(蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖學(xué)校,江蘇 蘇州 215000)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中占有舉足輕重的地位.然而,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀卻令人堪憂,為了加快教學(xué)進(jìn)度,不少教師選擇用視頻或動(dòng)畫代替演示實(shí)驗(yàn),課程標(biāo)準(zhǔn)所列的20個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)也成了選做實(shí)驗(yàn),實(shí)際教學(xué)中教師只注重實(shí)驗(yàn)該怎么做,實(shí)驗(yàn)題該怎么答,很少涉及實(shí)驗(yàn)原理和方法的深入思考、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與優(yōu)化,更別提綜合實(shí)踐活動(dòng)等課外實(shí)驗(yàn)的開展了.為了改變這一現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為首先要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué),把屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間還給實(shí)驗(yàn),把屬于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間還給學(xué)生,其次更要注重實(shí)驗(yàn)中以下5個(gè)細(xì)節(jié)問題的教學(xué).

1 重視基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用

課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出學(xué)生應(yīng)該掌握刻度尺、秒表、溫度計(jì)、天平、彈簧測力計(jì)、電流表和電壓表的正確使用,這些基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用不僅是實(shí)驗(yàn)新授課的教學(xué)重點(diǎn),也是完成后續(xù)實(shí)驗(yàn)所需的基本操作.但看似簡單的使用方法,仍有學(xué)生因不理解某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)而無法掌握.

如托盤天平的使用中,在估計(jì)待測物體質(zhì)量的基礎(chǔ)上,應(yīng)先添加與其質(zhì)量相近的大砝碼,然后由大到小增減砝碼.這一點(diǎn)單獨(dú)作為理論考試的考點(diǎn),學(xué)生的正確率很高,但在實(shí)際操作中,多數(shù)學(xué)生會隨機(jī)地將砝碼放入右盤,究其原因是他們對這一操作的不理解,認(rèn)為先放哪個(gè)無所謂,只要最后天平平衡了就好.所以在課堂上,這一操作細(xì)節(jié)的解釋就顯得很重要,如果從小砝碼開始加入右盤,可能會出現(xiàn)不夠用的情況,無法調(diào)節(jié)天平的平衡.而由大到小增減砝碼更容易控制天平的平衡,且在最后的微調(diào)過程中,增減小砝碼所帶來的平衡狀態(tài)比大砝碼要精準(zhǔn).除此之外,還可從誤差的角度以表格的形式呈現(xiàn)給學(xué)生.如圖1所示,每個(gè)砝碼的質(zhì)量都不精確,都有誤差,由大到小放置砝碼,可以保證砝碼個(gè)數(shù)盡可能少,從而減小測量誤差.

取法1取法220g(±6mg)5g(±4mg)10g(±4mg)10g(±4mg)2g(±2mg)2g(±2mg)1g(±2mg)25g(±10mg)25g(±14mg)

圖1

再如彈簧測力計(jì)的新授課教學(xué)中,都會強(qiáng)調(diào)使用前需對其調(diào)零的操作,但往往局限于豎直方向上正常使用彈簧測力計(jì)的情況,因而在后續(xù)的探究滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān)、杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中,會出現(xiàn)學(xué)生仍然豎直方向調(diào)零的失誤.同樣,只要在新授課中講清原因就可以避免這樣的問題,由于自重的影響,在豎直方向上使用彈簧測力計(jì)時(shí)需對其調(diào)零,水平方向使用時(shí)則水平調(diào)零,倒過來使用時(shí)則需豎直倒置調(diào)零.

由此可見,只要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)做好原因的解釋,學(xué)生便能觸類旁通,在理解的基礎(chǔ)上靈活掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用,逐步提高動(dòng)手能力.

2 實(shí)驗(yàn)原理和方法的思考

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,很多教師一味注重實(shí)驗(yàn)步驟,希望學(xué)生聽到什么就照做什么,這樣的學(xué)生好似流水線上的操作工,“一無所知”地進(jìn)行著實(shí)驗(yàn).然而,實(shí)驗(yàn)原理和方法是否正確,是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌_展的前提,如果前提錯(cuò)了,那么整個(gè)實(shí)驗(yàn)的大方向就會偏差,實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性就值得懷疑.

