培育用物理实验处理问题的基本立场

李华君 王福龙

（1.泸溪县教科所，湖南 泸溪 416100；2.泸溪县第一中学，湖南 泸溪 416100）

物理是一门以实验为基础的学科，物理实验处于物理学科和物理教学的基础地位.尽管基础教育课程改革十分重视物理实验，但现实的教学依然不尽人意.例如，人教版义务教育初中物理教材设计了大量的演示实验、学生实验及小实验，但教科书一经选定，它对不同地区学生学习的适应性问题上仍然存在问题.教师的课程资源意识的淡薄，“舍去”不方便做的实验，造成实验的数量不足，学生参与的机会偏少.教学注重知识与技能的获得，而弱化了知识社会文化的背景、蕴含的思想、观念和方法等方面因素，导致物理实验教学文化品位的降落.

如果确立了用实验的方法处理问题的基本立场，那么我们就会引导学生自觉地用实验的眼光发现问题，用实验的方法与思想去分析与解决问题，这样能使学生具备可理解的足够经历和体验，从而帮助学生积累、丰富亲身体验和感受，使实验教学中的科学与人文教育落到实处.对用物理实验处理问题的基本立场的培育，可从以下方面进行探索.

1 通过物理实验，提升学生的人文素养

人文素养的核心内容是对人类生存意义和价值的关怀，是一种为人处世的基本的“德性”、“价值观”和“人生哲学”.物理学科以实验为基础，通过物理实验提升学生的人文素养有着独到的优势.

1.1 发掘实验的人文意义，善于对其进行“人文化表达”

物理实验中蕴含的文化韵味，能使学生活得更自觉、更高尚、更高雅，让学生拥有更开阔的心胸，更加重视其精神追求.然而，物理实验的人文意义并不是物理实验本身，而是实验周围弥漫着的、犹如空气的文化气息.这种气息，是一种不易觉察的存在，教师适时的暗示与强化是学生知晓其存在的前提，这就要求教师以人文的眼光去发掘，并善于对其进行“人文化表达”.对物理实验的人文化表达，指教师的目光不能只落在实验的本身和知识结论的获取，而应戴着人文的“有色眼镜”，去发掘实验中可以引申、类比、迁移与转化的“元素”，并对学生适当地语言暗示，让学生感悟与觉醒，以获得一番觉悟与长进.例如，人教版义务教育课程标准实验教科书·物理九年级（2006年版）94页“浮力的大小”一节，在“想想做做”中的“造‘船’比赛”实验，在学科知识的获取上，是通过实验，让学生对浮力大小的初步认识，引导学生对“浮力的大小可能与什么因素有关”做出猜想.教师只要对实验稍加处理，即不改变原实验的初衷，把橡皮泥，捏成团，放入水缸中，学生观察发现橡皮团沉入缸底，而水略有上升；再把一块大小相同的橡皮泥捏成小船，放入水缸中，学生观察发现，小船浮在水面，橡皮船与水接触的面积扩大了许多；再把大小相同的橡皮泥，依然捏成团，放在小船上，学生发现小船承载着第2个橡皮团依然浮在水面.实验现象的“新异”与“奇特”能使学生产生好奇和探究的冲动.至此，教师通过提问对学生进行暗示：同样是橡皮泥，为什么有的沉入水底，有的浮在水面？这取决于它们各自在环境中的存在方式.一个人的生活也是这样，是成功还是失败，取决于自己在生活环境中的生活方式、行为方式和思维方式.而且，当你是一只小船的时候，你能否为别的人做点力所能及的事情？这样的人文化表达，可以实现对单一知识教学局限性的超越，让学生从实验中体会“人生哲学”，获得潜移默化的价值观教育，积极的情感体验，理性思维方式的培育和生命灵性的启迪.

