顧永健

(蘇州工業(yè)園區(qū)星澄學(xué)校，江蘇 蘇州 215122)

物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是探索物理知識(shí)、研究物理規(guī)律的重要方法，是培養(yǎng)學(xué)生思維的重要載體.蘇科版初中物理教材中結(jié)合“活動(dòng)”“學(xué)生實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)了大量的實(shí)驗(yàn)插圖，有的呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置，有的展示實(shí)驗(yàn)情境，是教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要資源.但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，不少教師對(duì)這些資源的研究不夠深入，使用略顯隨意，導(dǎo)致學(xué)生思維含量不高，失去了應(yīng)有的教育作用.下面分析實(shí)驗(yàn)插圖使用中的4個(gè)問(wèn)題，并提出教學(xué)改進(jìn)建議，與大家探討.

1 照本宣科，簡(jiǎn)單重現(xiàn)

這是最典型也是最普遍的現(xiàn)象.表現(xiàn)為教材實(shí)驗(yàn)插圖怎樣設(shè)計(jì)，課堂實(shí)驗(yàn)就如何進(jìn)行，教師或?qū)W生只是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的再現(xiàn)者.如通過(guò)“探究帶電物體間的相互作用”，分析得出自然界只有兩種電荷，教材設(shè)計(jì)了如圖1所示的3幅實(shí)驗(yàn)插圖.以下是很常見(jiàn)的教學(xué)片段.

圖1

師：將兩根用絲綢摩擦過(guò)的有機(jī)玻璃棒相互靠近，你看到什么現(xiàn)象？

生：相互排斥.

師：將兩根用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒相互靠近，你看到什么現(xiàn)象？

生：相互排斥.

師：將用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒與用絲綢摩擦過(guò)的有機(jī)玻璃棒相互靠近，你又看到什么現(xiàn)象？

生：相互吸引.

師：換用其他的物體做實(shí)驗(yàn)，也只有兩種現(xiàn)象，帶電體之間不是排斥，就是吸引.原因是自然界中只存在兩種電荷，分別是正電荷、負(fù)電荷……

如此“短平快”的教學(xué)，結(jié)論的得出似乎順理成章.但細(xì)究，探究的過(guò)程是不豐滿的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程只有簡(jiǎn)單重復(fù)的操作；教學(xué)的邏輯是跳躍的，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程缺乏相關(guān)的分析和推理；結(jié)論的給出是生硬的，學(xué)生對(duì)兩種電荷的認(rèn)識(shí)僅停留在識(shí)記層面上，屬于淺層學(xué)習(xí).從“摩擦起電”到“只有兩種電荷”，其中蘊(yùn)含著大量艱辛的實(shí)驗(yàn)探索和復(fù)雜的思維活動(dòng)，如何讓探究味更加濃郁？筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)探究問(wèn)題.

探究問(wèn)題1：絕緣體摩擦后因帶電而能吸引輕小物體.這些帶電體之間是否也能吸引或發(fā)生其他作用呢？

在學(xué)生猜想基礎(chǔ)上，教師提供多個(gè)玻璃棒(橡膠棒)、絲綢(毛皮)，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究帶電體間的相互作用，并在表1“摩擦對(duì)象”一列中填上帶電體的組合.

表1

實(shí)驗(yàn)1、2中“摩擦對(duì)象”相同，帶電體所帶電荷的種類相同，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們間相互排斥.實(shí)驗(yàn)3中觀察到帶電體間卻相互吸引，其現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)1、2不同，不同的原因是什么？說(shuō)明不同的帶電體所帶電荷的種類不同.

探究問(wèn)題2：摩擦起電是不是讓各種不同的帶電體帶上了多種各不相同的電荷？它們間除了吸引和排斥，還有其他的作用嗎？

師生討論，可以把絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒和毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒作為標(biāo)準(zhǔn)物體，用各種不同的帶電體分別靠近它們，并將結(jié)果填入表2.

