初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)失諧的案例分析及其啟示

張 杰

（無(wú)錫市錫山區(qū)教育局，江蘇 無(wú)錫 214101）

注重實(shí)驗(yàn)探究，不僅是新課程的基本理念之一，也是新課程的重要目標(biāo).然而受“分?jǐn)?shù)至上”思想的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在日常教學(xué)實(shí)踐中并沒(méi)有相應(yīng)地得到加強(qiáng)，失去了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的和諧之音.

1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，點(diǎn)到為止

案例1.蘇科版8年級(jí)上冊(cè)教材“光的折射”教學(xué)片段.

（1）演示實(shí)驗(yàn)：創(chuàng)設(shè)情景模擬叉魚(yú).

（2）教學(xué)過(guò)程：儲(chǔ)物箱中裝大半箱水，在一塊泡沫板的下部畫(huà)一條小魚(yú)，并將泡沫板豎直插入水中，請(qǐng)一個(gè)學(xué)生上臺(tái)用一根竹簽叉泡沫板上的魚(yú).教師剛講完要求，學(xué)生已處于躍躍欲試的興奮狀態(tài)，感覺(jué)叉魚(yú)很容易，何況泡沫板上的小魚(yú)是一條“死魚(yú)”.一個(gè)學(xué)生滿面春風(fēng)地上臺(tái)叉魚(yú)，等泡沫板拿離水面時(shí)發(fā)現(xiàn)竹簽并沒(méi)有叉中魚(yú)時(shí)，頓時(shí)滿臉疑惑，離開(kāi)講臺(tái)時(shí)還嘟嚕一句：“我明明看準(zhǔn)了”.這時(shí)教室里象炸開(kāi)的鍋一樣，沸騰了，不服氣者居多，紛紛表示想上臺(tái)一試.教師讓一個(gè)學(xué)生再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果仍然沒(méi)有叉中，這時(shí)班級(jí)稍稍安靜一下，“為什么？”、“到底怎么回事？”等疑問(wèn)在學(xué)生的大腦中盤旋.

（3）教師總結(jié)：你們想知道為什么嗎？等學(xué)完這節(jié)課后你就知道了.

上述案例，教師通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情景達(dá)到了一定的效果，但教師的總結(jié)使得情景創(chuàng)設(shè)僅停留在發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣上，把“情景”的作用降得太低了.“等學(xué)完這節(jié)課后你們就知道了”使得學(xué)生剛剛觸發(fā)的思維火花瞬時(shí)熄滅，對(duì)問(wèn)題進(jìn)一步探究的欲望戛然而止.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景不僅是為了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生對(duì)一節(jié)課的期待，也是課堂的起點(diǎn)和問(wèn)題的原點(diǎn)，還是學(xué)生學(xué)習(xí)的出發(fā)點(diǎn)，一個(gè)問(wèn)題可以超越模式的設(shè)計(jì)，引發(fā)思維.因此，以“情景”為中心設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，展示物理過(guò)程，設(shè)計(jì)出具有思考價(jià)值和實(shí)際意義的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生個(gè)體與群體去思考，去探究，去嘗試，在這一過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的解決.

為了更好地發(fā)揮創(chuàng)設(shè)情景的作用，可以進(jìn)行如下的設(shè)計(jì).

（1）引入課題：創(chuàng)設(shè)情景模擬叉魚(yú)（同上）.

（2）學(xué)生思考：確實(shí)是對(duì)準(zhǔn)“看到”的魚(yú)叉下去的，為什么又叉不中？難道“眼見(jiàn)為實(shí)”有假？

（3）現(xiàn)象描述：對(duì)準(zhǔn)“看到”的魚(yú)，竹簽叉中的位置在魚(yú)的上面，現(xiàn)象背后隱藏著什么規(guī)律呢？

（4）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)：請(qǐng)大家先說(shuō)一說(shuō)“看到”的含義，例如用手能摸到“看到”的鏡子中的像嗎？為什么？再想一想，若魚(yú)也在空中，能叉不中嗎？但魚(yú)在水中，人在空中就叉不中了，那么光從水中到空中與空中到空中是什么因素導(dǎo)致結(jié)果不同？

（5）實(shí)驗(yàn)變式：碗中放上水，將筷子放入水中，觀察看到的現(xiàn)象并描述.與竹簽戳中的位置在魚(yú)上方現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，嘗試能否將筷子末端比作“魚(yú)”，分析水中筷子“向上彎曲”的現(xiàn)象解釋叉魚(yú)而不中的問(wèn)題？

（6）建立概念：光的折射現(xiàn)象及其規(guī)律.

