实验教学要讲求艺术＊

叶东福

（福州三中金山校区，福建 福州 350008）

何谓实验，实验是人们根据一定的研究目的和任务，利用一定的仪器、设备与手段，人为地创造一定的环境或条件，主动控制或干涉研究对象，突出主要因素，在典型环境中探索自然奥秘的研究方法.［1］

随着新课程改革的不断深入，教学模式从“讲授”到“探究”再到“实验探究”的改变与综合，实验的功能已从验证已知公式、规律，使其为学生信服的手段转化为建立概念、规律，获取物理学研究方法感性体会的手段，实验已从作为教学的辅助手段转变为贯穿在整个教学过程中创造物理情景、探索物理问题的主要手段.从审美心理结构分析，实验不仅对学生的认知有利，也对学生非智力因素的培养有益.一位优秀的物理教师必定是富有实验教学艺术的教师.

1 物理实验教学要成为符合学生认知规律、特点的一门艺术

从认知的角度看，只有不断地打破学生原有的认知结构，使他们的思维远离平衡状态，才能有效地调动起学习新课题的积极性.有关学者通过研究，发现人们接受知识的方式不同，记忆的比率也就不同，其关系大致如下表1所示［1］.

表1

不难发现，教学的过程如果有实验的参与，让学生边听、边看，或者是让学生又听又看、又说又做，学习的效率显然比只读或只听好得多.为此，我们可以充分运用实验手段，将新旧知识矛盾尖锐地摆在学生面前，使他们的思维处于激烈的不平衡状态中，从而带着要解决问题的迫切心情投入学习.以往抽象的概念、规律学生常常记不住，是因为教学时学生在课堂上就没有听明白、理解透彻.假如教学时能恰当地按照审美心理结构和审美要素等方面去设计、创造实验情景，使之成为学生感知认识的支撑，给学生以生动、具体的表象，使抽象的概念、规律不再是空中楼阁，从而使学生学习理解、记忆更迅速、更牢固.

2 教学中怎样才能展示物理实验教学艺术魅力的探索

实验教学是一个动态系统，也是一个目标系统，为了完成实验的既定目标，排除使目标系统偏离预定轨道的种种干扰，使师生双方始终保持知识信息的畅通，达到教学的动态平衡，在物理实验教学中如果能够采用合适、直观的教具，恰当的教学方法，艺术化的教学处理，就能使学生迅速地看清楚、听清楚、做清楚他们需要感知的一切，实现教学的最优化.［2］我们探索从以下几个方面进行尝试.

2.1 “慢”中感知，触摸知识脉络体系

课标强调，物理教学要重视揭示获取知识和运用知识的思维过程，在此过程中，使学生获得对知识概念的理解，并在思维能力、情感态度与价值观等方面得到进步和发展.物理本身具有抽象性、周密性、概括性，这就决定了物理学习不是一蹴而就的过程，而是需要感知、实践、抽象、概括的“慢”思维过程.教师在引入概念前设置一些恰当的物理实验情境，让学生主动探究，让学生在探究过程中构建科学的物理概念、规律，这样可以为学生提供更多的感性材料，再让学生逐帧定格，直接感知，呈现物理知识的细枝末节，让学生在起落变化间触摸知识的脉络体系，在正误辨析中洞察问题的本质，才能将感性上升至理性.

