邵 正 馬蜀生

(1. 永康中學(xué),浙江 永康 321300； 2. 淮南一中，安徽 淮南 232000)

物理課堂中對(duì)實(shí)驗(yàn)失誤的利用與應(yīng)對(duì)

邵 正1馬蜀生2

(1. 永康中學(xué),浙江 永康 321300； 2. 淮南一中，安徽 淮南 232000)

本文對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)失誤進(jìn)行了分類,分別介紹了對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)失誤如何利用與應(yīng)對(duì)的教學(xué)策略．

實(shí)驗(yàn)失誤； 利用； 應(yīng)對(duì)

在物理課堂上,實(shí)驗(yàn)失誤了,打亂了教學(xué)計(jì)劃,降低了課堂效率,有時(shí)還帶來(lái)尷尬,教師們恐避之而不及,然而“常在河邊走,哪有不濕鞋”,既然總有失敗的時(shí)候,就要去分析和面對(duì)．教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上是一致的,科學(xué)家有時(shí)卻十分期待實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期有差別,丁肇中就說(shuō)過(guò)“做實(shí)驗(yàn)物理要對(duì)意外的現(xiàn)象有充分的準(zhǔn)備”,其實(shí)就如很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)“失誤”中產(chǎn)生一樣,課堂實(shí)驗(yàn)的“失誤“也常常能為我們帶來(lái)意想不到的教學(xué)效果,教師們大可不必談之色變,反而應(yīng)該深入研究加以利用．

課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)失誤,可以是教師有意失誤也可能是無(wú)意失誤,這兩類都可能使實(shí)驗(yàn)成功或失敗,教學(xué)時(shí)我們就這幾類失誤可以用不同的策略加以運(yùn)用和應(yīng)對(duì)．

1 有意失誤造成實(shí)驗(yàn)失敗

學(xué)習(xí)液體壓強(qiáng)時(shí)很多教材和練習(xí)都會(huì)應(yīng)用圖1的實(shí)驗(yàn),一般這么認(rèn)為，a口深度最大,水壓越大射出的水柱最遠(yuǎn),c口最淺,水壓最小,射出的水柱最近，現(xiàn)象和原理好像都很清楚明了．但某教師做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)卻出現(xiàn)了如圖2的現(xiàn)象,出水口a的射程sa小于出水口b的射程sb,這樣一個(gè)教師精心設(shè)計(jì)的“失敗”的實(shí)驗(yàn),極大地引起了學(xué)生的興趣,引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)深究與水柱射程相關(guān)的其他因素．其實(shí)水柱的運(yùn)動(dòng)可看成是一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng),假設(shè)水柱a的射程為sa,a的離地距離是L2,a離水面的距離是L1,出水速度是v,出水到落地時(shí)間為t,則有

整理上述幾式得a的射程為

水面與地面的距離是L2+L1,而任一瞬間L2+L1是個(gè)定值,所以當(dāng)L2=L1時(shí)射程最遠(yuǎn).設(shè)k為水面與地面的中點(diǎn),a離k的距離為ha,b離k的距離為hb，則有

ha>hb時(shí)，sa

hasb;

ha=hb時(shí),sa=sb.

因此，出水口離k越近則射程越遠(yuǎn),反之則越近．而不是通常認(rèn)為的出水口越深，水壓越大,射程越遠(yuǎn)．

圖3

為什么平時(shí)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)總是出現(xiàn)如圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢?因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)教師往往手拿著一個(gè)容器(離地面較遠(yuǎn))來(lái)演示,如圖3,hb往往遠(yuǎn)大于ha,則sb

這樣一個(gè)“失敗”的實(shí)驗(yàn),既引導(dǎo)了學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的深入研究,又能體會(huì)生活中的物理,更難能可貴的是,讓學(xué)生對(duì)敢于質(zhì)疑、敢于探究的科學(xué)本質(zhì)有深刻的感悟,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神．

2 有意失誤使實(shí)驗(yàn)成功

圖4 覆杯實(shí)驗(yàn)

