葉東福

（福州三中金山校區(qū)，福建 福州 350008）

何謂實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是人們根據(jù)一定的研究目的和任務(wù)，利用一定的儀器、設(shè)備與手段，人為地創(chuàng)造一定的環(huán)境或條件，主動(dòng)控制或干涉研究對(duì)象，突出主要因素，在典型環(huán)境中探索自然奧秘的研究方法.［1］

隨著新課程改革的不斷深入，教學(xué)模式從“講授”到“探究”再到“實(shí)驗(yàn)探究”的改變與綜合，實(shí)驗(yàn)的功能已從驗(yàn)證已知公式、規(guī)律，使其為學(xué)生信服的手段轉(zhuǎn)化為建立概念、規(guī)律，獲取物理學(xué)研究方法感性體會(huì)的手段，實(shí)驗(yàn)已從作為教學(xué)的輔助手段轉(zhuǎn)變?yōu)樨灤┰谡麄€(gè)教學(xué)過程中創(chuàng)造物理情景、探索物理問題的主要手段.從審美心理結(jié)構(gòu)分析，實(shí)驗(yàn)不僅對(duì)學(xué)生的認(rèn)知有利，也對(duì)學(xué)生非智力因素的培養(yǎng)有益.一位優(yōu)秀的物理教師必定是富有實(shí)驗(yàn)教學(xué)藝術(shù)的教師.

1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要成為符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、特點(diǎn)的一門藝術(shù)

從認(rèn)知的角度看，只有不斷地打破學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使他們的思維遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，才能有效地調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)新課題的積極性.有關(guān)學(xué)者通過研究，發(fā)現(xiàn)人們接受知識(shí)的方式不同，記憶的比率也就不同，其關(guān)系大致如下表1所示［1］.

表1

不難發(fā)現(xiàn)，教學(xué)的過程如果有實(shí)驗(yàn)的參與，讓學(xué)生邊聽、邊看，或者是讓學(xué)生又聽又看、又說又做，學(xué)習(xí)的效率顯然比只讀或只聽好得多.為此，我們可以充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段，將新舊知識(shí)矛盾尖銳地?cái)[在學(xué)生面前，使他們的思維處于激烈的不平衡狀態(tài)中，從而帶著要解決問題的迫切心情投入學(xué)習(xí).以往抽象的概念、規(guī)律學(xué)生常常記不住，是因?yàn)榻虒W(xué)時(shí)學(xué)生在課堂上就沒有聽明白、理解透徹.假如教學(xué)時(shí)能恰當(dāng)?shù)匕凑諏徝佬睦斫Y(jié)構(gòu)和審美要素等方面去設(shè)計(jì)、創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)情景，使之成為學(xué)生感知認(rèn)識(shí)的支撐，給學(xué)生以生動(dòng)、具體的表象，使抽象的概念、規(guī)律不再是空中樓閣，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)理解、記憶更迅速、更牢固.

2 教學(xué)中怎樣才能展示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)藝術(shù)魅力的探索

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，也是一個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)，為了完成實(shí)驗(yàn)的既定目標(biāo)，排除使目標(biāo)系統(tǒng)偏離預(yù)定軌道的種種干擾，使師生雙方始終保持知識(shí)信息的暢通，達(dá)到教學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如果能夠采用合適、直觀的教具，恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，藝術(shù)化的教學(xué)處理，就能使學(xué)生迅速地看清楚、聽清楚、做清楚他們需要感知的一切，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的最優(yōu)化.［2］我們探索從以下幾個(gè)方面進(jìn)行嘗試.

