張 森

(上海市市北中學(xué),上海 200071)

物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)合理組織物理教學(xué)的重要手段,是揭示和傳遞物理知識(shí)的載體.它不受時(shí)空和形式限制．無論演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn),無不為學(xué)生打開了認(rèn)知窗口．實(shí)驗(yàn)的組織、實(shí)施、總結(jié)的整個(gè)過程,引發(fā)學(xué)生提問、探究、共研、互動(dòng)等都能展開思維的翅膀．實(shí)驗(yàn)步驟的環(huán)環(huán)相扣,能有效抓住學(xué)習(xí)心理,引領(lǐng)學(xué)生感悟其中賦予的物理知識(shí),創(chuàng)造了心理活動(dòng)的舞臺(tái)和可供學(xué)習(xí)的情境．對(duì)形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)心理具有不可多得的助推功能．

每位學(xué)生都懷有求知、求真、求實(shí)、求新的學(xué)習(xí)心理.它是自身固有的潛意識(shí),是學(xué)習(xí)行為形成的內(nèi)動(dòng)力,各自的學(xué)習(xí)心理強(qiáng)弱優(yōu)劣程度是不同的．學(xué)習(xí)心理有脆弱的一面,具有可塑性和隨應(yīng)性,往往受外界因素干擾而發(fā)生波動(dòng).物理實(shí)驗(yàn)具有直觀性,可參與性顯著特點(diǎn).不同形式的物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)環(huán)境中總能點(diǎn)穴貫通學(xué)習(xí)心理,刺激學(xué)習(xí)心理劇烈變化,沿著設(shè)計(jì)的教學(xué)思路順應(yīng)發(fā)展．基于物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)心理健康發(fā)展有激勵(lì)作用,促使我們認(rèn)真研究,努力實(shí)踐,協(xié)調(diào)外因?qū)?nèi)因的驅(qū)動(dòng),發(fā)揮最佳教學(xué)效能．

1 用即時(shí)性實(shí)驗(yàn),助推渴望增長知識(shí)的求知心理

即時(shí)性實(shí)驗(yàn)亦稱即興實(shí)驗(yàn),是隨機(jī)性的實(shí)驗(yàn)．一般新授課針對(duì)學(xué)生對(duì)物理概念認(rèn)識(shí)有困難,理解物理規(guī)律模糊不清時(shí),便隨機(jī)改進(jìn)或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)給予輔助引導(dǎo)．

例如，在用DIS研究一定質(zhì)量氣體在溫度不變時(shí),壓強(qiáng)與體積關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生發(fā)現(xiàn)用V-1/p圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到的V-1/p圖線不過原點(diǎn),提出了疑問.這時(shí)教師因勢(shì)利導(dǎo),讓學(xué)生批判性地去觀察實(shí)驗(yàn)裝置,分析對(duì)所測(cè)物理量可能產(chǎn)生影響的各種因素,對(duì)其中的最有可能因素作出猜想:V-1/p圖線不過原點(diǎn)可能是測(cè)量氣體體積時(shí)未計(jì)入注射器與壓強(qiáng)傳感器連接部位的氣體體積,隨即改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)——在注射器內(nèi)放入與連接部位的氣體體積相當(dāng)?shù)男∥矬w(如圍棋棋子),進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)探究證實(shí)自己猜想．

又如，在對(duì)“安培力方向——左手定則”的探究性實(shí)驗(yàn)探究過程中,一般都按教材用如圖1裝置讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,將導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向就認(rèn)為安培力的方向．實(shí)驗(yàn)中學(xué)生提出了“導(dǎo)體棒水平方向運(yùn)動(dòng),并不能說明安培力方向也是水平的”.筆者肯定了學(xué)生提出的這個(gè)問題,隨即從力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生如何把實(shí)驗(yàn)裝置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,即時(shí)設(shè)計(jì)了如圖2實(shí)驗(yàn)方案:將蹄形磁鐵豎立起來,開口朝下,其他條件不變進(jìn)行研究.從導(dǎo)體棒通電以后是否發(fā)生運(yùn)動(dòng),比較容易得出安培力與磁感線垂直的結(jié)論．這樣的即時(shí)實(shí)驗(yàn)過程比起原來既定實(shí)驗(yàn)拓展實(shí)驗(yàn)視野,能讓學(xué)生真正經(jīng)歷了探究的過程．當(dāng)學(xué)生體會(huì)學(xué)到了知識(shí)的樂趣而露出滿意的微笑時(shí),正是我們教育價(jià)值的體現(xiàn)．

