丁德生

（江蘇省興化中學(xué) 江蘇 泰州 225700）

實驗中的“意外”現(xiàn)象時有發(fā)生.捕捉住這種“意外”并進(jìn)行探究，會引起激烈的心理沖突，因為，“意外”的出現(xiàn)打破了思維的“慣性”，這種稍縱即逝的“意外”或“機(jī)遇”，作為寶貴的課堂資源可用來克服心理定勢，構(gòu)建新的概念，拓展新的認(rèn)識特別有效.

在實驗教學(xué)中“意外”時有發(fā)生.平時我們的同學(xué)在學(xué)習(xí)時往往涉及到過多的理想情況，如光滑斜面，電源內(nèi)阻忽略不計，燈絲電阻不隨溫度而改變等等，接觸多了也就成了自然，甚至想都不想，而實際不理想的因素卻都是不可避免地存在著，“意外”也就不斷出現(xiàn)了.處理“意外”，對教師既是一種挑戰(zhàn)，又是一種考驗.教師如果能很好的留意，發(fā)現(xiàn)其中的奧妙，因勢利導(dǎo)，及時、巧妙地處理，挖掘探究的深度，能使學(xué)生點燃思維的“火花”，獲得獨特的感悟，往往能轉(zhuǎn)化課中的亮點.實驗中出現(xiàn)的各種各樣的“意外”的分析與處理，不僅能更深入地了解實驗思想，還能通過這些實際問題的解決，提高對實驗條件及設(shè)計者煞費苦心的理解，甚至能設(shè)計出解決意外的巧妙方案，“意外”成了相當(dāng)豐厚的課堂寶貴資源.下面呈現(xiàn)幾個片斷實錄，僅供參考.

片斷1：指針怎么不聽使喚了呢？

用如圖1所示電路測定電源電動勢和內(nèi)電阻.選用儀器如下：

（1）待測干電池2節(jié)；

（2）安培表0～0.6A，0～3A雙量程；

（3）電壓表0～3V，0～15V雙量程；

（4）滑動變阻器0～50Ω；

（5）開關(guān)、導(dǎo)線若干.

圖1

實驗前設(shè)計好了數(shù)據(jù)表格，電流每間隔0.10A記錄一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄表格見表1.

表1 電壓表讀數(shù)U－電流表讀數(shù)I記錄表

實驗時“意外”出現(xiàn)了，滑動變阻器在調(diào)節(jié)時只集中在阻值小的一頭很小范圍內(nèi)電流電壓才有明顯的變化，而在阻值較大時調(diào)到預(yù)設(shè)值有點難，電壓表指針變化很小，不聽使喚.“難道是儀器壞了嗎？”

學(xué)生自言自語道.教師看了一眼發(fā)問道：“滑動變阻器調(diào)節(jié)的全過程都這樣嗎？”“不，只是出現(xiàn)在接入的阻值大的時候.”學(xué)生答道，“那說明與滑動變阻器接入電阻值有關(guān)，究竟是什么關(guān)系能確定嗎？”教師給了同學(xué)一些啟發(fā).同學(xué)若有所思，應(yīng)用U＝得到：當(dāng)Rr時，U≈E，此時調(diào)節(jié)R時U幾乎等于電源電動勢，變化很小.

這正是實驗中的“意外”，原來是實驗時滑動變阻器選大了.將滑動變阻器換成小點的阻值為0～20Ω，一切都與預(yù)想的一樣，操作也方便，很快就得到了該測量的數(shù)據(jù).有一個同學(xué)又提出一個問題，“前面的問題是滑動變阻器阻值選大了，如電源內(nèi)阻較大也就不會出現(xiàn)這樣的意外了，難怪有的課外講義講實驗時選用內(nèi)阻更大的舊電池效果更好些，那么能否‘增加電源內(nèi)阻’使實驗進(jìn)行下去呢？如新電池通過串聯(lián)一只已知電阻來實現(xiàn).”說干就干，拿一只5～10Ω的定值電阻與電池串聯(lián)，而不調(diào)換滑動變阻器，實驗調(diào)節(jié)時指針同樣的穩(wěn)定，作出的圖線也與預(yù)想一致，減去串聯(lián)的電阻值，測出的電池的電動勢和內(nèi)阻值與前面測出的吻合得很好.“原以為用滑動變阻器調(diào)節(jié)能變就行，想不到它的數(shù)值對實驗影響這么大，實驗設(shè)計太有學(xué)問了.”課后有同學(xué)感慨道.由于實驗的“意外”竟能使學(xué)生理解得這么深刻，到使老師感到有點“意外”了.