3 無(wú)意失誤造成實(shí)驗(yàn)失敗

有意失誤是教師設(shè)計(jì)好的,是受控的,相比之下無(wú)意失誤完全出乎教師意料,往往事發(fā)突然,常讓教師措手不及．例如一次公開(kāi)課課堂上有位教師要演示如圖5所示的實(shí)驗(yàn),大試管裝滿水,將小試管插入,兩試管都倒置,開(kāi)口向下,放開(kāi)小試管，小試管能自動(dòng)上升.這是一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn),也許這位教師之前已經(jīng)成功過(guò)很多次,看上去很有信心,但當(dāng)時(shí)教師將試管倒置之前先造了一下勢(shì):先將大試管裝滿水,然后將小試管靜置其上,由其自由下沉,而后靜止,引導(dǎo)學(xué)生說(shuō): “看小試管由于重力向下運(yùn)動(dòng),那現(xiàn)在我將它們倒過(guò)來(lái),開(kāi)口向下,小試管將會(huì)如何呢?”學(xué)生們都說(shuō)小試管會(huì)掉下來(lái),教師看學(xué)生已被“引入歧途”就將試管倒了過(guò)來(lái),卻發(fā)現(xiàn)小試管不上也不下,就這樣靜止了,當(dāng)時(shí)課堂也仿佛這枚小試管一樣,聽(tīng)課教師、學(xué)生和上課的教師都瞬間懵了,上課的教師靈機(jī)一動(dòng),說(shuō)“一次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有符合預(yù)期,也許是實(shí)驗(yàn)的偶然性,為了排除偶然性我們應(yīng)該重復(fù)實(shí)驗(yàn)” 可當(dāng)時(shí)教師重做了兩次,小試管都“必然”靜止,教師徹底無(wú)解只能含含糊糊地糊弄過(guò)去了．其實(shí)遇到這樣的場(chǎng)面教師首先要冷靜,小試管靜止一定有靜止的道理的,教學(xué)中既然安排了這個(gè)實(shí)驗(yàn),小試管的受力情況教師應(yīng)該是胸有成足的,現(xiàn)在無(wú)非是合力向上變?yōu)楹狭榱愣?大可以籍此失誤趁著學(xué)生被激發(fā)的好奇心,將試管的受力情況好好地分析分析,可能有人會(huì)擔(dān)心,剛剛已經(jīng)失誤了,要是分析到中途又解不出,豈不是更難堪?這樣想的教師還是把教師當(dāng)作教學(xué)的中心,其實(shí)學(xué)生是很喜歡這樣的意外的,他們很好奇.科學(xué)家也很喜歡這樣的意外,科學(xué)家之所以是科學(xué)家就是他們一直都保持著對(duì)自然的好奇心,而作為一個(gè)教授科學(xué)的物理教師,我們不但要教學(xué)生物理知識(shí),還要教科學(xué)研究的方法,更要讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)精神,遇到問(wèn)題不去研究不去質(zhì)疑,用一句實(shí)驗(yàn)的偶然性去搪塞,或用幾句幽默的語(yǔ)言來(lái)掩飾,貌似有教學(xué)藝術(shù),其實(shí)卻與科學(xué)精神背道而馳，楊振寧曾說(shuō)自己的導(dǎo)師很忙,有時(shí)沒(méi)有備課就在黑板上和學(xué)生一起解方程,常寫了整塊黑板,卻發(fā)現(xiàn)解錯(cuò)了,每一次錯(cuò)誤,學(xué)生們都不覺(jué)得少學(xué)了什么,反而跟著大師的思路體驗(yàn)了頂級(jí)科學(xué)家最原生態(tài)的思維方法,能和導(dǎo)師合作解決問(wèn)題,即使沒(méi)有成功,也總有不少收獲．雖然我們的情況有所不同,但科學(xué)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)意外,并且一時(shí)解決不了,是很正常的,沒(méi)什么不好意思的,相反逃避和掩飾問(wèn)題才是應(yīng)該批評(píng)的．輕浮的小聰明,比不了守拙的大智慧,而且如果教師當(dāng)時(shí)真的帶著學(xué)生分析,不難發(fā)現(xiàn):其實(shí)小試管既有可能向上運(yùn)動(dòng),也可能向下運(yùn)動(dòng),還可能靜止不動(dòng)．

圖5 大小試管實(shí)驗(yàn)

將大小試管倒立,小試管的運(yùn)動(dòng)情況是由它受到的合力決定的,設(shè)此時(shí)小試管底離大試管口的距離設(shè)為ha′, 小試管質(zhì)量為m,以小試管為研究對(duì)象,則小試管受到向上的力只有一個(gè),就是大氣壓力，為

F向上=p0S.