圖1

學(xué)生的求知學(xué)習(xí)心理是千差萬別的,他們隨時(shí)都會(huì)提出不同的質(zhì)疑,因此要求教師應(yīng)對(duì)靈活,并且要備好力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)盒,準(zhǔn)備豐富的實(shí)驗(yàn)素材隨時(shí)打開應(yīng)對(duì),指引學(xué)生科學(xué)探究,拓展學(xué)生思維的廣度和深度,助推學(xué)生渴望增長知識(shí)的求知心理．

2 用體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn),激發(fā)亟待辨析良莠的求真心理

體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生直接參與,并能形成互動(dòng)的一類實(shí)驗(yàn)．能讓學(xué)生身臨其境,通過親身體驗(yàn)或演繹探究過程建構(gòu)物理知識(shí).在物理教學(xué)中充分利用體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)提供豐富的感性材料,創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情景,形成真實(shí)的物理問題,進(jìn)行真實(shí)的物理研究,使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中求真,激發(fā)亟待辨析良莠的求真心理,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．

圖3 圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

例如，在圓周運(yùn)動(dòng)的向心力教學(xué)時(shí),首先設(shè)計(jì)了一個(gè)活動(dòng),讓一個(gè)學(xué)生往前走時(shí),教師突然側(cè)向拉學(xué)生的手臂,學(xué)生運(yùn)動(dòng)方向改變,類似于圓周運(yùn)動(dòng)的一部分．隨后教師拿出了如圖3所示的小實(shí)驗(yàn):一個(gè)細(xì)管,一根繩子,上面一個(gè)小球,下面可以掛鉤碼,通過用力甩,上面小球做圓周運(yùn)動(dòng),下面的鉤碼可以在空中一位置平衡.改變甩繩子的力,鉤碼還會(huì)上升和下降．隨后,學(xué)生一人一個(gè)這樣的裝置,開始自己體驗(yàn),激發(fā)學(xué)生的欲望,讓學(xué)生帶著“物體受到怎樣的力才能做圓周運(yùn)動(dòng)”的問題主動(dòng)參與探究學(xué)習(xí)活動(dòng)．接著學(xué)生用實(shí)驗(yàn)桌上的細(xì)繩連接的小球,用手拉住細(xì)繩的一端,讓小球在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng),感受繩牽小球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況,形成向心力概念．然后趁熱打鐵提出 “物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力大小跟哪些因素有關(guān)呢”,生成新的問題,組織學(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組為單位相互討論,合理猜想影響向心力大小的因素,仍用實(shí)驗(yàn)桌上的細(xì)繩連接的鋼球、木球,讓小球在桌面上盡量做勻速圓周運(yùn)動(dòng),并在改變實(shí)驗(yàn)條件后多次嘗試,從而探究向心力的大小與這些因素的定性關(guān)系．然后讓學(xué)生應(yīng)用DIS向心力實(shí)驗(yàn)器同時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)物體每個(gè)瞬時(shí)的向心力以及相應(yīng)的角速度,進(jìn)行自主探究、數(shù)據(jù)采集,并通過圖像分析,得出向心力與質(zhì)量、角速度、運(yùn)動(dòng)半徑的定量關(guān)系．使學(xué)生在實(shí)實(shí)在在地體驗(yàn)過程中了解向心力與哪些因素有關(guān),獲得向心力的計(jì)算公式,加深對(duì)向心力概念的理解,最后讓學(xué)生課后用一個(gè)空的小金屬食品罐自制一個(gè)水流星,體驗(yàn)怎樣使水流星中的水不流出來,并分析自己做法的理論依據(jù),實(shí)現(xiàn)書本知識(shí)與生活知識(shí)的融通,讓學(xué)生深刻感悟所學(xué)知識(shí)的生活意義和價(jià)值,產(chǎn)生科學(xué)追求的內(nèi)在動(dòng)力,以達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生具有主動(dòng)、負(fù)責(zé)、開拓、創(chuàng)新的個(gè)性特征和科學(xué)的思維方式,培養(yǎng)學(xué)生終身的探索興趣和科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度的教學(xué)目標(biāo)．

