淺議物理實驗的“對比性”和“啟發(fā)性”

《中學(xué)物理教學(xué)概論》中說：“在物理學(xué)研究中，運用實驗的目的在于形成、發(fā)展和檢驗物理理論，并使理論在實踐中得到應(yīng)用。而在物理教學(xué)中運用實驗的目的就在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)造一個基本環(huán)境，使學(xué)生主動獲取物理知識，發(fā)展能力，促進科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成。”由此可見，科學(xué)地開展物理課堂實驗，不僅能夠提高教師對實驗教學(xué)的認識，而且能夠讓實驗真正成為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知愿望，發(fā)展學(xué)生能力，體驗科學(xué)方法的綜合實踐活動。

自課程改革以來，高中物理課堂實驗教學(xué)的內(nèi)容和方式一直都在不斷地創(chuàng)新和拓展，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的實驗教學(xué)資源。但是，仍然有不少教師對創(chuàng)新物理課堂實驗教學(xué)理論和實際操作的認識存在一定的局限和不足。為此，筆者就物理實驗的“啟發(fā)性”和“對比性”作些分析說明。

一、把握實驗的“對比性”功能，合理構(gòu)建物理模型

高中物理演示實驗的現(xiàn)象一般都具有多面性和復(fù)合性。實驗中，物理現(xiàn)象的不同成分對學(xué)生的刺激作用一般是不同的，那些最能體現(xiàn)本質(zhì)特征的物理現(xiàn)象往往不是以強刺激的形式出現(xiàn)，而那些體現(xiàn)非本質(zhì)特征的物理現(xiàn)象卻會給學(xué)生很強的刺激，并影響了課堂教學(xué)效果。因此，教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要，精心設(shè)計和安排實驗操作的流程，并對物理現(xiàn)象中各種成分的刺激量做適當?shù)卣{(diào)控，使實驗現(xiàn)象形成明顯對比，從而有效引導(dǎo)學(xué)生察覺條件的差異和產(chǎn)生結(jié)果差異的聯(lián)系，［1］準確地把握事物的本質(zhì)特征。

案例1：“落體運動的研究”

對于落體運動的研究，難點就在于物體下落的快慢與所受重力大小無關(guān)。教學(xué)過程中，教師可以圍繞這一難點設(shè)計如下一系列實驗。

實驗1：一元硬幣與紙片從同樣的高度同時下落，可觀察到一元硬幣下落得快。因為“重的物體下落得快”是大多數(shù)學(xué)生頭腦中再熟悉不過的生活經(jīng)驗，所以設(shè)計實驗1，讓學(xué)生看到“重的物體下落得快”這一現(xiàn)象，使學(xué)生原有的錯誤觀點暴露出來。

實驗2：將紙片揉成紙團再與一元硬幣從同樣的高度同時下落，可以觀察到二者幾乎同時落地（教師：將紙片揉成紙團后，重量變了嗎？學(xué)生：沒有變化！教師：既然這樣，紙片揉成紙團后為什么就下落得快呢？）。

實驗3：將一大紙片與另一小紙片分別揉成大紙團和小紙團，并讓二者從同樣的高度同時下落，可以觀察到重量較輕的小紙團下落得快。怎么回事？為什么輕的物體反而下落得快了呢？學(xué)生很是驚訝！教師安排這些實驗的目的，是為了點燃學(xué)生探究的欲望，促使學(xué)生積極思考，幫助學(xué)生主動跳出“物體下落快慢與重力有關(guān)”這一錯誤觀念，引導(dǎo)學(xué)生分析物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)——空氣阻力的影響。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生對空氣阻力的影響進行了正確的分析并意識到：落體運動的快慢之所以異常復(fù)雜、難以看清，是因為空氣阻力的影響。在此基礎(chǔ)上，教師啟發(fā)學(xué)生從簡單入手，抓住主要因素——重力，將次要因素——空氣阻力忽略和排除，進而引出錢羽管實驗4、5、6。

實驗4：不抽錢羽管內(nèi)的空氣，演示下落現(xiàn)象，觀察到一元硬幣比羽毛下落得快很多。

實驗5：多抽出一些空氣，觀察到一元硬幣比羽毛下落得還是快，但二者的速度差明顯減小。

實驗6：幾乎抽去管內(nèi)所有空氣，近似真空環(huán)境，可以觀察到一元硬幣和羽毛同時落地（使學(xué)生建立“忽略空氣阻力時或沒有空氣阻力時，同一地點任何物體下落快慢都一樣”的）。

