張憲魁

摘要：本文從四個方面論述了進一步全面落實物理科學方法教育需要做的幾項工作。

關鍵詞：課程標準；科學方法教育內涵；實驗教學；科學方法教育因素

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）2（S）-0001-5

（上接第1期）

如前所述，物理教學中實施科學方法教育的目的之一。就是要弘揚科學的創(chuàng)新思想，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。而富有新意的實驗則是一個教師的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的最好體現(xiàn)。下面我們結合實例，談談如何在實驗的過程中，通過反思設疑、改革創(chuàng)新，點燃學生創(chuàng)新的思維火花，捕捉生成新的資源，推進創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)。

4.5 通過實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

4.5.1 任何一個成功的實驗都是綜合利用多種科學方法的成果

例如，如圖10、圖11所示的微小形變實驗，玻璃瓶的底面是橢圓形狀的。是為了探究物體受力是否發(fā)生形變而開發(fā)的一個看上去很簡單的實驗，但是我們卻可以提出幾個有關科學方法方面的問題：

①如何探究玻璃瓶能否發(fā)生形變？顯然利用實驗方法是最簡單可行的。

②這個實驗是由三部分組成的：

實驗對象——玻璃瓶；實驗源——人手；實驗效果顯示器——細玻璃管中的色水。初中物理實驗中有十幾處都是利用了這種方法顯示實驗效果。

③在此實驗中，人手是力源還是熱源可以作為悖論提出來研究。如果是熱源，那么先后從兩個方向用手捂而加熱的話，細玻璃管中的色水應該是連續(xù)上升的。這與實驗結果是矛盾的，否定了加熱，肯定了手是起到力源的作用。

④問題：為什么如圖10那樣，沿著底面短半軸方向擠壓玻璃瓶時。細玻璃管中的水是上升的：如圖11沿著底面長半軸方向擠壓玻璃瓶時，細玻璃管中的水是下降的。一個上升，一個下降，是否矛盾？我們只要利用數(shù)學知識，即可迎刃而解。原來沿著短半軸方向擠壓時，橢圓面積變小了，擠壓時水沿著細玻璃管上升；當沿著底面長半軸方向擠壓玻璃瓶時，底面向著圓的方向發(fā)展，同樣周長的曲面，圓面積最大，因此擠壓時水沿著細玻璃管下降。

同樣如圖12所示的真空鈴實驗也可以提出類似的一些問題：

①如何探究真空中能否傳播聲音？

②實驗的三個基本組成部分：實驗對象——封有空氣的鐘罩及發(fā)聲鬧鐘：實驗源——抽氣機；實驗效果顯示器——人的耳朵。

③如何分析得出結論

因果關系分析：分析電鈴聲音變小的原因是抽出了氣體。

共變分析法：聲音變小是與氣體逐漸減少同時發(fā)生的。因此，根據(jù)因果共變說明氣體逐漸減少是聲音變小的原因。

理想實驗：真空是難以實現(xiàn)的，抽氣到一定程度，即可做理想實驗進行推理；如果繼續(xù)抽成真空的話，聲音就會消失了，說明真空不能傳聲。

反向對比：逐漸向鐘罩里充氣，聲音又逐漸變大，說明了聲音傳播與空氣的關系。

④共變法：如果每當某一現(xiàn)象發(fā)生一定程度的變化時。另一現(xiàn)象也隨之發(fā)生一定程度的變化，那么這兩個現(xiàn)象之間就有因果關系。

4.5.2 實驗對象的拓展

將實驗對象從一個（種）拓展成多個（種）。例如，學習了通電導體在磁場中受力（如圖13）之后，有的學生問老師。通電的液體在磁場中是否受力，受力之后的液體呈現(xiàn)什么樣子？這是許多老師包括筆者，從來沒有考慮過的問題。老師如實回答不知道。讓學生自己去進行實驗觀察研究。結果學生到化學實驗室，研究通電食鹽水在磁場中受力的情況，發(fā)現(xiàn)通電食鹽水轉動起來。

實驗過程中。學生改進了電源連接的方式。并在食鹽水中撒一些紙屑用來觀察食鹽水的轉動（如圖14），同時研究了此過程中的化學反應式。學生不僅學到了知識，還體驗了探究的樂趣。

4.5.3 實驗方法的創(chuàng)新

例如，顯示光線時有的老師應用棉線繩顯示光線的路徑，十分明顯。又如，研究平面鏡成像問題時，現(xiàn)在一般的初中教材基本上都是借助于轉換的方法，用透明玻璃板代替平面鏡（如圖15）。人們不禁要問，難道就沒有辦法直接用平面鏡進行研究嗎？有的老師這樣設計：用平面鏡和兩個完全相同的墨水瓶A、B，研究“平面鏡成像的特點”。實驗時，將平面鏡豎立在桌面上，把A放置在鏡前的邊緣處（如圖16）。調整觀察角度，可在鏡中看到它的部分像。再將B放到鏡后并來回移動。直至其未被平面鏡遮擋部分與A在鏡中的不完整像拼接成一個完全吻合的“瓶”，那么墨水瓶B所在的位置即為A在鏡中成像的位置。

再如，有的老師用如圖17所示的“斜面塔”代替原來的單個斜面，這樣就可以“同時觀察”三種不同平面上物體移動的距離，不必再作數(shù)據(jù)的記錄，這對定性實驗來說是很方便的。

4.5.4 實驗儀器的改進

進行實驗儀器的改進。最常用的方法是“列舉不足”。例如，研究楞次定律時，傳統(tǒng)的是向一個線圈中插拔磁鐵，觀察與線圈相連的電流計的指針是否偏轉以及偏轉的方向，進而研究總結楞次定律（如圖18）。由于電流表的指針在偏轉過程中有慣性問題，這樣磁針偏轉越過中心零點，是電流方向不同引起的還是慣性問題。容易引起歧義。江西的郭訓盛老師研制了一件實驗儀器：在一個自己繞制的線圈的兩端，并聯(lián)兩個正反向連接的發(fā)光二極管（如圖19）。當用強磁鐵靠近線圈時，假設是左面的二極管發(fā)光，那么遠離線圈時則是右邊的那個二極管發(fā)光，進而據(jù)此分析研究總結楞次定律。解決了上述傳統(tǒng)儀器幾十年來未解決的不足之處，這是一種儀器的創(chuàng)新。為此他在全國名師大賽中獲得了特等獎。

4.5.5 開拓研究思路。形成系列實驗

不斷地對實驗進行反思，提出一些相悖的問題，進而設計實驗，形成系列化實驗。例如，如圖20所示用小燒杯做覆杯實驗（不夠驚險）——提出用大的燒杯可以做嗎？如圖21所示用大玻璃筒做覆杯實驗（比較驚險）——提出質疑：紙片覆在玻璃杯上，真的是因為大氣施壓的緣故嗎？——設計實驗：將實驗用的覆杯放到真空罩中（如圖22），抽出空氣到一定程度時，紙片脫落下來，說明紙片覆在玻璃杯上，真的是因為大氣施壓的結果。以上實驗連續(xù)形成了系列實驗，很有借鑒意義。