2.1 “慢”中感知，觸摸知識(shí)脈絡(luò)體系

課標(biāo)強(qiáng)調(diào)，物理教學(xué)要重視揭示獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的思維過程，在此過程中，使學(xué)生獲得對(duì)知識(shí)概念的理解，并在思維能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面得到進(jìn)步和發(fā)展.物理本身具有抽象性、周密性、概括性，這就決定了物理學(xué)習(xí)不是一蹴而就的過程，而是需要感知、實(shí)踐、抽象、概括的“慢”思維過程.教師在引入概念前設(shè)置一些恰當(dāng)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生主動(dòng)探究，讓學(xué)生在探究過程中構(gòu)建科學(xué)的物理概念、規(guī)律，這樣可以為學(xué)生提供更多的感性材料，再讓學(xué)生逐幀定格，直接感知，呈現(xiàn)物理知識(shí)的細(xì)枝末節(jié)，讓學(xué)生在起落變化間觸摸知識(shí)的脈絡(luò)體系，在正誤辨析中洞察問題的本質(zhì)，才能將感性上升至理性.

以高中物理魯科版（選修3-2）教材“感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)”概念教學(xué)為例.教材中是短短的幾句話，即：“電磁感應(yīng)現(xiàn)象也都伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，電路中必然存在電動(dòng)勢(shì)，這種在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).”看似平鋪直敘、言簡(jiǎn)意賅的定義，如果在課堂上采取“短平快、粗簡(jiǎn)重”的教學(xué)，就難以把握概念實(shí)質(zhì)，難以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的有效高質(zhì).我們仔細(xì)認(rèn)真的解讀、領(lǐng)悟、詮釋感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)概念，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)概念教學(xué)有兩個(gè)難點(diǎn)要素：① 能量從何處轉(zhuǎn)化而來；② 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)怎樣產(chǎn)生.為此，課堂的教學(xué)過程中，筆者創(chuàng)設(shè)了類比→感知→內(nèi)化的實(shí)驗(yàn)探究路徑，來調(diào)動(dòng)學(xué)生這個(gè)主體，使他們有強(qiáng)烈的興趣去思考、去推理、去學(xué)習(xí)課程內(nèi)容.其程序如下：

（1）觀察比較：將圖1（甲）、（乙）分別用投影儀展示，并引導(dǎo)猜想：如果將圖中開關(guān)S均閉合，電路中是否都有電流？為什么？（學(xué)生展開討論并得出可能的情況.）

圖1

分組實(shí)驗(yàn)探究：對(duì)照?qǐng)D1（甲）安培表指針偏轉(zhuǎn)；對(duì)照?qǐng)D1（乙）電流計(jì)指針不動(dòng)，但當(dāng)條形磁鐵位置變動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，表明回路中有電流.

（2）類比分析：圖1（甲）中產(chǎn)生的電流是由電源提供的，圖1（乙）中產(chǎn)生的是感應(yīng)電流.

進(jìn)一步引導(dǎo)分析：由恒定電流的知識(shí)可知，閉合電路中有電流，是因?yàn)殡娐分杏须娫?，其能量是由電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.圖1（乙）中的電源在哪里、能量從何處轉(zhuǎn)化？（學(xué)生運(yùn)用類比的方法將甲乙兩圖進(jìn)行比較、分析討論.）

（3）感知內(nèi)化：用投影儀展示圖2（丙）啟發(fā)學(xué)生回答，圖2（乙）中的線圈就相當(dāng)于圖2（丙）中的電源，在磁鐵插入線圈的過程，由于磁鐵的運(yùn)動(dòng)將引起穿過閉合線圈磁通量變化的能量轉(zhuǎn)化為線圈的電能，即此時(shí)的線圈相當(dāng)于電源，在線圈兩端產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，使電路中有了感應(yīng)電流.

圖2

（4）教師總結(jié)：我們把這種由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).這樣的過程分析，表象上增加了問題解讀的時(shí)間，學(xué)生卻因?yàn)榻?jīng)歷了實(shí)驗(yàn)過程的“慢”感知，建立起來的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)概念，則不會(huì)感到空洞、抽象，會(huì)使學(xué)生感到生動(dòng)、透徹，輕松地理解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原因.

