重視實驗細節凸顯方法教育

薛燕敏

(江陰市第一中學 江蘇 無錫 214400)

實驗探究是高中物理教學中非常重要的組成部分，其教學效果關乎物理教學質量的高低.成功的實驗探究可以增強學生學習物理的自我效能感，讓學生喜歡物理，激發學生學習物理的興趣;富有成效的實驗探究，可以為學生學習物理概念、規律，解決物理問題等奠定基礎，提升物理課堂的教學效率.所以，教師都十分重視實驗探究，都想方設法提升實驗探究的效率.然而實驗探究不僅要師生在態度上重視，更要在課堂教學的細節上千錘百煉，精心預設才能夠，在課堂中有生成，才能夠在課堂教學中超越知識的傳授，讓學生體驗物理方法，最大化地提升探究效果.

1 生動有趣的課堂激發學生探究興趣

1.1 組織貼近學生生活的活動

好的課堂引入能夠最大化地引起學生的學習注意，能夠更好地激發學生的學習興趣，在課堂的導入環節教師都會花費很大的精力與智慧，盡量讓課堂的導入取得好的效果.教學中，教師以貼近學生生活、能夠讓學生參與的探究活動導入新課，往往會讓學生熱情高漲，積極參與到學習中.

在“力的合成”一節的教學中，可以以學生熟悉的提水桶的例子進行新課引入，人教版教材上也有這一例子和插圖，“一個成年人用的力與兩個孩子用的力效果相同”[1]，教學中將教材的插圖(圖1)變成學生的探究表演活動，先讓兩個瘦小的女生一起將水桶提起來靜止在空中，然后讓一個健壯的男生獨自一人將水桶提起，讓其靜止在空中.讓學生思考這兩個女生的力與男生的力是否等效?將圖片轉換成學生的探究活動，學生參與面更廣.學生更主動地參與到學習過程中，是主動獲取信息的，這樣學生不僅更有學習的興趣，也會獲得更好的學習效果.

圖1 “力的合成”教材插圖

1.2 教師巧設出其不意

在探究活動引入新課的過程中，教師有時需要故弄玄虛，出其不意，更能學生吸引學生的注意力，促進學生更有激情地投入到實驗探究活動中.在上述提水桶的活動之后，要進一步探究合力和分力的關系，需要猜想它們之間滿足的規律，并設計方案驗證.讓學生發言后，教師對學生的猜想不做評判，只是簡單說:等效性很普遍，其規則應該是美麗、簡潔的，會不會是1+1=2這樣的算術法則?究竟我們的猜想對不對，需要進一步用實驗驗證.為此，可以將上述提水桶活動中的力定量測量出來，并記錄其方向即可.需要定量測量力的大小，這時教師展示的彈簧測力計的量程是5 N，此時學生都覺得不可思議，沒法完成實驗，因為大水桶加上水太重，此時教師從儀器籃里面拿出一個小小的水桶(用礦泉瓶自制的)，然后開始實驗.在探究活動的導入階段，教師假裝不知道合力與分力之間的運算法則，故意將自制的小水桶藏匿，可以很好刺激學生的好奇心和求知欲望，激發學生的探究興趣.

2 利用實驗探究突破學生的錯誤前概念

學生在學習物理之前一定有來自于生活經驗、已有舊知識等方面的錯誤前概念，為此教師要幫助學生構建正確的認知就必須想法破除原有錯誤前概念.實驗教學中，學生的錯誤前概念可以利用實驗探究的數據、現象等破除.

3 實驗探究的演示重視學生的視覺體驗

在實驗探究中，由于學生實驗基本技能的欠缺和對實驗方法、實驗原理的理解不透徹，還不能達到融會貫通的程度，為此引導學生學習了實驗目的、原理、步驟之后，往往需要教師給學生進行示范.尤其是高一的學生，他們面臨的實驗步驟的復雜程度超出初中許多，然而其實驗技能、智力水平對比初中卻沒有快速發展.所以，很多實驗對學生而言操作的難度偏大，亟需教師的演示，讓學生先模仿，再消化，后升華創新.然而，在演示過程中，受制于大班教學，很多學生視野受限，看不清教師的操作細節，沒法看清實驗效果，這樣教師演示的效果就會大打折扣，為此教師演示時要照顧學生的視覺體驗，其中一個重要的策略就是將水平面演示的實驗變成立面，并適當“放大”實驗器材.

