从真做实验到做真实验

陈利军

(江苏省淮阴中学,江苏 淮安 223001)

从真做实验到做真实验

陈利军

(江苏省淮阴中学,江苏 淮安 223001)

实验教学受到普遍重视,教学中也真的带领学生做实验,但是实验教学中还存在实验原理有科学性错误、实验操作难度太大、实验现象演示偷梁换柱等伪实验.教师只有把握好开发实验的原则,深入研究疑难实验,借鉴其他版本教科书中的实验才能避免实验教学中出现伪实验,实现从真做实验到做真实验．

真实验; 伪实验; 实验原理; 实验操作

1 问题的提出

实验教学已经得到落实．教师基本上都能够按照要求开展实验教学,带领学生完成分组和演示实验,实现了实验从黑板、屏幕到实验室重大转变,即实现了真做实验．通过真做实验,学生在学习过程中会获得很多亲身体验,获得的直接经验要多于、优于在教室的黑板和投影屏幕上获得的.这能更好地为学生进行理论探究、构建物理概念、理解物理规律、习得物理方法等奠定基础,提高物理课堂教学效率．真做实验对培养学生的动手能力和综合素养也有很大帮助,从而有效提升物理课堂的质量．然而,在教学中有一些实验存在不足之处,比如实验原理存在科学性错误、实验操作难度太大学生不能顺利完成、实验现象演示偷梁换柱等,这些实验属于物理教学中的伪实验,对学生而言不仅起不到正面促进作用,还会造成负面影响．在物理教学中,要让物理实验对物理教学发挥更大的作用,就不仅要真做实验,还应该拒绝伪实验,进一步实现做真实验．所以教师有必要更深入研究实验,尽量避免在教学中出现错误的物理实验,避免伪实验给学生学习带来困惑,为新知识的学习埋下隐患．

2 需要改进的3类伪实验

课堂中的伪实验有些是照搬教科书上的实验方案造成的,有些是教师根据教学的需要自己开发的．认清伪实验的类型,可以让教师尽量减少在教学中出现伪实验,更从容开展实验教学．常见的伪实验有实验原理本身存在科学性错误、实验操作存在问题、实验现象演示偷梁换柱等．

(1) 实验原理不科学.

图1

实验原理是指导实验设计、解释实验现象、处理实验数据的理论依据,所以实验原理的科学性非常重要．在教材中,有些实验在设计时,由于不重视实验原理与实际之间的差异,想当然的在电脑上、在办公室臆想实验,使得实验的原理从一开始就背离实际,出现科学性错误．由于实验的复杂性,加上教师对一些具有迷惑性实验研究不够深入,设计实验时想当然构建“理想化条件”,理论上看起来很完善,能够达到很好的预期效果,但实际效果与预期却大相径庭．例如,在人教版必修圆周运动部分有一个实验:“光滑桌面上一个小球由于细线的牵引，绕桌面上的图钉做匀速圆周运动．小球受到几个力的作用?这几个力的合力沿什么方向?(文献[1]中图5.6-2,本文图1)”

在实际操作中,如何才能实现实验要求的“光滑桌面”或者接近光滑,这很难实现,除非有气垫的桌面,但现在没发现有气垫桌面．不光滑就没有办法实现“匀速圆周运动”．所以这个实验,原本想让学生增加体验,获得感性素材累积,然而由于实验原理不科学,导致实验背离实际,不仅不能达到预期,反而会给学生的学习产生困惑,比如小球所受合力方向的判断,从而影响向心力方向的判断和向心力概念的顺利得出．

(2) 实验操作难以完成.

教材中也出现一些实验操作难度过大,对实验的操作技能要求特别高．看起来每一个步骤都很完美,可惜绝大多数学生几乎无法完成实验操作．例如,在人教版必修2探究功与速度变化关系的实验中,给出了两个实验参考方案,其中参考案例2如下： “如图7.6-2(本文图2),使小车在橡皮筋作用下弹出．第2次、第3次……操作时分别改用2根、3根……同样的橡皮筋,并使小车从同样的位置被弹出．……”[2]本实验是人教版教材在最新一次印刷时新修订的,但本实验仍存在如下4个问题: (1) 小车在运动过程中受到的摩擦力很大,这会带来很大的误差; (2) 橡皮筋比较短,导致小车运动的位移比较小,不能完全反映出其加速、匀速的过程,如果匀速阶段打下的点太少则无法求出小车的末速度,而无法进行数据分析; (3) 运动过程中,小车容易偏离直线; (4) 如果要减小摩擦力带来的误差,就需要平衡摩擦力．如果要求学生完成该步骤,操作难度非常大,很多学生无法完成,虽然在验证牛顿第二定律的实验中就有这一实验技能的训练和要求,但这一高难度的操作几乎没有学生达标．这样的实验学生几乎无法完成,预期的实验效果无法达成．

图2 由橡皮筋提供牵引力

(3) 实验设计中偷梁换柱.