以高中物理鲁科版（选修3-2）教材“感应电动势”概念教学为例.教材中是短短的几句话，即：“电磁感应现象也都伴随着能量的转化，电路中必然存在电动势，这种在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势.”看似平铺直叙、言简意赅的定义，如果在课堂上采取“短平快、粗简重”的教学，就难以把握概念实质，难以实现课堂教学的有效高质.我们仔细认真的解读、领悟、诠释感应电动势概念，发现进行感应电动势概念教学有两个难点要素：① 能量从何处转化而来；② 感应电动势怎样产生.为此，课堂的教学过程中，笔者创设了类比→感知→内化的实验探究路径，来调动学生这个主体，使他们有强烈的兴趣去思考、去推理、去学习课程内容.其程序如下：

（1）观察比较：将图1（甲）、（乙）分别用投影仪展示，并引导猜想：如果将图中开关S均闭合，电路中是否都有电流？为什么？（学生展开讨论并得出可能的情况.）

图1

分组实验探究：对照图1（甲）安培表指针偏转；对照图1（乙）电流计指针不动，但当条形磁铁位置变动时，电流计指针偏转，表明回路中有电流.

（2）类比分析：图1（甲）中产生的电流是由电源提供的，图1（乙）中产生的是感应电流.

进一步引导分析：由恒定电流的知识可知，闭合电路中有电流，是因为电路中有电源，其能量是由电池的化学能转化为电能.图1（乙）中的电源在哪里、能量从何处转化？（学生运用类比的方法将甲乙两图进行比较、分析讨论.）

（3）感知内化：用投影仪展示图2（丙）启发学生回答，图2（乙）中的线圈就相当于图2（丙）中的电源，在磁铁插入线圈的过程，由于磁铁的运动将引起穿过闭合线圈磁通量变化的能量转化为线圈的电能，即此时的线圈相当于电源，在线圈两端产生了电动势，使电路中有了感应电流.

图2

（4）教师总结：我们把这种由于电磁感应现象而产生的电动势叫做感应电动势.这样的过程分析，表象上增加了问题解读的时间，学生却因为经历了实验过程的“慢”感知，建立起来的感应电动势概念，则不会感到空洞、抽象，会使学生感到生动、透彻，轻松地理解感应电动势的产生原因.

由此可见，在观察、类比、分析、感知、综合等一系列思维活动的物理知识形成过程中，如果有实验的参与，就会把知识的传授方式与思维运动形式有机融合在一起，物理概念在“慢”中“应运而生”，物理规律在“慢”中“由感而知”.

2.2 “变”中感知，实验助力知识“发酵”

“变”中感知在物理实验教学中已经成为一种方法、一个研究方向.中学物理中，牛顿第二定律、欧姆定律、电阻定律等的研究采用的都是让相关因子逐个变化的方法，它提供了人们研究自然规律最简捷、有序、省力的途径.在实验教学中运用实验的“变”，可以让学生由浅入深、从一般到特殊地把握、感知事物的变化规律，还可以让学生由点及面、由局部到整体地认识事物之间的共同特点，达到使知识发酵创新铺垫的目的.

以鲁科版高中物理教材必修2“超重与失重”一课教学为例.课堂教学中为了更好地演示物体的超重现象与失重现象，笔者设计了如下变式实验：① 让有孔的“可乐”瓶向上加速运动；② 让有孔的“可乐”瓶做自由落体运动；③ 让有孔的“可乐”瓶做竖直上抛运动；④ 让有孔的“可乐”瓶在师生间抛来抛去.

一般情况下教师只需要演示①、②两种情况，因为若仅为了让学生理解知识，这就够了，但这样的演示缺乏亮点，也缺乏师生间的互动，缺乏生动而又令人难忘的情境.实验变式③、④，不仅进一步揭示了自由落体、竖直上抛、斜抛之间的联系，还创设了良好的课堂教学氛围，达到了师生“共乐”的教学境界.

以上“变”的实验过程感知设计的着眼点：以学生的实验认知过程为主线，将科学家的原发现过程，从教育与教学的角度，进行必要的剪辑和编制，让学生追根溯源，把他们带到问题开始的地方，使教学过程真正成为学生主动参与的“再发现”“准研究”过程.