以探究合力與分力關系實驗為例，原本是用橡皮筋、木板、白紙、圖釘、細繩在水平桌面上完成實驗，這樣如果教師在講臺上演示，幾乎沒有學生能看清楚，如果教師在教室的中間位置完成演示，也只有少數學生可以看清楚.為此，可以采用如下替代方案，在黑板上完成實驗.

第一，在黑板上方釘兩顆合適的釘子(釘子在圓周運動、單擺等教學內容時還有用)；

第二，將兩個彈簧測力計一端用細繩套、掛鉤掛住自制小桶，另一端用繩套掛在釘子上(注意釘子需要長一點，避免水桶與黑板之間有摩擦)；

第三，記下兩彈簧測力計的讀數F1和F2，在兩細線下方打兩個點以記下兩個拉力的方向；

第四，選擇標度在黑板上畫出F，F1，F2這3個力的圖示；

第五，多次改變兩細繩的長度，得到多組F1和F2，并畫出其圖示；

胰腺假性囊腫(pancreatic pseudocyst, PPC)為重癥急性胰腺炎(SAP)急性期主要局部并發癥之一[1]，其發病率為6.0%～18.5%[2-3]。PPC逐步進展可產生嚴重周圍組織、器官的壓迫癥狀，一旦出現囊腫破裂、出血、繼發感染等情況，如不及時處理會引起較為嚴重的腹痛、發熱、休克，甚至危及生命[4]。多數PPC可經自身吸收或通過穿刺引流或手術治療治愈[5-6]。SAP臨床治愈2年后再發PPC者非常罕見，近期解放軍東部戰區總醫院連續收治2例此類患者，經微創穿刺引流治療后痊愈，現報道如下。

第六，用一個彈簧測力計豎直向上拉小桶和水，靜止時記下彈簧測力計的讀數F，并畫出其圖示；

第七，觀察F，F1，F2的圖示，找到他們之間的關系.

實驗過程和結果如圖2和圖3所示.

圖2 實驗過程

圖3 實驗結果

4 實驗中操作嚴謹規范培養科學態度

實驗中每一個操作都有嚴格的規范，每一步操作為何要這樣都有其學科邏輯.實驗教學中，教師在每一個細節上都應規范操作，并嚴格要求學生.通過實驗細節的嚴格規范，達到培養學生嚴謹、規范的科學態度的目的.

實驗教師可以在一些關鍵環節故意出錯，讓學生在發現教師的錯誤、糾正錯誤并提出改進措施的過程中理解物理知識，掌握實驗技能，并習得物理方法.在探究合力與分力實驗中，完成對分力測量的演示之后，要完成合力的測量時，教師可以故意將水桶里面的水弄灑了一點，然后問學生現在還可以將小水桶掛上去測出合力嗎？為什么？學生表示，不可以，因為水灑了一點會導致不等效.教師接著追問，現在應該怎么辦？學生思考后認為應該重新實驗.如果實驗中又弄灑了，怎么辦？繼續鍥而不舍重做.教學中，教師故意將水弄灑，可以讓學生領悟實驗中等效替代法，更能滲透實驗探究中要有客觀公正、實事求是的科學態度，要有鍥而不舍的探索精神.

在探究合力與分力關系的實驗中，用一個彈簧測力計豎直向上提小水桶，此時彈簧的拉力是合力，方向豎直向上，在黑板上畫出其圖示時，如何確定豎直向上的方向？靠感覺？垂直于黑板的邊沿？ 都不是，憑感覺畫不準確，垂直于黑板邊沿也不準確，畢竟黑板也未必垂直于豎平面，而是應該用重錘線找到豎直方向.通過用重錘找豎直方向這一個小小的操作，提高了實驗的精確度，較好地培養了學生嚴謹的科學態度.

5 實驗中教師示弱引導給學生思考空間

教師對中學物理實驗的過程與結果了如指掌，但是學生卻是陌生的.教學中教師應該將自己矮化，將自己的思維稚化，不要滔滔不絕將原理、步驟、注意事項一下講完，這樣學生是信息的被動接受者，學生沒有思考的契機，影響教學效果——一方面學生很難記住教師所講的內容，另一方面即使記住了，由于缺乏思考，理解不透徹，學生也不可能融會貫通.所以，教師在一些實驗探究的關鍵節點，可以假裝沒有辦法，從而給學生留出思考的空間和時間.