又如，物理習(xí)題在高中物理教學(xué)中扮演著重要角色,可以將習(xí)題描述的情境設(shè)計(jì)成可操作的、讓學(xué)生親身經(jīng)歷的體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn),挖掘?qū)嶒?yàn)價(jià)值,優(yōu)化學(xué)生求真心理．

現(xiàn)有如下器材:電源E(6 V,內(nèi)阻不計(jì)),燈泡L1(6 V,1.5 W)、L2(6 V,10 W),L3(6 V,10 W),單刀雙擲開關(guān)S．在圖4中設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向燈的控制電路:當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與1相接時(shí),信號(hào)燈L1亮,右轉(zhuǎn)向燈L2亮而左轉(zhuǎn)向燈L3不亮;當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與2相接時(shí),信號(hào)燈L1亮,左轉(zhuǎn)向燈L3亮而右轉(zhuǎn)向燈L2不亮．

圖4

這是道機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向燈的控制電路問題,本身就是用物理知識(shí)解決實(shí)際問題．學(xué)生對(duì)“燈泡中有電流燈就會(huì)亮嗎?”的認(rèn)識(shí)不清晰,為此進(jìn)行反哺,讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室用如圖5所示實(shí)驗(yàn)探究,營造探究氛圍,激發(fā)探究意識(shí),使學(xué)生切身感受到“物理的真實(shí)“存在”,覺得學(xué)有所值,從而從內(nèi)心深處萌發(fā)出學(xué)習(xí)物理的需求和渴望．

3 用生活化實(shí)驗(yàn),誘導(dǎo)嘗試應(yīng)用有效的求實(shí)心理

生活化實(shí)驗(yàn)通俗講就是取材容易、設(shè)計(jì)簡易的小實(shí)驗(yàn),課內(nèi)課外都能進(jìn)行．以教學(xué)知識(shí)為載體從學(xué)生求實(shí)的心理出發(fā),加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活、個(gè)人認(rèn)知、直接經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系．利用日常生活中的資源,設(shè)計(jì)有目的的觀察與探索物理規(guī)律的生活化實(shí)驗(yàn)活動(dòng),為學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的形成拓展學(xué)習(xí)的空間,誘導(dǎo)嘗試應(yīng)用有效的求實(shí)心理．

例如，在“簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像”教學(xué)時(shí),讓同桌兩個(gè)學(xué)生配合,其中一學(xué)生手持鉛筆在紙面上原地往返劃線來模擬簡諧運(yùn)動(dòng),另一學(xué)生沿垂直于劃線方向勻速拉動(dòng)筆尖下的紙條,即可繪得一振動(dòng)圖線,于是簡諧運(yùn)動(dòng)圖像的物理意義也就躍然紙上.

又如:讓學(xué)生在自己的智能手機(jī)上感受用手指可以滑動(dòng)屏幕,而用指甲尖端、鑰匙尖端或筆尖等卻不能滑動(dòng)屏幕的小實(shí)驗(yàn)．學(xué)生感到奇怪,在分析其中奧妙的同時(shí),因勢(shì)利導(dǎo)引入電容器的電容.