片斷2：曲線怎么不過原點呢？

“同學(xué)們，今天我們課上進(jìn)行探究做功與物體速度之間的關(guān)系，先進(jìn)行理論探究，再進(jìn)行實驗驗證，實驗裝置如圖2……”通過理論探究同學(xué)們已得出了做功與物體速度之間的關(guān)系，也明白了利用相同橡皮筋形變相同，做功相同的巧妙設(shè)計，解決了橡皮筋的功難以計算的問題，同學(xué)們被精彩的設(shè)計深深一打動了，“哇，太精妙了！”一下子積極性被充分地調(diào)動起來了，一個個懷著滿腔的熱忱全身地投到接下來的實驗中去，一會兒數(shù)據(jù)就測出來了，作圖驗證速度與做功的關(guān)系，但結(jié)果似乎有點“意外”.

（1）數(shù)據(jù)點v2－W圖像的線性有點差（如圖3），有好幾個點與一直線相距甚遠(yuǎn).

（2）圖線不過原點，且相距較遠(yuǎn).

圖2 探究物體做功與速度關(guān)系的實驗裝置

圖3

對于第一種情況還可用計算誤差，橡皮筋的差異來勉強(qiáng)解釋.第二種情況小車每次都由靜止釋放沒有力做功時應(yīng)該不能獲得速度，直線應(yīng)過原點，且大多數(shù)同學(xué)都這樣，這不是偶然的.吸取上次實驗教訓(xùn)同學(xué)們一開始就從被忽略的因素上找原因.“摩擦力”大家?guī)缀醍惪谕暤卣f道.以前自以為小車與平板間是滾動摩擦可以忽略，現(xiàn)在看起來要重新評估了.給小車一個初速度，果然運動不太遠(yuǎn)速度就明顯減小了，看來摩擦力的影響不得不考慮了，那么考慮摩擦力影響如何處理呢？不一會同學(xué)們討論出兩個解決的方案：

（1）測量摩擦力計算做功，但這一方案一方面由于橡皮筋的彈力是變力，橡皮筋恢復(fù)形變時小車的速度已經(jīng)過了最大值（速度最大時彈力與摩擦力平衡），所以從紙帶上很難確定橡皮筋恢復(fù)形變時小車的位移，計算功更難；另一方面涉及的物理量太多誤差難以控制（點評：學(xué)生現(xiàn)在已能夠從實驗的實際情況考慮實驗設(shè)計了，教師很欣慰）.

（2）“回避”即平衡摩擦力，相比第一種此方案既簡單又準(zhǔn)確，至此同學(xué)們對不同方案對實驗的影響體會更深了，牛頓第二定律平衡摩擦力的好處也更加明白.很快“平衡摩擦力”的實驗設(shè)計被“移植”過來了，調(diào)節(jié)好傾角，不一會實驗就做好了，當(dāng)然結(jié)果也可想而知了.

片斷3：奇怪的伏安曲線

描繪小燈珠的伏安曲線實驗：

（1）小燈泡（3.8V，0.4A）；

（2）安培表0～0.6A，0～3A雙量程；

（3）電壓表0～3V，0～15V雙量程；

（4）滑動變阻器0～50Ω；

（5）開關(guān)、導(dǎo)線若干；

（6）電源電動勢約4.5V.

按如圖4電路將滑動變阻器接成分壓式，調(diào)節(jié)滑動變阻器按預(yù)定表格記錄數(shù)據(jù).選擇測量點.電壓每隔1.0V測一組數(shù)據(jù) （見表2）.

圖4

表2 電壓表讀數(shù)U－電流表讀數(shù)I記錄表

按數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出對應(yīng)點如圖5所示.幾個點幾乎在一直線上，趨勢與原點相差甚遠(yuǎn)，曲線欲過原點在0～1V之間必有一明顯的彎曲，這一點附近的數(shù)據(jù)點的變化對曲線有很大的影響.而1～6V之間即使減少一兩個數(shù)據(jù)點卻對描繪圖線的形狀影響不大.于是有同學(xué)提出改進(jìn)的方案：電壓值不必等間隔地選取，起始段和彎曲程度較大的部分間隔要小，使數(shù)據(jù)點密一些，其后較平直的部分間隔可以大些，這樣既能保證實驗的準(zhǔn)確性又能夠提高實驗效率.根據(jù)這一原則幾個頭腦靈活的同學(xué)立即進(jìn)行了補(bǔ)救，然而“意外”也同時出現(xiàn)了.匯總起來有兩種類型的問題：

圖5

（1）如圖6出現(xiàn)兩個不重合的伏安曲線，難道同一燈泡伏安曲線不唯一？

圖6

（2）插入的點偏離原曲線太大，甚至有點跳躍如圖7.