……

問(wèn)題的解決是認(rèn)知的核心，教師的作用主要表現(xiàn)在引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中提取蘊(yùn)含方法和能力的知識(shí)，通過(guò)分解和稀釋，根據(jù)學(xué)生的心理特點(diǎn)，把它轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)行為.上述設(shè)計(jì)，利用水中筷子向上彎曲現(xiàn)象遷移到叉魚(yú)不中難題，思考現(xiàn)象背后的原因，降低思維難度，誘發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生在自我感悟中學(xué)習(xí)知識(shí)，體會(huì)方法，拓展思維空間.

部分教師受傳統(tǒng)教育的影響，重知識(shí)傳授，輕實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這是因?yàn)榻處煂?duì)實(shí)驗(yàn)功能的理解不到位.Kerr J F把實(shí)驗(yàn)的功能總結(jié)為10項(xiàng)內(nèi)容：（1）培養(yǎng)觀察和記錄能力；（2）培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣；（3）訓(xùn)練操作能力；（4）訓(xùn)練解決問(wèn)題能力；（5）滿足實(shí)驗(yàn)考試要求；（6）幫助理解理論知識(shí)；（7）證實(shí)科學(xué)事實(shí)和科學(xué)理論；（8）發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實(shí)和科學(xué)理論；（9）激發(fā)和保持學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣；（10）感受科學(xué)現(xiàn)象的真實(shí)性.實(shí)驗(yàn)功能的界定不僅對(duì)學(xué)科教學(xué)具有指導(dǎo)作用，而且對(duì)理解實(shí)驗(yàn)教學(xué)也具有借鑒價(jià)值.在日常教學(xué)中一些教師常常為了完成實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有深入思考實(shí)驗(yàn)的功能并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，遇到能夠碰撞出思維火花的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，往往不能抓住實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的價(jià)值進(jìn)行深度的挖掘.

2 解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，淺嘗輒止

案例2.探究定滑輪特點(diǎn)的教學(xué)片段.

（1）實(shí)驗(yàn)演示：通過(guò)圖1、圖2、圖3用定滑輪勻速提升物體來(lái)探究定滑輪的特點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)已調(diào)零）.

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：圖1～圖3對(duì)應(yīng)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別為F1＝2N，F(xiàn)2＝2N，F(xiàn)3＝1.8N.

圖1

圖2

圖3

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用定滑輪不省力，但能改變施力的方向.

為什么F3＝1.8N？教師的解釋是彈簧測(cè)力計(jì)自身重量原因，加上自重0.2N，就等于鉤碼的重量.

質(zhì)疑：對(duì)F3＝1.8N的解釋對(duì)嗎？如何正確解釋這一現(xiàn)象？

教師對(duì)現(xiàn)象的解釋沒(méi)有涉及問(wèn)題的本質(zhì)，淺嘗輒止.即使教師的解釋正確，也屬于結(jié)論式解釋，沒(méi)有因?yàn)檫@個(gè)解釋讓學(xué)生由疑惑到清晰，由不理解到理解.