由此可見，在觀察、類比、分析、感知、綜合等一系列思維活動(dòng)的物理知識(shí)形成過程中，如果有實(shí)驗(yàn)的參與，就會(huì)把知識(shí)的傳授方式與思維運(yùn)動(dòng)形式有機(jī)融合在一起，物理概念在“慢”中“應(yīng)運(yùn)而生”，物理規(guī)律在“慢”中“由感而知”.

2.2 “變”中感知，實(shí)驗(yàn)助力知識(shí)“發(fā)酵”

“變”中感知在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已經(jīng)成為一種方法、一個(gè)研究方向.中學(xué)物理中，牛頓第二定律、歐姆定律、電阻定律等的研究采用的都是讓相關(guān)因子逐個(gè)變化的方法，它提供了人們研究自然規(guī)律最簡(jiǎn)捷、有序、省力的途徑.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的“變”，可以讓學(xué)生由淺入深、從一般到特殊地把握、感知事物的變化規(guī)律，還可以讓學(xué)生由點(diǎn)及面、由局部到整體地認(rèn)識(shí)事物之間的共同特點(diǎn)，達(dá)到使知識(shí)發(fā)酵創(chuàng)新鋪墊的目的.

以魯科版高中物理教材必修2“超重與失重”一課教學(xué)為例.課堂教學(xué)中為了更好地演示物體的超重現(xiàn)象與失重現(xiàn)象，筆者設(shè)計(jì)了如下變式實(shí)驗(yàn)：① 讓有孔的“可樂”瓶向上加速運(yùn)動(dòng)；② 讓有孔的“可樂”瓶做自由落體運(yùn)動(dòng)；③ 讓有孔的“可樂”瓶做豎直上拋運(yùn)動(dòng)；④ 讓有孔的“可樂”瓶在師生間拋來拋去.

一般情況下教師只需要演示①、②兩種情況，因?yàn)槿魞H為了讓學(xué)生理解知識(shí)，這就夠了，但這樣的演示缺乏亮點(diǎn)，也缺乏師生間的互動(dòng)，缺乏生動(dòng)而又令人難忘的情境.實(shí)驗(yàn)變式③、④，不僅進(jìn)一步揭示了自由落體、豎直上拋、斜拋之間的聯(lián)系，還創(chuàng)設(shè)了良好的課堂教學(xué)氛圍，達(dá)到了師生“共樂”的教學(xué)境界.

以上“變”的實(shí)驗(yàn)過程感知設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)：以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知過程為主線，將科學(xué)家的原發(fā)現(xiàn)過程，從教育與教學(xué)的角度，進(jìn)行必要的剪輯和編制，讓學(xué)生追根溯源，把他們帶到問題開始的地方，使教學(xué)過程真正成為學(xué)生主動(dòng)參與的“再發(fā)現(xiàn)”“準(zhǔn)研究”過程.

2.3 “想”中感知，彰顯實(shí)驗(yàn)探究魅力

翻開物理學(xué)史，當(dāng)年的大師們?yōu)榱颂剿魑锢硎澜绲膴W秘，曾經(jīng)運(yùn)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)的規(guī)律，他們留給后人的啟迪，不僅僅在于實(shí)驗(yàn)，更在于實(shí)驗(yàn)本身.我們應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去追溯物理學(xué)家的思考、研究的源頭，從中汲取物理思想的營(yíng)養(yǎng).在實(shí)驗(yàn)過程教學(xué)中，應(yīng)多讓學(xué)生想想：“為什么要這樣做？換一種方法行不行？還有沒有更好的方法？”［3］以此滲透物理思維方法，啟迪學(xué)生的思路.特別是新教材把學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)活動(dòng)融入學(xué)習(xí)內(nèi)容之中，取消了單獨(dú)編排學(xué)生實(shí)驗(yàn)的做法，淡化了學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師演示的實(shí)驗(yàn)界限，目的就是讓教師應(yīng)盡可能的為學(xué)生創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如讓學(xué)生親身參與到實(shí)驗(yàn)探究方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)等活動(dòng)中去.