表2

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)各帶電體之間仍只有吸引或排斥兩種作用，且與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒相互吸引必然與毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒相互排斥，反之亦然.在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)摩擦起電的電荷種類發(fā)表看法，并閱讀課本.“大量實(shí)驗(yàn)表明，物體相互摩擦所帶的電荷只有兩種：一種與用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷相同，稱為正電荷；一種與用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶的電荷相同，稱為負(fù)電荷.同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.”

照本宣科完成教學(xué)任務(wù)不難，簡(jiǎn)單內(nèi)容的深度教學(xué)不易.物理實(shí)驗(yàn)在于豐富學(xué)生的課程履歷和學(xué)習(xí)過(guò)程，在于開闊學(xué)生的思維.教師要善于將自己熟悉的內(nèi)容變“生”，與學(xué)生一起經(jīng)歷知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，不僅讓學(xué)生知道真實(shí)的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)并非一蹴而就、輕而易舉，更重要的是讓學(xué)生在“尋找證據(jù)”“解釋現(xiàn)象”“得出規(guī)律”這一過(guò)程中，提升思維能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng).

2 直奔主題，不加鋪墊

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必然要使用實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)器材的認(rèn)識(shí)是探究教學(xué)中的一個(gè)細(xì)節(jié).許多教師在備課的時(shí)候往往忽略了這點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)器材的出現(xiàn)太快、太突然，不管學(xué)生是否已做好認(rèn)知的準(zhǔn)備.如在“凸透鏡成像的規(guī)律”一節(jié)中，教材提供了圖2所示的實(shí)驗(yàn)器材安裝圖，對(duì)應(yīng)的文字?jǐn)⑹鍪恰叭鐖D2所示，組裝并調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)器材，使?fàn)T焰和光屏的中心位于凸透鏡的主光軸上”.實(shí)際教學(xué)中，許多教師在引導(dǎo)學(xué)生初步發(fā)現(xiàn)凸透鏡成像特點(diǎn)與物距、像距有關(guān)后，立即出示光具座，介紹燭焰、凸透鏡和光屏的安裝與調(diào)試，然后組織學(xué)生探究凸透鏡成像的規(guī)律.教師對(duì)這幅圖的地位認(rèn)識(shí)不夠、光具座的出現(xiàn)太早，使得學(xué)生對(duì)探究方案一知半解，教師只能中途不斷給學(xué)生的探究按下“暫停鍵”，臨場(chǎng)指揮，導(dǎo)致探究無(wú)法真實(shí)、自由地進(jìn)行.

圖2

幾乎每所學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室都有光具座，為什么教材的實(shí)驗(yàn)裝置圖不采用呢？應(yīng)該說(shuō)，教材的這幅圖給師生的探究提供了更多自由的空間.它是教師課堂引入到學(xué)生自主探究的橋梁，它所對(duì)應(yīng)的“組裝與調(diào)試”操作是學(xué)生探究過(guò)程中不可缺少的一步，是學(xué)生能否應(yīng)用光具座完成該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵.結(jié)合這幅實(shí)驗(yàn)裝置圖使用的前、中、后過(guò)程，筆者設(shè)計(jì)了凸透鏡成像的“初探”“再探”和“精探”3個(gè)活動(dòng).

初探：師生用凸透鏡當(dāng)放大鏡觀察物體、將遠(yuǎn)處物體通過(guò)凸透鏡成像在白紙上，凸透鏡分別能成正立放大的像、倒立縮小的像，凸透鏡比之前學(xué)過(guò)的平面鏡成像更豐富.

再探：凸透鏡還能成更多的像嗎？

教師提供物體(用LED燈帶自制F型發(fā)光體)、演示用凸透鏡(直徑約15 cm，固定在鐵架臺(tái)上)和光屏(半透明膜覆蓋在約1 m×1 m的木框上)，全體學(xué)生共同解決下列5個(gè)問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)時(shí)光屏由兩位男生移動(dòng).