圖7

面對“意外”教師反問了一句：“我們想要得到的伏安曲線不也是彎曲的嘛，那么什么原因?qū)е铝藦澢兀俊薄皽囟茸兓鸬难健?，“難道問題還出在這溫度上？”教師沒有正面回答.同學(xué)們開始討論了，你一言我一語探討著出現(xiàn)“意外”的原因，那種投入的專注、討論的積極、場面的激烈無一不反映濃濃的探究氛圍.不一會就達(dá)成了共識，恰恰就是溫度的變化引起的，原來第一次實驗時電流由小到大調(diào)節(jié)燈絲溫度上升有一時間的延遲，第二次實驗電流是由大到小調(diào)節(jié)燈絲溫度下降也有一時間的延遲，相對第一次實驗相同的電流第二次的溫度較高，燈絲電阻大分得電壓也自然較大，第二次的數(shù)據(jù)點在第一次的上方.很快同學(xué)們也找到了另一無規(guī)則圖線的原因，原來是為了在圖線彎曲最明顯地方再添加數(shù)據(jù)，使圖像更準(zhǔn)確.中途大幅改變電流是由于溫度的延遲引起數(shù)據(jù)的不連續(xù).從頭按次序按要求再做一次實驗，漂亮的曲線出現(xiàn)了，多么完美的結(jié)果呀，同學(xué)們臉上露出了燦爛的笑容.

絕大部分劃時代的發(fā)現(xiàn)，或多或少都是因為意外作出的.雖然從選題、實驗設(shè)計、構(gòu)思，一直到對獲得的經(jīng)驗材料加工整理，都有明確的目的性和計劃性，但是，這一切都不是絕對的，一旦出現(xiàn)與已有范式不相容的事實，就構(gòu)成科學(xué)活動中的“偶然”，本來研究此現(xiàn)象，卻意外地發(fā)現(xiàn)了彼現(xiàn)象；為某個問題所困擾、百思不得其解，卻因為另一個意外的事件提供了有希望的線索而豁然開朗，開辟了發(fā)現(xiàn)的坦途.正因為此，人們把觀測和實驗中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)的、出乎意料的現(xiàn)象或事件，稱為機(jī)遇.教學(xué)是個動態(tài)系統(tǒng).學(xué)生的思維是活躍的，他們不可能按教師預(yù)先設(shè)想的同一思維軌道運行.課堂氣氛越是活躍，學(xué)生越勤于思考，出現(xiàn)的“意外”就會越多.蘇霍姆林斯基說過“教育的技巧并不在于我能預(yù)見到課的所有細(xì)節(jié)，在于根據(jù)當(dāng)時的具體情況，巧妙地在學(xué)生不知不覺之中做出相應(yīng)的變動.”冷靜、機(jī)智、妥善地處理意外情況，把握每一次機(jī)遇不僅可以使教學(xué)收到意想不到的效果，而且表現(xiàn)出教師在處理問題上的聰明才智，使學(xué)生親身感受到課堂教學(xué)所獨具的魅力，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性.

法國著名微生物學(xué)家巴斯德曾經(jīng)說：“在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦.”教師應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力，掌握豐富的準(zhǔn)備知識，簡單地說，就是要讓他們的頭腦作好準(zhǔn)備，對客觀事件的進(jìn)程和事件豐富多彩的現(xiàn)象時刻保持警覺，一旦機(jī)遇出現(xiàn)，就認(rèn)出它，從中找到解決問題的線索.面對意外（甚至在教學(xué)過程中有意識地制造意外）教師不應(yīng)拘泥于預(yù)設(shè)的教學(xué)流程，而應(yīng)獨具慧眼，讓師生在寬松和諧、互動合作、情趣橫生的空間里展示心靈的對話，引導(dǎo)學(xué)生及時捕捉線索，抵制心理和落后勢力的阻撓，抓住線索，追根究底，弄清真象，作出科學(xué)解釋，實現(xiàn)機(jī)遇的轉(zhuǎn)化.在傳授知識的同時注重培養(yǎng)學(xué)生保持對意外事物的警覺性，在對細(xì)小線索注意中取得新發(fā)現(xiàn)的同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，為學(xué)生今后的發(fā)展進(jìn)行知識和能力的儲備，只有這樣，課堂才是活的，教學(xué)才是最完美的，教學(xué)活動也才是最有價值的.

1 劉大椿.科學(xué)哲學(xué)（第1版）.北京：人民出版社出版，1998.62