例如色光混合的實(shí)驗(yàn)中,仍有教師采用如圖2所示的方法進(jìn)行演示,但其結(jié)論的得出有待商榷.如圖3所示,玻璃磚對于不同單色光的折射率是不同的,紫光的折射率大于紅光的折射率,經(jīng)過A棱鏡的第一次折射,白光發(fā)生了色散.兩個(gè)相同的三棱鏡倒置組合后,利用光路可逆的原理可知,兩塊三棱鏡中的同種單色光相互平行,最終出射的不同單色光均與白光相互平行,所以出射光線是已經(jīng)被色散的平行單色光帶.由于三棱鏡靠的很近,平行單色光帶也就很窄,肉眼看上去好像不同色光混合成了白光,但色光實(shí)質(zhì)上并未實(shí)現(xiàn)混合.如果學(xué)生一開始沒有思考實(shí)驗(yàn)原理的合理性,那么會出現(xiàn)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出都很完美的假象.

圖2

圖3

再如探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘綄じ軛U平衡時(shí)動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂4個(gè)物理量之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)方法并非控制變量法,所以實(shí)驗(yàn)中無需保證其中兩個(gè)量不變.但不少學(xué)生混淆實(shí)驗(yàn)方法,仍采用所謂的控制變量法,并得到類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,其實(shí)這樣的做法是不可取的.

由此可見,只有明確實(shí)驗(yàn)原理和方法,才能保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的有效性,只有真正思考過實(shí)驗(yàn)原理和方法,才能讓學(xué)生進(jìn)行真正的科學(xué)探究.

3 實(shí)驗(yàn)器材的合理選取

實(shí)驗(yàn)中的器材選取也是頗有講究的,一方面,在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前,要結(jié)合實(shí)際情況合理選擇器材完成實(shí)驗(yàn),另一方面,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論,對儀器做出更合理的替換.這一細(xì)節(jié)的把握不僅能確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的順利獲得,還能鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維.

圖4

例如探究導(dǎo)體中電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示,電源電壓為4.5 V,實(shí)驗(yàn)中R的阻值分別為5 Ω、15 Ω和25 Ω,若每次控制電壓表示數(shù)為2.5 V不變,滑動(dòng)變阻器有“5 Ω 0.6 A”、“20 Ω 0.5 A”和“50 Ω 0.3 A” 3種規(guī)格,該如何選擇?這就要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前,從滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流和最大阻值兩方面選擇合適的規(guī)格.教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生思考、小組交流討論,讓他們真正參與到器材的選取活動(dòng)中,而不是依靠教師的講解,強(qiáng)行將結(jié)論灌輸給學(xué)生,這樣自主習(xí)得知識的過程,也是培養(yǎng)思維能力的過程.

圖5

圖6

再如探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示,整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程都能由學(xué)生獨(dú)立完成,在最后數(shù)據(jù)處理的階段,會發(fā)現(xiàn)水沸騰時(shí)的溫度略低于100 ℃,通常會將原因歸結(jié)于當(dāng)前氣壓小于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓這一點(diǎn).但利用氣壓計(jì)測量當(dāng)時(shí)氣壓卻與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相差無幾,且借助如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)水沸騰時(shí)的溫度又接近100 ℃了,所以兩次實(shí)驗(yàn)的差別在于實(shí)驗(yàn)容器的不同.前者使用燒杯,溫度計(jì)的玻璃泡雖與沸水充分接觸,但測溫液柱卻暴露在燒杯上方的空氣中,由于向周圍空氣散熱,溫度計(jì)示數(shù)自然略低于100 ℃,后者使用的燒瓶很好地避免了這樣的問題.因此,在實(shí)驗(yàn)前,教師可以同時(shí)準(zhǔn)備兩套裝置供學(xué)生隨機(jī)選擇進(jìn)行實(shí)驗(yàn),看似隨機(jī)的安排,最終卻能引發(fā)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)器材選擇的思考.

由此可見,實(shí)驗(yàn)器材的選取并非是隨機(jī)的,只有對實(shí)驗(yàn)?zāi)康某浞炙伎己蛯σ延衅鞑牡男Ч麑Ρ?才能實(shí)現(xiàn)器材的合理選取,進(jìn)而保障實(shí)驗(yàn)效果的最優(yōu)呈現(xiàn).

4 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與優(yōu)化

物理實(shí)驗(yàn)的方案通常不止一種,教材中呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方案往往是考慮多種因素后的最優(yōu)方案,但即便如此,它也不一定是最完美的．實(shí)驗(yàn)中能否在原有方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化,是學(xué)生對知識融會貫通的表現(xiàn),是對學(xué)生綜合能力的考驗(yàn).

例如色光混合的實(shí)驗(yàn)中,傳統(tǒng)的兩倒置三棱鏡組合方案已失效,如何改進(jìn)才能呈現(xiàn)色光的混合現(xiàn)象呢?第二塊三棱鏡的放置只能形成很窄的平行單色光帶,為了使不同色光真正會聚起來,可以引導(dǎo)學(xué)生在右側(cè)放置一塊凸透鏡,只要在原始方案上進(jìn)行改進(jìn),便能簡單捕獲色光的混合現(xiàn)象了,如圖7所示.