1.2 凸显物理文化的隐性要素，提升实验的文化品位

“物理文化是由世界历代物理学家在创建物理学理论过程中，发现、创造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理语言符号、价值标准、科学精神、物理仪器设备以及约定俗成的工作方法的总和”.［1］还有学者认为“物理文化应该具备广义文化的基本属性，它的特殊之处在于它是以物理学工作者为中心、为创造者、为实践者而向人类社会辐射的一种文化，它集中体现为物理学家的思想及思维模式、情感模式、行为习惯、价值标准、工作方法，等等.还包括以体现、表达物理思想、物理知识为目的的物质载体，或以物理探索为目的的仪器设备”.［2］对于物理文化的真正理解，在于我们能深刻领会和把握物理文化的实质精神.物理文化引入的根本目的不单在于对其科学性的弘扬，还在于对其自身的人文精神的发掘，从而使其更好地与人文科学紧密结合，使科学求真的理性思维与人文文化中那种至善、至美的追求结合，促进真、善、美的统一，人和自然的和谐统一，达到人类理想的文化的最高境界.［3］

可以看出，物理文化的“精神财富”涉及到精神要素、科学素养、社会价值观等方面.传统的实验教学重视实验技能和学科知识的获得，弱化了以上处于“隐形”层面的物理文化要素，事实上，知识产生的社会背景、蕴含的思想、观念和方法等隐形层面的东西正是物理教学文化品位的具体体现.也就是说，要提升实验教学的文化品位，就必须让以上要素得以明朗化.仅就科学方法而言，学者们提出了“物理科学方法教育应当采用显性方式”，“显性教育针对以往科学方法教育中存在的模糊、随意等弊端，要求把科学方法的名称、形式、内涵、条件、步骤等必须明确地传授给学生.”［4］例如，人教版义务教育课程标准实验教科书·物理九年级（2006年版）44页“牛顿第一定律”的教学，教师可以从以下方面凸显其文化品位：回避亚里士多德的错误认识，强调他对科学的巨大贡献，应以唯物主义的观点将科学家的贡献与其本人所处的历史及科学发展的时代联系起来进行全面评价；分析亚里士多德错误原因和伽利略理想斜面实验是针对亚里士多德忽视对物体的阻力而进行的，从而揭示全面思考和广泛联系的哲学思想；明朗“把可靠的事实和理论思维结合起来，可以深刻地揭示自然规律”这一重要的科学方法即“理想实验法”；感悟伽利略大胆质疑，敢于向权威挑战以及一代科学家为揭示真理而执着追求的科学精神.而且，通过对本节内容的教学，还可以凸显的科学本质有：科学认识活动以实验为基础；科学是观察与推理的必然结合；科学知识是暂定的和发展的.

2 用实验的方法处理课本中的习题

现仅以义务教育课程标准实验教科书·物理 （2006年版）的“动手动脑学物理”栏目的习题为例，说明用实验处理物理习题的做法.

2.1 做到理论分析与实验操作的结合，加强理论与实践的天然联系.

一些习题具有易操作的实验背景和内容，要求学生根据题中的实验情景，对产生的物理现象做出相关的理论分析和解释说明，或者对会产生的现象和应得出的结论作出预料和判断，有的还要求说明预料和判断的理论依据.如八年级上册49页的第4题：在透明玻璃杯的杯底放一枚硬币，再放一些水.把杯子端放到眼镜的高度，再慢慢下移.当杯子下移到某一位置时，可以看到两枚硬币.做这个实验，并解释这种现象.对这一类型的习题，可帮助学生准备习题中涉及到的器材，让学生仿照题中情景进行操作，验证题中的现象和结论，从而把理论性分析与实践性操作相结合，以加强理论与实践的天然联系.

2.2 挖掘习题隐含的“类”实验，体会学科的基本特征和分析问题的基本方法

有的习题表面上涉及到的只是非实验性的求解与计算，但隐含着重要的物理实验类型，即“类”实验.如八年级下册29页第5题：把电阻R1与R2并联接入电路后，两端所加电压为24Ⅴ，如果R1为80Ω，通过R2的电流为0.2A，求R2.你能用两种方法求出答案吗？对这类习题，可先让学生进行计算，然后让学生试着用实验的方法进行设计与测量，并在此基础上进行归纳与拓展，将具体的实验演化为有代表性的一类实验，通过解答与实验，解决的是一类典型的实验问题.本题可演化为用给定一个电池阻，一个电压表，一个已知阻值的电阻器R1和几根导线，要求测出未知电阻器R2的阻值.