(1) 平面鏡成像的原理是光的反射，凸透鏡成像時(shí)，凸透鏡、物體和光屏按怎樣的順序擺放？你的理由是什么？

(2) 像要成在光屏中央，像才完整.請(qǐng)兩位學(xué)生移動(dòng)光屏，如何才能做到？

(3) 如何讓光屏上的像最清晰？請(qǐng)學(xué)生繼續(xù)移動(dòng)光屏，找到解決的辦法.

(4) 如何找到更多的像？物體到凸透鏡的距離變化了，像到透鏡的距離也會(huì)變化嗎？

(5) 我們不僅要得到像，更要研究成像背后的規(guī)律，你認(rèn)為要做哪些記錄？

“再探”活動(dòng)中充分利用教材提供的實(shí)驗(yàn)圖，組織學(xué)生進(jìn)行“精探”前的系列鋪墊、體驗(yàn)活動(dòng)，激活學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生沿著自己的思維方式參與實(shí)驗(yàn)方案的制訂.通過(guò)活動(dòng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)物體、凸透鏡和光屏“三心等高共線”是為了像完整成在光屏中央，前后移動(dòng)光屏是為了找到更清晰的像；而要比較物距、像距，教師提供的器材存在不足，且每一次改變物距后，光屏的調(diào)節(jié)也不方便——這些體驗(yàn)，為學(xué)生對(duì)光具座的認(rèn)識(shí)和使用、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步分組“精探”掃清了障礙.

直奔主題，不加鋪墊的結(jié)果往往是教師強(qiáng)推硬塞、學(xué)生被動(dòng)接受，教師的“引導(dǎo)”變味成“向?qū)А?，學(xué)生迷迷糊糊中結(jié)束“探究”.暫時(shí)隱藏一些關(guān)鍵器材，鋪墊一些必要的臺(tái)階，從毛坯到成品，讓其在關(guān)鍵時(shí)刻閃亮登場(chǎng)，讓學(xué)生有一種“似曾相識(shí)”的親切感，從而使學(xué)生的操作更有指向，思維更活躍順暢，不斷地自我發(fā)現(xiàn)、自主建構(gòu)，形成物理觀念，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展.

3 關(guān)注結(jié)果，弱化過(guò)程

物理實(shí)驗(yàn)要明確“做什么”“怎么做”“做的怎樣”“結(jié)果是什么”等過(guò)程，但受急功近利思想的影響，教師關(guān)注更多的是實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確，而不愿意花時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生弄清“做什么”“怎么做”等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)過(guò)程顯得非常單薄，學(xué)生的思維得不到充分的訓(xùn)練.例如“探究通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)”實(shí)驗(yàn)，教材安排了兩幅實(shí)驗(yàn)插圖(如圖3、圖4所示)，分別對(duì)應(yīng)的是“奧斯特實(shí)驗(yàn)裝置”和“通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布特點(diǎn)”.在教學(xué)中，教師通常會(huì)強(qiáng)調(diào)該實(shí)驗(yàn)的操作方法.

圖3

圖4

請(qǐng)學(xué)生們將一根直導(dǎo)線架在靜止的小磁針的上方，并使直導(dǎo)線與小磁針平行.

(1) 接通電路，觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)情況.

(2) 改變直導(dǎo)線中的電流方向，觀察小磁針偏轉(zhuǎn)方向的變化.

師生得出：通電導(dǎo)線的周圍存在磁場(chǎng)，其方向與電流方向有關(guān).這個(gè)揭示“電生磁”的實(shí)驗(yàn)是丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特在1820年首次發(fā)現(xiàn)的，物理上把這個(gè)實(shí)驗(yàn)稱之為奧斯特實(shí)驗(yàn).通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布是怎么樣的？教師按圖4方法進(jìn)行演示，學(xué)生觀察后說(shuō)出磁場(chǎng)分布的特點(diǎn).接著師生一起研究通電螺線管周圍的磁場(chǎng).