再如:在講光的偏振時(shí),利用兩副偏光墨鏡,讓學(xué)生感受一下光的偏振現(xiàn)象,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生如何去選擇偏振鏡及分析它的有益之處．

還有:機(jī)械波的干涉教學(xué)中,讓學(xué)生先后佩戴一般耳機(jī)和主動(dòng)式抗噪耳機(jī)進(jìn)行對(duì)比體驗(yàn),然后引導(dǎo)學(xué)生通過物理原理對(duì)此進(jìn)行解釋;利用手機(jī)上安裝的“phyphox中文版app”這款功能強(qiáng)大的傳感器軟件,對(duì)課外物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和分析,例如利用其加速度傳感器,在升降電梯中進(jìn)行超重和失重現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究．

諸如此類,這些簡單易行的、富有生活情趣的小實(shí)驗(yàn),增加了學(xué)生的求實(shí)體驗(yàn),讓學(xué)生更好的探索新知識(shí)和接受新知識(shí),使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理的興趣得到了延續(xù)．

4 用自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn),催成追求創(chuàng)新立異的求新心理

結(jié)合教學(xué)實(shí)際,自己創(chuàng)造設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),往往因?qū)嶒?yàn)新穎能勾起學(xué)生的思考．“求新”是學(xué)生的普遍心理,教學(xué)中抓住學(xué)生“求新”心理特點(diǎn),從引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突、激發(fā)學(xué)生探究欲望人手,自行設(shè)計(jì)一些能呈現(xiàn)和體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生、發(fā)展、結(jié)果的自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)活動(dòng),催成追求創(chuàng)新立異的求新心理,來實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的目標(biāo).

圖6

例如，在揭示電源內(nèi)阻的教學(xué)時(shí),利用初高中的認(rèn)知沖突設(shè)計(jì)圖6所示的實(shí)驗(yàn),暗盒內(nèi)連接一個(gè)滑動(dòng)變阻器,按圖7所示的思路進(jìn)行探究,讓學(xué)生通過對(duì)實(shí)際電路的分析以及邏輯推理,揭示電源內(nèi)阻的存在,培養(yǎng)科學(xué)思維．

圖7

圖8 “門框回路”實(shí)驗(yàn)

又如，在進(jìn)行“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”教學(xué)時(shí),自制了如圖8所示的“門框回路”教具,上課伊始,當(dāng)教師穿過自制的門框時(shí),學(xué)生們驚奇地發(fā)現(xiàn)微電流計(jì)傳感器指針發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn),然后讓學(xué)生穿過門框時(shí)微電流計(jì)傳感器指針就是不偏轉(zhuǎn),在學(xué)生感到突兀時(shí),教師從身上掏出了磁鐵,再次快步穿過門框時(shí)靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)了．教師引導(dǎo)性表述 “原來利用磁產(chǎn)生了電,那么如何利用磁產(chǎn)生電呢”,誘發(fā)了學(xué)生主動(dòng)探究的心理渴求．在學(xué)生知識(shí)應(yīng)用環(huán)節(jié)中再次利用此教具讓學(xué)生分析“門框回路”中總有微弱電流的原因和設(shè)計(jì)在不提供任何器材情況下讓 “門框回路”中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流的方案．努力使學(xué)生的思維在開放、發(fā)散中漲落,在求異、探索中趨于有序,同時(shí)使學(xué)生享受成功的樂趣．

對(duì)于學(xué)生而言,接受新鮮事物,學(xué)習(xí)更新知識(shí),掌握分析方法,渴望表現(xiàn)自我,這是構(gòu)成學(xué)習(xí)心理的諸多因素．教育的職責(zé)就是要?jiǎng)?chuàng)造條件,采取手段滿足這樣的學(xué)習(xí)心理的需求,使之學(xué)有所成,獲得成功感．實(shí)踐已經(jīng)證明,物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軗?dān)當(dāng)起這份責(zé)任,有發(fā)揮激勵(lì)學(xué)習(xí)心理發(fā)展的功能．為之,愿與同行繼續(xù)探究,為提高物理教學(xué)質(zhì)量作出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)．