图3

实验教学中教师会根据教学需要自己开发实验,这是值得点赞的．但教师设计的实验会存在演示的现象与所要达到的实验目的背道而驰．本来要演示的是A现象结果却展示的是B现象．甚至教师都不知道自己设计的实验“偷换了概念”、“移花接木”、“偷梁换柱”．这一类伪实验给学生传递了错误的信息,对物理教学有很大危害．例如,一次在高二教研活动中,教师为了给学生演示静电现象,设计了不少有趣的静电演示实验,例如电吹风、披头散发、气球吻书、静电防护、静电屏蔽等,这些实验由教师带领学生合作完成,对激发学生学习兴趣,提高学习积极性,促进学生更高效学习物理有很大帮助．毕竟,单调、空洞地讲解永远比不上自己动手亲身体验．物理教学中,讲给学生听不如用仪器演示给学生看,教师演示不如学生自己动手体验,使用现成的仪器不如使用师生自己制作的装置．带领学生一起设计制作实验教具,不但可以使学生巩固所学知识、增加学习体验、提升创新思维能力和动手能力,还能丰富实验室的教学设备．然而遗憾的是该教师的静电屏蔽实验属于一个“偷梁换柱”的伪实验．其教学过程如下:用一个捕鼠笼和一台收音机来演示静电屏蔽,如图3所示．先打开收音机,调好台,能听到清晰的声音,把收音机放入鼠笼,让天线伸出鼠笼外,收音机声音依然清晰,用手指把收音机天线慢慢按到鼠笼内,在手指没有离开天线前收音机声音依然清晰,手指一离开鼠笼,收音机节目信息消失,只有杂音,然后用手指伸进鼠笼接触天线,又获得清晰的收音机信号,人手充当了收音机天线．该教师认为这样就非常有效地演示了静电屏蔽现象．上述的演示实验混淆了静电屏蔽和信号屏蔽,此屏蔽非彼屏蔽,二者有本质区别．

3 对策及建议

教师在实验教学中把握好开发实验的原则,深入研究疑难实验,借鉴其他版本教科书中的实验优点才能避免出现伪实验,实现做真实验,顺利达成实验教学的目标．

(1) 教师把握开发实验的原则.

教学中鼓励教师自己开发、设计实验,这些实验是对实验室设备的有效补充,且更容易取得好的教学效果．教师在设计实验过程中应该把握如下原则．① 科学性原则,实验的原理、操作、数据处理等都必须科学、规范,只有这样才能向学生传递正确的知识,才能更好让实验服务物理教学; ② 简单性原则,要求从设计原理上简单、在能够达到教学目标的前提下,尽量用简单仪器,简便操作,这样学生更容易接受、理解; ③ 直观性原则,实验现象的直观性是衡量一个物理实验质量和教学效果好坏的重要指标,直观性体现在物理现象直观明白,体现在实验数据的处理和现象的解释简单明了,这就要求物理实验有很好的“能见度”,原理简单,过程简洁明了．

(2) 深入研究疑难实验.

教师在实验教学中,要有意识地去研究一些疑难实验,搞清楚这一实验的原理、操作的逻辑联系,并想清楚这些实验还可以如何改进．这就需要教师在实验教学中不能一味的拿来主义,一味的照本宣科．在研究实验过程中,教师要有质疑的意识,从而能够发现实验有不科学、不合理的之处,带着对实验的困惑,带着对实验的思考去深入思考.通过研究改进实验,避免实验中出现科学性错误,甚至通过深入研究对实验进行变式,最后能够对实验进行创新．当然,要深入研究实验的两个前提是:教师要反复做实验与认真研究实验理论．只有教师自己亲自反复做实验,才能发现实验的不合理之处,才有可能对实验进行改进,只有教师认真研究实验理论,教师才能够想明白实验中不合理之处为何不合理、怎样才合理．

(3) 借鉴融合其他版本教材实验.

图4

1 张大昌.普通高中课程标准实验教科书物理2[M].北京:人民教育出版社，2016：20,70.

2 束炳如,何润东.普通高中课程标准实验教科书物理2[M].上海:上海科技教育出版社术出版社，2011：44.

2017-05-12)