大試管口的氣壓為p0,所以小試管底的水壓為p0-ρgha′,則

F向下=(p0-ρgha′)S+mg，

F向上-F向下=p0S-(p0-ρgha′)S-mg=ρgha′S-mg.

開(kāi)始時(shí)小試管正立在水中自然下沉而后靜止時(shí),受力平衡,試管內(nèi)外的大氣壓(設(shè)為p0)可以抵消,設(shè)小試管的橫截面積為S,水密度為ρ,水面離試管底的距離為ha,則有

mg=ρgSha，

F向上-F向下=ρgha′S-mg=ρgSha′-ρgSha=ρgS(ha′-ha).

當(dāng)ha′>ha時(shí),合力向上,小試管向上運(yùn)動(dòng)．當(dāng)ha′=ha時(shí),合力為0,小試管靜止．當(dāng)ha′

上課時(shí)教師先讓小試管自然下沉,再將試管倒轉(zhuǎn),自然是ha′=ha,合力為0,小試管靜止．此時(shí)若要讓試管向上運(yùn)動(dòng),只要往上輕壓一下小試管即可．

4 從無(wú)意失誤到實(shí)驗(yàn)成功

無(wú)意的失誤,既失控又失敗,肯定令人懊惱,但如果我們引領(lǐng)學(xué)生從失敗走向成功,反而使教學(xué)效果能事半功倍．而且有所失,必有所得,先失誤再糾正往往能比一次就做成功有更大的收獲．

例如學(xué)生第一次做小孔成像的實(shí)驗(yàn)時(shí),因?yàn)閷?duì)孔的大小心里沒(méi)譜,總有學(xué)生因此失敗,讓學(xué)生開(kāi)個(gè)小點(diǎn)的孔重做,還不如好好利用這個(gè)失誤,問(wèn)學(xué)生孔開(kāi)太大了,如果不能重做,應(yīng)該怎么處理呢?學(xué)生會(huì)想到用紙板來(lái)遮,在遮孔的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)各種教學(xué)中教師本來(lái)就求之不得的情況和現(xiàn)象:例如遮多些遮少些,像的大小一樣嗎?亮度一樣嗎?遮了孔的一側(cè),像一部分會(huì)消失嗎?用紙條遮在中間產(chǎn)生兩個(gè)小孔,又會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?遮蔽小孔的不同部分使小孔的形狀發(fā)生改變,像的形狀會(huì)變嗎?亮度改變嗎?等等．這些問(wèn)題其實(shí)都是學(xué)生在小孔成像問(wèn)題的學(xué)習(xí)中會(huì)遇到的困難,如果能借這個(gè)實(shí)驗(yàn)中無(wú)意的失誤,好好利用,“變廢為寶”,就解決了教學(xué)中一個(gè)個(gè)難點(diǎn)．

物理課堂教學(xué)確實(shí)要精心準(zhǔn)備，減少實(shí)驗(yàn)失誤,提高課堂效率．但真要出現(xiàn)了失誤,也是科學(xué)研究和科學(xué)教學(xué)中難免會(huì)發(fā)生的．既來(lái)之,則安之．歷史上很多失誤成就了科學(xué)研究,課堂中善加利用,實(shí)驗(yàn)失誤也可以成就我們的課堂教學(xué),有時(shí)甚至可以故意制造“失誤”,來(lái)為教學(xué)服務(wù)．

1 王紹符,劉升，張喜榮.覆杯子實(shí)驗(yàn)的科學(xué)解釋[J].物理通報(bào), 2003(5):26-28.

2017-06-03)