以上6個演示實驗各具目的，現(xiàn)象對比循序漸進、層層深入，把學(xué)生由對現(xiàn)象的錯誤感性認識逐步引向?qū)Ρ举|(zhì)的正確理性認識：實驗1欲擒故縱、暴露錯誤；實驗2與實驗1 對比，提出問題、激發(fā)思考；實驗3與實驗1 強烈對比，徹底打破了學(xué)生原有的認知結(jié)構(gòu)，激活思維，深入分析、揭示本質(zhì)；實驗5與實驗4對比，讓學(xué)生體驗空氣阻力越小，對下落快慢的影響便越小；實驗6解決問題、得出結(jié)論，為合理順暢地建立“自由落體運動”模型奠定基礎(chǔ)。

二、挖掘?qū)嶒灥摹皢l(fā)性”功能，促進學(xué)生的思維發(fā)展

物理實驗研究的成功開展需要理性思維的引導(dǎo)和支持，同時，確定事物或現(xiàn)象之間的因果聯(lián)系，需要實驗與思維相結(jié)合。［2］物理教學(xué)具有一個非常鮮明的教學(xué)特征——“以物明理，物理滲透”。因此，在高中物理教學(xué)過程中，我們應(yīng)該堅持物理實驗與理性思維齊頭并進、交互感應(yīng)的原則，讓實驗觀察活動能夠為理性思維活動提供可靠的、豐富的感性資料，同時也要讓理性思維真正能夠給實驗研究提供科學(xué)的導(dǎo)向作用，從而使我們的物理課堂內(nèi)容豐富、氣氛和諧、富有情趣，更重要的是能將學(xué)生的思維水平推向更高的層次。

案例2：“探究左手定則”

提出問題：已知磁體與磁體之間有相互作用，又知道通電導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場，那么磁體對通電導(dǎo)線會有作用嗎？接著演示，證實通電導(dǎo)線受到磁場的作用力，從而建立初步表象。

實驗演示：改變磁場方向，通電導(dǎo)線受力的方向隨之改變了；再改變電流的方向，通電導(dǎo)線的受力方向也隨之改變了。由此說明，通電導(dǎo)線在磁場中受力的方向跟磁場的方向、導(dǎo)體中電流的方向有關(guān)。

提出問題：探究通電導(dǎo)體受力方向跟磁場方向、電流方向三者之間的關(guān)系。

啟發(fā)思維，得出結(jié)論：需要指出的是，只有確認這“三個方向”之間確實存在某種不變的關(guān)系時，才可能想到用一種簡明的辦法或簡單的模型來表示。

這“三個方向”之間的關(guān)系如圖1所示，若以圖a的導(dǎo)線為軸線，在圖形平面內(nèi)轉(zhuǎn)過180°，就得到圖c；以圖a的磁感線為軸線，將圖形的正、反面轉(zhuǎn)過來，就得到圖b；再采用上述類似的步驟，就可以由圖b得到圖d，或者由圖c得到圖d。這就表明，由一個圖可以得到其余三個圖。正是因為以上四個圖是相通的，才想到用一種較為簡便的辦法來表示其中任意一個圖。這時候伸出左手來就很自然了。

若按照傳統(tǒng)的做法：連做幾個實驗，畫幾張圖，然后伸出左手來比劃對照，即得到左手定則。如此教學(xué)，學(xué)生不清楚為什么這樣巧，“左手”對這幾個圖都適合，教師怎么想到的？在這種情形下，學(xué)生只能從教師那里接過現(xiàn)成的法則，缺少學(xué)習(xí)方法和思維能力的培養(yǎng)及訓(xùn)練。

在新課程背景下，注重研究高中物理課堂實驗教學(xué)的功能，努力在教學(xué)設(shè)計和課堂教學(xué)實踐中運用有效的方法和策略去充分體現(xiàn)并優(yōu)化其功能，必然會給高中物理實驗教學(xué)在內(nèi)容和方式上帶來更多的創(chuàng)新和拓展，必然會給構(gòu)建高效物理課堂提供強有力的支持。

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參考文獻

［1］ 閻金鐸，田世昆．中學(xué)物理教學(xué)概論［M］．北京：高等教育出版社，2003，82.

［2］ 許國梁．中學(xué)物理教學(xué)法［M］．北京：高等教育出版社，1998，140.

(責(zé)任編輯 易志毅）