例如，在探究合力與分力關系的實驗中，需要記錄下彈簧測力計各個拉力的方向.如何記錄？對此很多學生沒有想過細線方向就是拉力方向，更不清楚只需要將細線在白紙上的投影上標注兩個點即可，而是想到用量角器將兩拉力方向的夾角測量出來.為此，教學中教師對學生的方法不做評價，假裝自己也不清楚如何記錄拉力方向，留給學生思考的機會和時間.待學生充分思考后，再引導學生利用在細線投影上做標記的方法記錄拉力方向，并分析量角器測量夾角的不妥之處.

6 實驗中器材充分且多余讓學生理解透切

教師演示完成后，需要由學生自己完成實驗操作，數據記錄、處理，歸納實驗結論.教師給學生提供的實驗器材，沒有必要剛剛好是實驗方案中提及的器材，有必要給學生提供充分且多余的器材，讓學生在實驗中多器材進行篩選，甚至選用不同的器材組合，得到不同的實驗方案.

探究合力與分力關系的實驗中，可以給學生提供小車、橡皮筋、細線、三角板2個、2個彈簧測力計、白紙、木板、圖釘.實驗中小車是不需要的，將其放入學生備用器材是為了迷惑、干擾學生.如果學生能夠排除掉干擾器材，說明學生對實驗原理理解是透徹的，對實驗操作的步驟是熟悉的，這樣的實驗探究才有效果，也才有融會貫通的可能.

7 實驗前必要的提示減小學生探究的挫敗感

學生進入高中階段，學習的臺階比較明顯，學習內容難度增加，思維水平要求更高，實驗技能方面的要求也明顯比初中高了很多.然而，學生的知識儲備增長、思維水平的提升、實驗技能發展卻不可能短時提升.這就會導致學生在學習過程中感覺到吃力，有不少學生因為沒有跨過初高中的臺階成績明顯下滑，最終淪為學困生.在實驗方面，初中階段實驗原理相對簡單，實驗步驟比較少，對學生的實驗技能要求要低一些，更多是實驗操作和觀察實驗現象，定性記錄實驗結果，少有涉及定量處理實驗結果的，而高中實驗原理相對復雜，實驗步驟比較多，要注意的細節也比較多，數據處理多為定量，這些都對學生的知識儲備、思維能力等方面提出更高的要求，學生實驗過程中會感覺困難增多.為此，教師有必要在演示后讓學生自己動手實驗前對實驗中的一些關鍵節點、注意事項、難點進行必要的提示或提醒.

探究合力與分力關系的實驗中，需要教師在如下幾個方面提醒學生.

(1)怎樣確定研究對象？

(2)怎樣保證等效？

(3)怎樣記錄和描述一個力？

(4)彈簧測力計有一定的厚度，圖釘比較短，怎樣才能在拉橡皮筋過程中讓拉力與白紙平行？

這些提醒可以減少學生在實驗中的錯誤，減少學生實驗探究的挫敗感，一方面提升教學效果，二來可以保護學生的學習積極性，增強物理學習的自我效能感.

8 實驗結果歸納階段注意顯化方法教育

“現代的物理實驗離不開定量的觀察和計算，需要采用專門的方法數據處理，才能夠得出需要的實驗結果.”[2]高中階段需要學生處理實驗數據，分析、總結得出實驗結果.在處理實驗數據時，應該要將方法的教育顯化出來，凸顯出方法在物理實驗中的重要性，讓學生領悟物理方法，為實驗的融會貫通和創新奠定基礎.

探究合力與分力關系的實驗中，讓學生做出力的圖示之后，需要歸納得出結論——平行四邊形定則.本實驗采用的是不完全歸納法，教師在教學中應該說明：方法的名稱、不完全歸納法的優缺點，并讓學生明白實驗中，如果只有一組或少數幾組同學得到分力與合力滿足平行四邊形定則，可能是某種偶然性，如果很多組同學多次實驗都得到平行四邊形，那說明平行四邊形與合力、分力之間有某種必然聯系.