

這時，同學們相互對視，大家陷入了沉思。“大家不妨回憶下，為了防止靜電積累，為什么在印染廠里的空氣會保持比較潮濕？”我適時提示。

“這個我知道，是為了讓空氣把靜電導走。”一位學生馬上回答。

“根據這個提示，大家能不能得出，為什么會有這樣的實驗現象？”

下面馬上開始討論，幾分鐘以后，我叫一個學生總結他得到的結論：“輕質小球被帶電金屬球吸引后，帶上了同種電荷后相互排斥，由于今天是陰天，空氣比較潮濕，輕質小球帶電后被空氣導走，慢慢失去電荷，所以夾角越來越小，直至電荷完全失去，輕質小球又被金屬球吸引，如此周而復始。”

我贊許地點點頭，道：“大家同意這位同學的觀點嗎？”

“同意！”臺下齊聲答。

“這樣看來，電荷間的相互作用還與環境因素有關，那么，想要忽略環境因素，我們可以在真空裝置中實驗。”我補充道。

三、反思與討論

在上這節課時，由于環境因素，實驗很難成功；為避免實驗失敗，有些教師直接把演示實驗去掉，用CAI課件代替實驗，這顯然有違新課程教學理念。實驗是一種實踐活動，是培養學生多種能力的重要途徑。實驗作為一種實踐活動，是聯系理論與實際的紐帶，在實驗教學中，教師如果引導得法，對培養學生的多種能力是行之有效的。實驗過程是按一定的程序進行操作、觀察的過程，同時也是引導學生思維，并總結出一定規律的過程。我們要根據實驗的導向性，采取一定的手段（如引導學生注意某個方面，根據實驗過程恰當地提出一些問題）使學生有目的地去觀察，有方向地主動思維，從而獲得有關知識，并從中逐步培養他們的觀察能力和思維能力。

“科學是實驗的科學，實驗是科學的實驗”，這句話指出了實驗的重要性，特別是當今的物理課程把實驗看成了靈魂。的確如此，新教材改編以來把實驗納入了每一堂課程，在物理學習的過程中把做實驗作為學習的一個重要環節。

教師和學生在教學過程中應該是不可分割的整體。在物理學習中實驗充當了教學中的主要角色，教師要使學生能正確、科學地認識實驗的重要性。我們的每一個理論都是通過實驗得出的。

盡管演示實驗失敗了，但是通過學生對實驗失敗原因的尋求，能夠促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神。