以高中物理魯科版（選修3-2）教材“自感”教學(xué)設(shè)計(jì)為例.教學(xué)時(shí)就要講清并摸索出科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)“由線圈自身的電流變化引起的磁通量變化是否也能產(chǎn)生電磁感應(yīng)？”的規(guī)律.為了突破規(guī)律探索的教學(xué)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的最優(yōu)化，筆者為此設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)探究過程：

（1）直觀感知：教師演示如圖3所示實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生觀察并思考磁鐵的N（S）極在向下插入或拔出線圈時(shí)，電流表的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？（通過觀察發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)了.）

圖3

圖4

（2）提出問題：電流表指針為什么會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？（學(xué)生討論得出是因?yàn)橛辛烁袘?yīng)電流.）教師再提出問題：如果將電路改成如圖4所示，當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)（如電鍵閉合或斷開、移動(dòng)變阻器滑片等），引起通過線圈的磁通量變化，線圈中是否會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈中電流變化關(guān)系如何？（學(xué)生展開討論并作出可能的結(jié)果猜想.）

（3）猜想假設(shè)：線圈中應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是阻礙原電流的變化……

（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探究、驗(yàn)證：教師引導(dǎo)學(xué)生分兩種情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索.

第1種情況：探究電流增大情形.① 設(shè)計(jì)圖5所示電路；② 理論推測(cè)：S閉合時(shí)，小燈應(yīng)延遲發(fā)光；③ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：S閉合時(shí)，燈幾乎立即發(fā)光；④ 歸因分析：是由于人眼睛分辨不出小燈延遲發(fā)光現(xiàn)象，但根據(jù)電磁感應(yīng)一般和特殊關(guān)系，原有猜想應(yīng)該對(duì)的；⑤運(yùn)用對(duì)比（比較L1和L2燈發(fā)光情況）和補(bǔ)償（調(diào)節(jié)變阻器，使S閉合時(shí)2燈亮度相同）實(shí)驗(yàn)思想方法設(shè)計(jì)出如圖6所示的電路；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L1比L2延遲發(fā)光，驗(yàn)證了原有猜想.

圖5

圖6

圖7

第2種情況：探究電流變小情形.① 設(shè)計(jì)如圖6所示電路；② 理論推測(cè)：當(dāng)S斷開時(shí)，燈應(yīng)延遲熄滅；③ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)S斷開時(shí)，2燈立即熄滅；④ 歸因分析：或是由于人眼睛分辨不出小燈延遲發(fā)光現(xiàn)象，或是回路中電阻太大；⑤ 運(yùn)用電路理論設(shè)計(jì)出如圖7所示的電路；實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)S斷開時(shí)，燈閃爍一下再熄滅，驗(yàn)證了原有猜想.

實(shí)踐表明，這種經(jīng)歷過豐富多彩的感知體驗(yàn)，曲折跌宕的實(shí)驗(yàn)探究孕育、發(fā)展、形成的物理概念、規(guī)律，會(huì)使學(xué)生感到有血有肉、清晰豐滿，才能還教學(xué)以本真，給課堂以精彩.

3 結(jié)語

物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)中最吸引學(xué)生、最受學(xué)生歡迎的內(nèi)容，這說明實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著極強(qiáng)的審美功能.從審美心理結(jié)構(gòu)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)幾乎可以激發(fā)起知覺、想象、情感、理解等全面的審美因素.為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中作用，對(duì)于物理教師不僅應(yīng)知其美，更要知其所以美，在教學(xué)中不斷的去研究、分析、運(yùn)用，惟有如此才能將物理實(shí)驗(yàn)的精華內(nèi)化為學(xué)生的思想和品性，將物理的思維深刻地烙印在學(xué)生的腦海中.

1 張緒培.中學(xué)物理教學(xué)藝術(shù)研究［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2005：63－64.

2 葉東福.控制論視野下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.教學(xué)與管理，2014（4）：65－67.

3 葉東福.概念教學(xué)的“稀釋還原”藝術(shù)［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（1－2）：45－47.