圖4

如何化解學(xué)生心中的疑惑？需要先了解彈簧測(cè)力計(jì)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示.實(shí)驗(yàn)中的彈簧測(cè)力計(jì)是豎直向上將其調(diào)零，因?yàn)榕c彈簧相連的金屬片的重力作用，雖然指針指向零刻度，但彈簧已伸長(zhǎng)Δl，即kΔl＝G金屬片；當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)倒過(guò)來(lái)使用時(shí)，將彈簧測(cè)力計(jì)指針再次拉到0刻度時(shí)，需要外力F＝2G金屬片.對(duì)圖3中繩子和彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤接觸點(diǎn)進(jìn)行受力分析可知：G鉤碼＝2G金屬片＋F拉.因此，將彈簧測(cè)力計(jì)自重的說(shuō)法改為與彈簧相連的金屬片重力引起的即可.雖然不需要向初中學(xué)生詳細(xì)解釋原因，但也不能給出錯(cuò)誤信息.另外，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)在水平方向使用時(shí)，也涉及到調(diào)零問(wèn)題，在此不再贅述.

教師對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋不合理，從表面上來(lái)看是教師對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象缺乏思考，而深層次原因是教師的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)不夠.2013年3月在我區(qū)級(jí)比賽基礎(chǔ)上，選拔24位初中物理教師參加無(wú)錫市的實(shí)驗(yàn)操作技能大賽，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)課題是：在光具座上模擬出近視眼，并進(jìn)行矯正.實(shí)驗(yàn)操作中有近半的教師先將蠟燭放在離凸透鏡較近的地方并在光屏上得到蠟燭清晰的像，后直接將光屏向后移動(dòng)使之像在其前方摸擬近視眼而導(dǎo)致失誤.這是直接利用近視眼成像在視網(wǎng)膜前方的結(jié)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有思考什么叫近視眼？近視眼的缺陷是什么？光屏代替視網(wǎng)膜進(jìn)行模擬得到清晰的像后還能單獨(dú)移動(dòng)光屏嗎？因此，物理教師要提高實(shí)驗(yàn)技能，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)方面的專業(yè)發(fā)展，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要養(yǎng)成認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的習(xí)慣，從而提高思辨能力.教師展示給學(xué)生的圖景一定要經(jīng)得起推敲，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和解釋一定要是合情合理的，并且是科學(xué)的.

3 解讀實(shí)踐活動(dòng)，蜻蜓點(diǎn)水

案例3.蘇科版8年級(jí)上冊(cè)教材第3章綜合實(shí)踐活動(dòng)：探究樹(shù)蔭下的光斑.

該教材針對(duì)課題將探究活動(dòng)分為發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出猜想、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)探究與交流評(píng)價(jià)5個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行.教材編寫(xiě)的主要目的是通過(guò)教師對(duì)小孔成像知識(shí)的理解、對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的解讀、對(duì)探究活動(dòng)的指導(dǎo)，開(kāi)展以學(xué)生為活動(dòng)主體的實(shí)踐性、自主性、創(chuàng)造性為主要特征的綜合實(shí)踐活動(dòng).

圖5

為了評(píng)價(jià)學(xué)生應(yīng)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，2013年無(wú)錫中考命制了這樣一道考題：晴天正午，小明與同學(xué)從樹(shù)蔭下走過(guò)時(shí)，發(fā)現(xiàn)地面上有許多大小、形狀不同的光斑，如圖5所示.光斑形狀與什么因素有關(guān)呢？光斑又是如何形成的呢？對(duì)此他們馬上進(jìn)行了探究.他們猜想光斑的形狀：

（a）與樹(shù)葉形狀有關(guān)，光斑是樹(shù)葉的影子.

（b）與樹(shù)葉間空隙形狀有關(guān).

（c）與樹(shù)葉間空隙大小有關(guān).

（1）根據(jù)所學(xué)知識(shí)，可確定猜想（a）___________（選填“合理”或“不合理”）.

（2）為進(jìn)行探究，他們制作了如圖6所示的（a）、（b）、（c）、（d）4張帶孔卡片.其中，（a）、（b）卡片中小孔的尺寸均為3mm，（a）、（c）、（d）卡片中大孔的尺寸均大于2cm，且（c）、（d）卡片中大孔尺寸相同.在進(jìn)行探究時(shí)，他們?cè)诘厣箱伾弦粡埌准垼褞Э椎目ㄆ糜谏戏?，讓太?yáng)光透過(guò)卡片上的孔，觀察紙面上出現(xiàn)的光斑形狀.