該教學(xué)片段突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)，缺少為什么要這樣做的思維過(guò)程.實(shí)驗(yàn)中，結(jié)論的獲得太容易，讓學(xué)生錯(cuò)失了思維培養(yǎng)的絕佳機(jī)會(huì).教學(xué)改進(jìn).

在新課引入的基礎(chǔ)上，學(xué)生猜測(cè)電能生磁.那么如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明電流的周圍存在磁場(chǎng)？需要哪些器材？選擇這些器材的理由是什么？

學(xué)生利用導(dǎo)線、開關(guān)、電源等初步設(shè)計(jì)出如圖3的實(shí)驗(yàn)裝置.學(xué)生將直導(dǎo)線從各個(gè)方向去靠近小磁針并通電，發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)線放在小磁針正上方且與小磁針平行時(shí)，小磁針偏轉(zhuǎn)明顯；而導(dǎo)線與小磁針恰好垂直時(shí)，小磁針幾乎不偏轉(zhuǎn).

師：小磁針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明導(dǎo)線通電后產(chǎn)生了磁場(chǎng)；小磁針不偏轉(zhuǎn)，是不是這個(gè)位置的電流沒(méi)有產(chǎn)生磁場(chǎng)？能不能用之前學(xué)過(guò)的知識(shí)解釋一下？

生：有磁場(chǎng).小磁針不偏轉(zhuǎn)，很有可能這個(gè)位置的磁場(chǎng)方向與小磁針N極的指向是一致的.

師：電流通過(guò)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其方向與電流方向可能存在什么樣的位置關(guān)系？

生：相互垂直.

師：我們不僅要研究通電直導(dǎo)線下方有無(wú)磁場(chǎng)，也要研究通電直導(dǎo)線前方、后方、上方等各個(gè)位置有無(wú)磁場(chǎng).你有什么辦法？

生：在這些位置都放上小磁針.

師：你遇到了什么困難？

生：放在直導(dǎo)線前方、后方等位置的小磁針，無(wú)法轉(zhuǎn)到豎直方向.

師：你有什么大膽的做法呢？

生：可以將直導(dǎo)線豎直放置，觀察周圍各處小磁針在導(dǎo)線通電后的指向.

生：也可以將直導(dǎo)線豎直放置，在周圍撒上鐵屑，觀察導(dǎo)線通電后鐵屑的分布.

……

該教學(xué)從“做什么”開始，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；經(jīng)歷3次“怎么做”，讓學(xué)生找到小磁針偏轉(zhuǎn)明顯的位置、反思不偏轉(zhuǎn)的原因；反思通過(guò)導(dǎo)線下方小磁針的一次偏轉(zhuǎn)與否就下“通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)”的結(jié)論，過(guò)程是否嚴(yán)謹(jǐn)？最后解決圖3到圖4為什么要將導(dǎo)線從水平到豎直放置的原因，使探究真實(shí)而自然地發(fā)生.教學(xué)要達(dá)到“春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無(wú)聲”的效果，不妨多一些源自學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的“長(zhǎng)程”設(shè)計(jì)，讓學(xué)生都能積極參與、主動(dòng)體驗(yàn)，雖然會(huì)經(jīng)歷困難和挫折，但學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)被激發(fā)了，避免了“膚淺認(rèn)識(shí)、簡(jiǎn)單思考”的不良習(xí)慣，促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí).

4 研究不透，挖掘不夠

同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，從不同的角度進(jìn)行研究，會(huì)有不一樣的效果.但幫助學(xué)生理解知識(shí)、開拓思維、提升能力的目標(biāo)始終是相同的.如果對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究不透，挖掘不夠，就容易出現(xiàn)假探究，學(xué)生對(duì)知識(shí)似懂非懂、一知半解，思維達(dá)不到應(yīng)有的深度.教材在“磁體與磁場(chǎng)”一節(jié)中安排了這樣一幅實(shí)驗(yàn)插圖(如圖5所示)，讓學(xué)生通過(guò)探究認(rèn)識(shí)到磁場(chǎng)是磁體周圍確實(shí)存在的一種看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì).教師對(duì)這幅實(shí)驗(yàn)插圖的處理通常有兩種方法.