圖7

再如探究滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中,原方案中由于水平方向勻速拉動(dòng)木塊難度較大,通常的改進(jìn)方案如圖8所示,抽拉木板不再需要做勻速運(yùn)動(dòng),看似大大降低了實(shí)驗(yàn)難度,但實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn),由于彈簧測力計(jì)的自重影響,抽拉木板時(shí)不能保證懸線處于水平狀態(tài),故彈簧測力計(jì)的讀數(shù)仍然不準(zhǔn)確.為解決這一問題,教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生妙用定滑輪能改變施力方向的特點(diǎn),對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)一步優(yōu)化,如圖9所示,這樣便能大大增加實(shí)驗(yàn)的可操作性和測量精度了.

圖8 圖9

由于彈簧測力計(jì)在使用前都必須校零,且本身測量精度不高,所以在實(shí)驗(yàn)中不僅操作麻煩,而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡如人意.如探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)動(dòng)力和阻力位于支點(diǎn)兩側(cè)時(shí),兩側(cè)可都使用鉤碼,當(dāng)動(dòng)力和阻力位于支點(diǎn)同側(cè)時(shí),一側(cè)懸掛鉤碼,另一側(cè)的彈簧測力計(jì)則需倒置調(diào)零,這樣的測量不僅繁瑣還不精確,有的彈簧測力計(jì)甚至無法倒置調(diào)零使用.為此,實(shí)驗(yàn)中可以將彈簧測力計(jì)替換為鉤碼和定滑輪進(jìn)行優(yōu)化,如圖10所示.

圖10

由此可見,實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與優(yōu)化是建立在熟悉各類實(shí)驗(yàn)器材優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,依據(jù)該實(shí)驗(yàn)原理或原方案的不足之處,進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)的綜合技能,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

5 實(shí)驗(yàn)要從課堂走進(jìn)生活

從生活走向物理,從物理走向社會,是課程標(biāo)準(zhǔn)提出的基本理念之一.同樣,物理實(shí)驗(yàn)也不能停留于課堂,要走進(jìn)每一位學(xué)生的生活,讓他們親歷科學(xué)探究真正實(shí)現(xiàn)物理知識服務(wù)于生活、服務(wù)于社會的最終目標(biāo).

依據(jù)綜合實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)容的不同,可將活動(dòng)分為探究型、設(shè)計(jì)與制作型和調(diào)查型3類.探究型的活動(dòng)要求學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問題,將之轉(zhuǎn)化為具體的、可研究的課題,提出自己的猜想與假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論,交流與討論.例如比較材料的隔聲性能、探究樹蔭下的光斑等活動(dòng),都能使學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過程,提高科學(xué)素養(yǎng).設(shè)計(jì)與制作型的活動(dòng)是以解決具體的實(shí)際問題為目標(biāo),學(xué)生利用所學(xué)的知識與技能,提出相應(yīng)的方案,設(shè)計(jì)并制作相應(yīng)的作品,并檢驗(yàn)作品能否解決問題,進(jìn)而改進(jìn)完善的過程.又如制作簡易的密度計(jì)、設(shè)計(jì)簡單電路等活動(dòng),均能提高學(xué)生解決問題的能力.調(diào)查型的活動(dòng)是指學(xué)生針對具體的現(xiàn)象和問題,通過參觀、查閱資料、訪問專業(yè)人士等方式收集資料,撰寫活動(dòng)報(bào)告,并相互交流,進(jìn)行總結(jié)的研究活動(dòng).再如對家庭用電的調(diào)查研究活動(dòng),不僅能豐富學(xué)生的社會閱歷和生活積累,也能增強(qiáng)他們對自然、對社會的認(rèn)知、理解、體驗(yàn)和感悟.

由此可見,作為實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的補(bǔ)充與延伸,綜合實(shí)踐活動(dòng)等課外實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序開展,不僅有利于開拓視野、鞏固和深化課內(nèi)知識,還有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?chuàng)造能力.

總之,學(xué)生的核心素養(yǎng)要生根發(fā)芽,初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就要有效開展,而教學(xué)中細(xì)節(jié)問題的處理就必須落到實(shí)處.當(dāng)然,針對實(shí)驗(yàn)類型、課時(shí)安排等實(shí)際情況,無法做到每個(gè)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)細(xì)節(jié)都處理得面面俱到,教學(xué)中應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際,有針對性地選擇相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行滲透.