“另類”物理實驗的處理策略

余勝華

一、“理想條件”類的實驗

所謂“理想條件”類的實驗，是指物理實驗的條件非常苛刻，教師在上課時因條件限制無法通過操作直接展示物理現象的實驗。對如此另類的“理想條件”類的實驗，教師不妨采取這樣的處理策略：一是確定影響物理實驗項目的要素，了解實驗現象的變化與什么有關；二是趨近該物理實驗項目的“理想”條件，通過實驗條件的創設，使影響要素逐漸趨近“理想條件”；三是得出邏輯關系，即通過現象和條件的因果關系分析，得出實驗現象與影響要素變化之間的邏輯關系；四是推理極限結論，即根據實驗現象與影響要素變化之間的邏輯關系，推理得出在“理想條件”下的實驗結論，化“不可能”為“可能”。

例如，在伽利略的斜面小車實驗中，教師可引導學生通過觀察得出以下結論：運動的小車在水平面上受到的阻力越小，小車的速度減小得越慢，運動的距離就越遠。但如何得出不受力時小車將保持勻速直線運動這一結論呢？關鍵在于引導學生理解小車的速度減小是由于受到阻力的作用。如果阻力消失，則阻礙作用就消失，但速度不會減小。通過這一正向的邏輯推理，學生就能夠把通過觀察物理實驗所獲得的感性認識比較順利地過渡到理性認識，發現和掌握這一物理現象所蘊含的規律。

伽利略的這一“理想實驗”，貴在將可行性實驗與正向邏輯推理緊密結合，實現了物理學史上思維方法的突破。

二、“現象不清”類的實驗

所謂“現象不清”類的實驗，是指僅憑肉眼觀察無法準確描述現象的實驗。如，“交流發電機的電流變化”實驗要求幫助學生理解“交流發電機的線圈每轉動一周，線圈中的電流量就重復發生相同的變化”這一周期性的規律。然而，這一現象僅憑肉眼很難捕捉。

對這類實驗，教師應當引導學生透過現象看本質，抓住實驗現象變化的物理成因，根據量變和質變，將動態過程加以合理分解，然后進行深度剖析，使“模糊”變“清晰”。

以“體重計的讀數”實驗為例，該實驗要求學生通過實驗觀察：人站在體重計上，下蹲后靜止，體重計指針示數是如何變化的。

對于此類將運動過程通過攝像機錄像都難以看清的問題，教師應在解剖實驗所產生的現象的過程上下功夫。人體運動可以劃分成三個過程：一是加速下降（由靜到動），二是減速下降（由動到靜），三是最終靜止。根據人體的受力分析和力與運動之間的關系，可以得出結論體重計指針示數先變小，后變大，最后不變。明晰過程后，如果再去觀察現象，就能對指針的擺動情況做到“心領神會”了。

此類實驗要想做到讓學生心里明白，教師須在在教學過程和分析上狠下功夫，準確把握其因果變化的實質。

三、“節外生枝”類的實驗

所謂“節外生枝”類的實驗，是指那些產生的現象與實驗者的心理期望有嚴重出入的實驗。對這類實驗，如果不加研究，一味地“想當然”，主觀臆斷必然會受到客觀實驗現象的沖擊。如“用溫度計測量一杯熱水的溫度，示數如何變化”的實驗就是其中之一。

一種常見的分析認為：玻璃泡先受熱膨脹，使液柱下降，示數減小，后因液體也受熱膨脹，溫度計示數又增大。而實際的觀察現象卻只有示數變大。雖然上述推理有被普遍認可的傾向，但缺乏對其真實性的深入研究。玻璃泡內表面與測溫液體的膨脹程度是決定液體示數上升下降的兩個關鍵因素。事實上，玻璃的熱膨脹系數要比測溫液體小得多，但它們的膨脹是同時發生的，故實驗中只有溫度上升現象發生。

因此，對待這類實驗，教師既要尊重實驗現象，敢于承認自身的認識偏差，努力尋找與期望相悖的實驗現象產生的真實原因，又要根據教學需要，弱化干擾因素，讓“節外生枝”變得“順理成章”。

初中物理中的小實驗往往蘊含大問題。教師只有不斷潛心研究物理實驗的條件和實驗教學中可能出現的情況，并想出解決問題的辦法，做出相應預案，物理實驗教學才能恰到好處地發揮作用，促進學生認識物理現象的能力的發展，以及在教師引導下正確建構物理科學知識。

（作者單位：江蘇省張家港市東渡實驗學校）