2.3 取材于习题的实验制作与发明，培养学生的创新精神与实践能力

一些习题本身就是实验的操作或小制作，如九年级教科书90页“动手动脑学物理”栏目的第3题“使水位保持一定的装置”的制作，八年级下册67页“动手动脑学物理”的第3题要求“找来一些简单的材料，自制一个指南针.”等等.有的习题要求用所学知识对一些实用的仪器与装置的工作过程和原理进行理论分析，如八年级下册78页“动手动脑学物理”的第1题、第2题和79页的第3题，分别要求说明水位自动报警器、温度自动报警器、直流电铃的工作原理.对这类习题，可帮助学生准备题中所列器材，让学生动手制作，并把自制成果运用到实践中去，以培养发明创造能力.尽管这样的制作与创造的起点较低，但进行这种以原型制作为基础的经常性的实验制作活动，不但可培养学生的探索创新精神和创造发明意识，而且在发明创造能力的循序渐进和逐步提高中，培养出新世纪所需的创造型人才.

3 对课本中的物理实验进行改进

如图1所示是人教版义务教育课程标准实验教科书·物理九年级（2006年版）95页“用溢水杯探究浮力的大小”的的实验，可将图1所示的装置改为如图2所示的实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧秤，C为重物，D为薄塑料袋（质量不计），E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入红色的水，F是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），G为铁架台.

图1

对比图1、图2的两组实验，改进后的实验与原实验比较.其优点体现在：溢水杯中加红色水，增加可见度；能同时显示出物体所受的浮力大小和物体排开液体的重力大小；调节平台F的高度.可观察到物体受到的浮力随排开液体体积的增大而增大；弹簧上端有铁架台固定，弹簧秤示数更稳定；薄塑料袋不计质量，弹簧秤B的示数直接反映物体所受的浮力大小；能减少图1操作过程中因水的“损失”而给实验所带来的误差.

图2

4 增加物理实验内容

教科书中的实验是根据教学需要和现有实验条件而设置的，这并不意味着把所有物理知识的获得都配有相应的实验，也并不意味着每一个实验都具有理想的教学效果.教学中可根据实际情况增设教科书中没有的实验，或对一些实验进行替换，以追求实验教学的理想效果.

人教版义务教育课程标准实验教科书·物理九年级（2006年版）87页中的“托里拆利实验”是大气压强的测量实验，因为水银有毒，因此实验只能通过看“录像”的方式进行.为了使实验教学更有效，可增设用注射器进行测量的方法.实验器材：注射器，弹簧测力计，刻度尺，尼龙绳.实验步骤：① 把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔；② 用绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平慢慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下测力计的示数F；③ 用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为L，根据注射器的最大刻度V，计算得到活塞的横截面积

5 以考试命题改革为导向，推进物理实验的开放化

传统实验教学往往只关注课本中几个固定的实验内容，实验的方式与过程体现在学生严格按照给定的器材，按照课本中固定的实验步骤进行操作.而因为实验资源的匮乏甚至使实验教学落入“教师讲实验，学生背实验”的怪圈.我们应为教学提供尽可能多的物理实验资源，包括简单易得的实验器材及信息技术，以沟通物理与生活的联系，让学生在开放的实验环境中体验物理文化的价值，从而形成正确的价值导向.例如2007株洲市中考题：“旋蛋实验”可以判断一个鸡蛋是生鸡蛋还是熟鸡蛋：在光滑的水平桌面上快速旋转该鸡蛋，用手制动后又立即释放，如果鸡蛋能“自动”转动起来，那么这个鸡蛋一定是________鸡蛋，这是因为________.鸡蛋是学生再熟悉不过的生活物品，实际生活中把玩鸡蛋的学生可能并不多，而见过“自动”转动的鸡蛋的学生更是少之又少.设置既熟悉又陌生的物理情景，激发学生强烈的探究欲望，是本题立意所在.学生通过“旋蛋实验”收获的不仅是惯性知识本身，更重要的是收获了一种意识和习惯——“生活中的物理无处不在，只有用心才能发现”.

物理学的发展推动科学技术的创新，而技术的进步也为物理学习与研究提供先进的设备与手段.实验中采用传感器可以做到数据采集、处理、描述的同步，如2011年中考试题中，南京市第32题，无锡市第33题，济宁市22题的第（5）题等等都介绍了传感器的实际运用.现代技术在实验中的渗透不仅能提高实验效果，而且能让学生体验到“物理与技术的交相辉映”.

1 解世雄.物理文化论.重庆：西南师范大学出版社，1996.5－6

2 厚宇德.物理文化与物理学史.杭州：浙江科学出版社，成都：西南交通大学出版社，2004.4

3 许静.文化视野下的中学物理教学.天津市教科院学报，2010（8）：82—83

4 李正福等.从隐形到显性：物理科学方法教育方式的重要变革.课程·教材·教法，2010（12）：71—74