失敗是成功之母
——由失敗實驗得到的感悟

姜 云 （江蘇石莊高級中學(xué)）

在高中物理教學(xué)中，常常要做實驗，大部分教師不希望實驗失敗，這種想法其實有失偏頗。從歷史經(jīng)驗來看，科學(xué)發(fā)展不可能一帆風(fēng)順，在不斷失敗中總結(jié)經(jīng)驗，才能獲得進(jìn)步。實驗失敗的原因主要來源于三個方面：實驗設(shè)備故障、實驗條件受限、實驗設(shè)計問題。一般情況下，實驗室中的設(shè)備使用時間較長，出現(xiàn)故障在所難免。如游標(biāo)卡尺長期使用出現(xiàn)磨損，造成測量的不精確。物理實驗經(jīng)常受到外界條件的影響。如做靜電實驗時，由于空氣濕度大，造成實驗現(xiàn)象不明顯。有一些實驗是學(xué)生自主設(shè)計的，由于學(xué)生的知識水平和能力有限，實驗設(shè)計不合理，造成實驗失敗。如讓學(xué)生設(shè)計測量電池的電動勢，學(xué)生直接用電壓表測量，得到的數(shù)據(jù)自然不準(zhǔn)確。下面探討失敗實驗的三方面功用。

一、用失敗實驗強化學(xué)生的知識理解

失敗的實驗還有一個重要用處，就是用來強化學(xué)生對知識的理解。在高中物理中存在著大量的抽象性的概念和規(guī)律，這就需要學(xué)生深入理解。但是，學(xué)生的實際生活經(jīng)驗非常有限，常常無法深入理解，這種現(xiàn)象阻礙了學(xué)生在物理方面的發(fā)展。教師可以使用失敗的實驗來強化學(xué)生對知識的理解，因為存在著“失敗”的因素，學(xué)生印象非常深刻。

在“測量小燈泡實際功率”實驗中，教師采用分壓式連接電路。連接好電路后，教師一邊調(diào)節(jié)滑動變阻器增加小燈泡兩端的電壓，一邊記錄數(shù)據(jù)以計算小燈泡的實際功率。隨著小燈泡兩端電壓的增加，小燈泡越來越亮。小燈泡亮度非常大時，教師再增加小燈泡兩端的電壓，小燈泡閃一下燒掉了。教師問學(xué)生：“為什么小燈泡會燒毀？”學(xué)生回答：“小燈泡兩端的實際電壓超過了額定電壓。”接著教師再問學(xué)生在做這種實驗時要注意什么，學(xué)生能夠說出小燈泡兩端的電壓不要超過額定電壓，這次失敗的實驗幫助學(xué)生深刻地理解了實際電壓和額定電壓這兩個概念。

二、用失敗實驗培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

科學(xué)探究能力包括科學(xué)探究方法和科學(xué)探究意識。科學(xué)探究方法具有一定的流程，在人教版高中物理必修1“伽利略對自由落體運動的研究”中提出了“猜想假設(shè)——邏輯推理——實驗探究——修正推廣”的一般模式。學(xué)生學(xué)過這一節(jié)后，基本上知道了科學(xué)探究的方法，但是學(xué)生的探究意識還相對比較薄弱，在遇到問題時，不會使用這種探究方法去解決問題。失敗的實驗為學(xué)生提供了應(yīng)用科學(xué)探究方法的機會，教師可以引導(dǎo)學(xué)生去探究失敗的原因，從而強化學(xué)生的科學(xué)探究意識。

在“測定玻璃折射率”實驗中，有些學(xué)生測量出的折射率偏差非常大，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，教師將失敗實驗收集起來，讓學(xué)生一起分析失敗的原因。學(xué)生預(yù)先猜想產(chǎn)生錯誤的原因可能有測量問題、操作問題、作圖問題等。然后，學(xué)生對每一組錯誤進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有些錯誤是由于角度測量誤差大，有些錯誤是由于兩點連線偏離光線實際位置，有些錯誤是實驗中移動玻璃磚導(dǎo)致。學(xué)生通過猜想，加以分析，發(fā)現(xiàn)了造成錯誤的原因，這也是一種科學(xué)探究的過程。通過這一過程學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)探究意識都得到了有效訓(xùn)練。

三、用失敗實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神

科學(xué)精神包含科學(xué)態(tài)度和科學(xué)品質(zhì)，是未來學(xué)生從事實際工作和科研必須具備的內(nèi)在條件。科學(xué)態(tài)度是指在科學(xué)探究中所呈現(xiàn)出來的認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的精神狀態(tài)，是科學(xué)探究成功的保證。科學(xué)品質(zhì)是指在科學(xué)探究中遇到困難不氣餒、不放棄的品格，是科學(xué)進(jìn)步的必要條件。高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)將科學(xué)精神的培養(yǎng)放到了一個比較重要的位置，但是受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，教師并沒有投入太多的精力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

在“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗中，教師首先讓一位學(xué)生到講臺示范連接電路，學(xué)生連接好電路后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表也沒有讀數(shù)，但是電壓表的讀數(shù)等于3V。這位同學(xué)的實驗失敗了。傳統(tǒng)的做法是教師指出錯誤的原因。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，教師將尋找錯誤原因的任務(wù)拋給了學(xué)生。要求學(xué)生通過討論設(shè)計一種檢查電路故障的方法，然后根據(jù)設(shè)計來檢查并糾正電路。通過討論，一些學(xué)生認(rèn)為是電路中存在著斷路，可以使用電壓表來檢查故障。教師讓一些學(xué)生采用這種方法來檢查電路。很快，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)是燈泡兩端的電路斷路所致。重新接好電路后，小燈泡亮了，實驗得以正常進(jìn)行。學(xué)生通過討論和分析，初步估計電路問題后，通過設(shè)計檢查方法，準(zhǔn)確檢查出電路的問題，讓學(xué)生去解決困難，而不是教師直接指出問題，對學(xué)生的科學(xué)精神具有一定的促進(jìn)作用。

總之，失敗的實驗是有效的教育資源，教師要針對失敗的原因進(jìn)行教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的物理基本素養(yǎng)。