2.3 “想”中感知，彰显实验探究魅力

翻开物理学史，当年的大师们为了探索物理世界的奥秘，曾经运用科学实验发现了一个又一个的规律，他们留给后人的启迪，不仅仅在于实验，更在于实验本身.我们应引导学生去追溯物理学家的思考、研究的源头，从中汲取物理思想的营养.在实验过程教学中，应多让学生想想：“为什么要这样做？换一种方法行不行？还有没有更好的方法？”［3］以此渗透物理思维方法，启迪学生的思路.特别是新教材把学生动手实验活动融入学习内容之中，取消了单独编排学生实验的做法，淡化了学生实验和教师演示的实验界限，目的就是让教师应尽可能的为学生创设科学探究的实验平台，如让学生亲身参与到实验探究方案的构思与设计等活动中去.

以高中物理鲁科版（选修3-2）教材“自感”教学设计为例.教学时就要讲清并摸索出科学家如何发现“由线圈自身的电流变化引起的磁通量变化是否也能产生电磁感应？”的规律.为了突破规律探索的教学难点，实现教学的最优化，笔者为此设计如下实验探究过程：

（1）直观感知：教师演示如图3所示实验，请学生观察并思考磁铁的N（S）极在向下插入或拔出线圈时，电流表的指针是否发生偏转？（通过观察发现电流表指针发生偏转了.）

图3

图4

（2）提出问题：电流表指针为什么会发生偏转？（学生讨论得出是因为有了感应电流.）教师再提出问题：如果将电路改成如图4所示，当线圈中电流发生变化时（如电键闭合或断开、移动变阻器滑片等），引起通过线圈的磁通量变化，线圈中是否会产生感应电动势？产生感应电动势与线圈中电流变化关系如何？（学生展开讨论并作出可能的结果猜想.）

（3）猜想假设：线圈中应该会产生感应电动势，且线圈中产生的感应电动势方向是阻碍原电流的变化……

（4）实验设计、探究、验证：教师引导学生分两种情况进行实验探索.

第1种情况：探究电流增大情形.① 设计图5所示电路；② 理论推测：S闭合时，小灯应延迟发光；③ 实验结果：S闭合时，灯几乎立即发光；④ 归因分析：是由于人眼睛分辨不出小灯延迟发光现象，但根据电磁感应一般和特殊关系，原有猜想应该对的；⑤运用对比（比较L1和L2灯发光情况）和补偿（调节变阻器，使S闭合时2灯亮度相同）实验思想方法设计出如图6所示的电路；实验结果表明，L1比L2延迟发光，验证了原有猜想.

图5

图6

图7

第2种情况：探究电流变小情形.① 设计如图6所示电路；② 理论推测：当S断开时，灯应延迟熄灭；③ 实验结果：当S断开时，2灯立即熄灭；④ 归因分析：或是由于人眼睛分辨不出小灯延迟发光现象，或是回路中电阻太大；⑤ 运用电路理论设计出如图7所示的电路；实验结果：当S断开时，灯闪烁一下再熄灭，验证了原有猜想.

实践表明，这种经历过丰富多彩的感知体验，曲折跌宕的实验探究孕育、发展、形成的物理概念、规律，会使学生感到有血有肉、清晰丰满，才能还教学以本真，给课堂以精彩.

3 结语

物理实验是中学物理教学中最吸引学生、最受学生欢迎的内容，这说明实验教学有着极强的审美功能.从审美心理结构看，实验教学几乎可以激发起知觉、想象、情感、理解等全面的审美因素.为了更好地发挥实验在物理教学中作用，对于物理教师不仅应知其美，更要知其所以美，在教学中不断的去研究、分析、运用，惟有如此才能将物理实验的精华内化为学生的思想和品性，将物理的思维深刻地烙印在学生的脑海中.

1 张绪培.中学物理教学艺术研究［M］.杭州：浙江大学出版社，2005：63－64.

2 叶东福.控制论视野下初中物理实验教学［J］.教学与管理，2014（4）：65－67.

3 叶东福.概念教学的“稀释还原”艺术［J］.中学物理教学参考，2014（1－2）：45－47.