圖6

若讓你在（a）、（b）、（c）、（d）4張卡片中選擇1張卡片來(lái)證實(shí)“光斑形狀與樹(shù)葉間空隙形狀有關(guān)”，應(yīng)選用卡片.

在探究“光斑形狀與樹(shù)葉間空隙大小是否有關(guān)”時(shí)，小明選用（a）卡片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)白紙上得到4個(gè)圓形光斑，由此得出“光斑形狀與樹(shù)葉間空隙大小無(wú)關(guān)”的結(jié)論，這結(jié)論________（選填“可靠”或“不可靠”）.若由你進(jìn)行探究，你將如何設(shè)計(jì)帶孔的卡片？請(qǐng)畫(huà)出孔的形狀.

（3）通過(guò)探究，他們得到了以下結(jié)論，其中錯(cuò)誤的是____________.

（A）通過(guò)小孔形成的圓形光斑是像，通過(guò)大孔形成的光斑不是像.

（B）小孔形成的光斑與小孔的形狀無(wú)關(guān)，大孔形成的光斑與大孔的形狀有關(guān).

（C）小孔和大孔所形成的光斑，其大小均與孔到地面的距離有關(guān).

（D）不管光斑是不是像，它們都是由光的直線傳播形成的.

參考答案：（1）不合理；（2）（c），不可靠，如圖7所示；（3）（C）.

第（1）題只有部分學(xué)生因沒(méi)有看清題意而出錯(cuò).第（2）題因不理解題意而出錯(cuò)，證實(shí)“光斑形狀與樹(shù)葉間空隙形狀有關(guān)”需要改變空隙形狀，并進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)才能使結(jié)論具有普遍意義；部分學(xué)生雖然理解題意，但沒(méi)有聯(lián)系小孔成像的形狀和小孔無(wú)關(guān)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)而導(dǎo)致出錯(cuò).其中第2填空題少數(shù)學(xué)生出錯(cuò)，原因是選填時(shí)沒(méi)有考慮部分圓形光斑是太陽(yáng)的像，大孔形狀必須排除圓孔，或者在學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備中沒(méi)有圓形光斑是太陽(yáng)的像這一知識(shí)點(diǎn).對(duì)于如何設(shè)計(jì)卡片的問(wèn)題，部分學(xué)生設(shè)計(jì)的孔的形狀如圖8、9所示的圓、橢圓（帶圓形大孔的卡片只要不正對(duì)太陽(yáng)光，有一定傾斜，在地面上像為橢圓）.對(duì)探究“光斑形狀與樹(shù)葉間空隙大小有關(guān)”和“小孔成像”出現(xiàn)相互干擾.部分學(xué)生設(shè)計(jì)的孔能夠考慮避免圓形，如圖10、11、12所示，在控制形狀相同時(shí)盡量使圖像體現(xiàn)出明顯的差別，但由于圖像復(fù)雜，往往在實(shí)際操作（畫(huà)圖、剪切）時(shí)難以保證孔的形狀不變；這部分學(xué)生沒(méi)有體會(huì)到命題者的意圖，題目中展示孔的形狀（正方形、等邊三角形、菱形）相對(duì)簡(jiǎn)單，便于控制形狀，這表明學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中，此類實(shí)踐活動(dòng)比較少，缺乏來(lái)自實(shí)踐的體驗(yàn).少數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)孔的大小比例失衡，數(shù)學(xué)上相似性原理在設(shè)計(jì)中沒(méi)有得到很好的體現(xiàn)；還有部分學(xué)生的設(shè)計(jì)隨意性大，隨便找?guī)讉€(gè)小孔形狀，敷衍了事.

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

圖12

第（3）題由于對(duì)樹(shù)蔭下的光斑是否是像未做過(guò)思考，對(duì)通過(guò)小孔和大孔形成的光斑的差別不清晰等原因?qū)е麓痤}錯(cuò)誤.