圖5

方法1：將磁場(chǎng)與木棒、細(xì)線等有形物體類比.先演示磁體不與回形針接觸，回形針不掉下；轉(zhuǎn)動(dòng)磁體，回形針也跟著轉(zhuǎn)動(dòng).要求學(xué)生思考磁體對(duì)不接觸的回形針為什么有力的作用？引出磁體和回形針間存在一種像木棒、細(xì)線一樣可以“傳遞”力的物質(zhì)，物理上把這種看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì)稱為“磁場(chǎng)”.這種方法，僅僅讓學(xué)生“認(rèn)識(shí)”到磁場(chǎng)的存在，但沒(méi)有讓學(xué)生“看到”磁場(chǎng).

方法2：教師先用條形磁鐵、小磁針進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出磁場(chǎng)概念，然后利用該圖演示當(dāng)用塑料片、紙片、鐵片等分別穿過(guò)磁場(chǎng),看回形針是否掉落?學(xué)生觀察并得出結(jié)論，磁場(chǎng)不可以穿透鐵片.此方法將該圖對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)處理成幫助學(xué)生拓展認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)的一個(gè)性質(zhì)，在新課教學(xué)中顯然不可取.

教材在這幅圖的后面，有這樣一句話：“研究表明，磁體的周圍存在著磁場(chǎng).”如何進(jìn)行研究，讓學(xué)生能真正感受到磁場(chǎng)的存在？教學(xué)改進(jìn)如下.

師：生活中許多物質(zhì)我們是看不見(jiàn)的.例如“風(fēng)”，學(xué)生們能用什么辦法判斷“風(fēng)”的存在？

生：觀察空氣中的旗幟，旗幟飄動(dòng)，說(shuō)明“風(fēng)”的存在.

師：用木棒撥動(dòng)小磁針，小磁針從靜止變運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明木棒對(duì)小磁針產(chǎn)生了力的作用.用嘴吹小磁針，小磁針也能轉(zhuǎn)動(dòng)，“風(fēng)”給其作用力.若用紙擋住，則“風(fēng)”的作用被擋住.

接著演示用條形磁鐵靠近回形針，回形針不掉下，讓學(xué)生感覺(jué)磁體和回形針間也存在一種像“風(fēng)”一樣看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì).

如何檢驗(yàn)這種物質(zhì)是否真實(shí)存在？用紙阻隔“風(fēng)”來(lái)啟發(fā)，學(xué)生提出在磁體和回形針間放上紙片、塑料片、鐵片等物體，發(fā)現(xiàn)用鐵片隔在兩者之間時(shí)，回形針掉下，磁體對(duì)它的作用消失——學(xué)生感受到了磁場(chǎng)作為一種物質(zhì)的真實(shí)存在.

許多物理現(xiàn)象對(duì)教師而言司空見(jiàn)慣，例如“磁場(chǎng)”“人眼看不見(jiàn)的光”等，但如何讓學(xué)生理解深刻，教學(xué)中師生的平等對(duì)話尤其重要，教師要善于將自己的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成學(xué)生的體驗(yàn).初中生抽象能力弱，思維鏈不完整，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要認(rèn)真研究學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，遵循學(xué)生思維發(fā)展的規(guī)律，挖掘?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象中隱藏的教育價(jià)值.簡(jiǎn)言之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)始于現(xiàn)象，追尋本質(zhì)，讓學(xué)生在平等體驗(yàn)的過(guò)程中提高思辨能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維.

限于篇幅，教材利用插圖簡(jiǎn)明扼要地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置或基本的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)要靠教師的智慧去精心設(shè)計(jì)，此所謂用教材而不是教教材.當(dāng)然，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑很多，教材中還有許多實(shí)驗(yàn)資源，作為教師要積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效益，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展.