巧用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，提高物理教學(xué)效率

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的基本方法之一。近幾年，筆者常在物理教學(xué)中，有目的地設(shè)計(jì)安排一些對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生形成正確的物理概念，掌握物理規(guī)律，突破難點(diǎn)，消除疑點(diǎn)，收到了較好的教學(xué)效果。

一、幫助學(xué)生理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)

在“浮力”一課的教學(xué)中，為了揭示浮力產(chǎn)生的原因是水中向上和向下的壓強(qiáng)差對(duì)物體造成的壓力差，我設(shè)計(jì)了浮力消失和產(chǎn)生的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：把一蠟塊的底面緊壓在平底玻璃器皿的底面，然后緩慢地注水于容器中，使整個(gè)蠟塊都浸沒(méi)在水中，蠟塊并不浮起。如果將蠟塊與器皿底面接觸處推開(kāi)一道小縫，讓水浸入，蠟塊則很快就浮起來(lái)。通過(guò)對(duì)比，學(xué)生對(duì)浮力產(chǎn)生的本質(zhì)原因的理解就具體而深刻了。

二、幫助學(xué)生形成正確的物理概念

有些物理概念比較抽象，學(xué)生難以理解，設(shè)計(jì)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，邊引導(dǎo)邊實(shí)驗(yàn)邊分析，抽象出事物的本質(zhì)特征，就能較好地幫助學(xué)生形成概念，完成認(rèn)識(shí)上的飛躍。例如，教學(xué)大氣壓強(qiáng)這一概念時(shí)，在講課開(kāi)始，進(jìn)行“水杯—厚紙片”演示實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生看到厚紙片不會(huì)掉下來(lái)這個(gè)意想不到的現(xiàn)象時(shí)，無(wú)不感到新奇有趣。這時(shí)，我因勢(shì)利導(dǎo)提出：“上述實(shí)驗(yàn)中，厚紙片受到哪些力的作用？為什么厚紙片不會(huì)掉下來(lái)？”學(xué)生很自然地領(lǐng)會(huì)到厚紙片一定受到一個(gè)向上的壓力作用，這個(gè)壓力只能是大氣產(chǎn)生的，由此可見(jiàn)，大氣對(duì)厚紙片產(chǎn)生了壓強(qiáng)。我進(jìn)而向?qū)W生提出：“課本上要求做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，杯里要裝滿水，若杯里只盛少量水，甚至不裝水，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒艹晒Γ俊睘榱碎_(kāi)闊學(xué)生的思路，又進(jìn)一步提出：“若用小刀片把厚紙片與杯的接觸處撬開(kāi)一個(gè)小口子，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”然后再做實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析、推理的一致性，加深了學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

三、糾正學(xué)生的錯(cuò)誤觀念

在糾正學(xué)生在生活經(jīng)驗(yàn)中形成的錯(cuò)誤觀念，建立正確概念方面，運(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)也能收到較好的教學(xué)效果。例如關(guān)于“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)，我針對(duì)學(xué)生認(rèn)為“質(zhì)量大的物體下落得快，質(zhì)量小的物體下落得慢”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)了以下對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。先從相同高度處同時(shí)釋放一個(gè)小鐵球和一張紙片，結(jié)果小鐵球下落得快。不少學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為小鐵球質(zhì)量大，下落快，因而得出下落加速度由其質(zhì)量決定的錯(cuò)誤結(jié)論。此時(shí)筆者不是急于糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，而是接著分別演示：①兩張相同的紙片，其中一張揉成一個(gè)小團(tuán)，再?gòu)耐瑯痈叨韧瑫r(shí)釋放，結(jié)果觀察到紙團(tuán)比紙片下落快。②將一張質(zhì)量較小的小紙片揉成一團(tuán)，與一張質(zhì)量較大的紙片同時(shí)從同樣高度開(kāi)始下落，可觀察到質(zhì)量小的紙團(tuán)反而下落得快。當(dāng)學(xué)生弄清紙片之所以比紙團(tuán)下落得慢是因?yàn)榭諝庾枇?duì)紙片影響大以后，進(jìn)而提出“如果沒(méi)有空氣阻力的影響，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象”，讓學(xué)生思考，然后再過(guò)渡到對(duì)比性實(shí)驗(yàn)——“錢(qián)毛管”實(shí)驗(yàn)。先觀察抽成真空的“錢(qián)毛管”中的金屬片、小羽毛、小軟木塞在沒(méi)有空氣阻力時(shí)，下落加速度都相同。接著打開(kāi)“錢(qián)毛管”上的開(kāi)關(guān)，讓空氣進(jìn)入“錢(qián)毛管”，再把“錢(qián)毛管”倒立起來(lái)，這時(shí)可以看到這些物體下落的快慢是不同的。前后兩次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，突出了阻力對(duì)下落快慢的影響，促使學(xué)生形成“重力加速度g與質(zhì)量無(wú)關(guān)”的正確概念。

四、導(dǎo)出物理規(guī)律

對(duì)于學(xué)生易于形成片面認(rèn)識(shí)的物理規(guī)律，設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生完成認(rèn)識(shí)上的飛躍。例如，初中學(xué)生覺(jué)得“二力平衡”條件很簡(jiǎn)單，認(rèn)知上似乎沒(méi)有什么困難，但又往往認(rèn)識(shí)片面。在課堂教學(xué)中，我從日常生活中吊在電線上的電燈、放在桌子上的書(shū)籍等物體保持靜止?fàn)顟B(tài)等實(shí)例引發(fā)，進(jìn)而做“二力平衡的條件”的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生仔細(xì)觀察并讀出卡片保持靜止時(shí)兩邊鉤碼的重力，并向?qū)W生提出探索性問(wèn)題：“二力在什么條件下才會(huì)平衡？”學(xué)生往往得出片面的結(jié)論：“二力平衡條件是二力的大小相等，方向相反。”這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生再仔細(xì)觀察如下有針對(duì)性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：①兩個(gè)力大小相等，方向相反，分別作用在兩個(gè)物體上（即用兩張卡片拼合在一起代替原來(lái)的一張小卡片實(shí)驗(yàn)）；②兩個(gè)力大小相等，作用在同一個(gè)物體（小卡片）上，用手將卡片扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度；③兩力大小相等，方向相反，作用在同一個(gè)物體（小卡片）上，但兩力的作用線不在同一條直線上。通過(guò)這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自己否定了原先的片面論斷，從而得出科學(xué)的結(jié)論：“作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力，如果在同一條直線上，大小相等，方向相反，這兩個(gè)力就平衡。”

（作者單位：江蘇省南京市人民中學(xué)）