答題失分的主要原因有對(duì)小孔成像知識(shí)的缺失，小孔和大孔與光斑之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，缺乏探究實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，以及沒(méi)有對(duì)比、辨析思想等等.

上述答題的錯(cuò)誤匯總，認(rèn)真分析其失分的原因，筆者認(rèn)為與教師對(duì)教材的解讀不到位有關(guān).在教材的“生活·物理·社會(huì)”中欄目介紹了小孔成像的知識(shí)，而教師對(duì)該教材內(nèi)容的處理方法一般有以下幾個(gè)層次：（1）讓學(xué)生自學(xué)；（2）結(jié)合光的直線傳播，介紹小孔成像的知識(shí)；（3）介紹小孔成像知識(shí)并自制教具進(jìn)行小孔成像的實(shí)驗(yàn)探究；（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并將實(shí)驗(yàn)中的小孔用手指一戳，使小孔變成大孔，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比現(xiàn)象，辨析現(xiàn)象背后的成因.如果對(duì)教材的解讀僅僅停留在知識(shí)層面，學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了小孔成像知識(shí)但極易遺忘，最后導(dǎo)致答題出錯(cuò).

如果能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，即使沒(méi)有將小孔變大孔進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，也會(huì)在頭腦中留有印跡，答題時(shí)能結(jié)合題意和情景，提取相應(yīng)的知識(shí)和方法進(jìn)行解答.對(duì)于教材安排的綜合實(shí)踐活動(dòng)“探究樹(shù)蔭下的光斑”，如果教師能理解教材編者的意圖，讀懂綜合實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)容所蘊(yùn)含的方法、能力、思想等，一定會(huì)安排好學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)，并對(duì)學(xué)生的探究活動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo)、評(píng)價(jià)、交流和改進(jìn)，學(xué)生在這種實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中不僅學(xué)習(xí)了知識(shí)，還提高了動(dòng)手能力，理解了探究方法，獲得了探究體驗(yàn)，那么學(xué)生在答題時(shí)一定能理解“小孔尺寸均為3mm，大孔尺寸均大于2cm”的含義.如果教師對(duì)教材解讀到位，安排學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)也會(huì)到位，那么學(xué)生在解答此類相關(guān)的問(wèn)題時(shí)遇到的阻力就會(huì)減小.

4 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)失諧的原因分析

（1）“分?jǐn)?shù)”至上思想的影響.分?jǐn)?shù)至上，升學(xué)率第一，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)重理論講授輕實(shí)驗(yàn)操作，認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)花時(shí)間，對(duì)提高成績(jī)的效果不大，因此，做實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)不如背實(shí)驗(yàn)，背實(shí)驗(yàn)不如考實(shí)驗(yàn)的做法頗為盛行.

（2）實(shí)驗(yàn)器材陳舊老化現(xiàn)象嚴(yán)重.由于學(xué)校對(duì)待物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視程度不夠，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備不全、陳舊老化而無(wú)法完成課本實(shí)驗(yàn).例如利用壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，由于橡皮管老化沒(méi)有及時(shí)更新導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行.

（3）利用多媒體動(dòng)畫(huà)替代實(shí)驗(yàn).有些教師喜歡用課件模擬實(shí)驗(yàn)替代常規(guī)實(shí)驗(yàn)，它弱化了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)科學(xué)再現(xiàn)，影響了實(shí)驗(yàn)的直觀教學(xué)功能，不利于學(xué)生科學(xué)觀點(diǎn)的形成.

因此，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重拾和諧之音，離不開(kāi)教師對(duì)物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理的正確理解，也離不開(kāi)教師對(duì)教材內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的正確解讀，這樣才能使物理實(shí)驗(yàn)回歸其在中學(xué)物理教學(xué)中的核心地位.

1 李春密，顧江鴻.國(guó)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果研究及其啟示［J］.物理教學(xué)探討，2013（5）.

2 戴苾芬.改變理念 提高素養(yǎng) 創(chuàng)新模式［J］.江蘇教育，2013（8）.