物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)突出一個(gè)“真”字——近年江蘇高考帶來的啟示

肖建華

（江蘇省太倉高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉 215400）

物理實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)既是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段.縱觀近年江蘇物理高考，實(shí)驗(yàn)題的分值逐年提高，今年較往年又有明顯的提高，除了兩個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)題分值18分外，在選擇題中增加了一道分值4分的多選題，選修3-4和3-5中各增加了一道分值4分的小題.尤為突出的是，考查的內(nèi)容變“實(shí)驗(yàn)題”為“真實(shí)驗(yàn)”，考查的要求也變“實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α睘椤皩?shí)驗(yàn)與探究能力”.這一命題趨勢給我們帶來了很大的啟示：高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)突出一個(gè)“真”字.

1 實(shí)驗(yàn)“真”做

表面上看，做“實(shí)驗(yàn)題”和“做實(shí)驗(yàn)”似乎都能使學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，前者似乎還能節(jié)約更多的時(shí)間，做更多的實(shí)驗(yàn)題.“做實(shí)驗(yàn)題”能真正掌握實(shí)驗(yàn)技能嗎？2012年江蘇高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是利用多用電表探索電學(xué)黑箱，題中隱去了多用電表旋鈕的名稱，并且考查在未知電源正負(fù)極時(shí)應(yīng)先“短暫”接觸的操作細(xì)節(jié)，將真正使用過和未使用過電表的考生區(qū)分開來，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室起到了很好的引導(dǎo)作用.因此，必須摒棄“畫實(shí)驗(yàn)”“講實(shí)驗(yàn)”“背實(shí)驗(yàn)”“做實(shí)驗(yàn)題”“看實(shí)驗(yàn)視頻”的教學(xué)模式，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 “真”做實(shí)驗(yàn)，做“真”實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)操作過程，重視操作細(xì)節(jié).只有這樣，才能掌握正確的操作方法，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)技能.

案例1.測量導(dǎo)體的電阻率.

（2014年江蘇卷）某學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測量一種合金的電阻率.

（1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑.為防止讀數(shù)時(shí)測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊圖1所示的部件（選填“A”、“B”、“C”或“D”）.從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為_______mm.

圖1

（2）圖2所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出.合上開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化.由此可以推斷：電路中_______（選填圖中表示接線柱的數(shù)字）之間出現(xiàn)了（選填“短路”或“斷路”）.

圖2

（3）在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23V和38 mA，由此，該學(xué)生算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω.為了更準(zhǔn)確地測出合金絲的阻值，在不更換實(shí)驗(yàn)器材的條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)作怎樣的改進(jìn)？請(qǐng)寫出兩條建議.

本題從考綱中必做實(shí)驗(yàn)入手，除了考查螺旋測微器的讀數(shù)，還考查了電流表內(nèi)外接法的選擇、如何減小導(dǎo)體電阻的測量誤差、如何排查故障等，這些均是實(shí)驗(yàn)中必須思考的問題，也是必須掌握的實(shí)驗(yàn)技能.特別要引起注意的是，本題還考查了為避免讀數(shù)時(shí)測微螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)在讀數(shù)前將鎖緊旋鈕旋緊這一操作細(xì)節(jié).只有那些真正到實(shí)驗(yàn)室做過實(shí)驗(yàn)，有過親身體驗(yàn)，熟悉操作過程，并能注重操作細(xì)節(jié)，具備扎實(shí)實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)生才能做出正確的解答.

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)“真”研究

物理實(shí)驗(yàn)是了解、研究物理規(guī)律的重要方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生探究能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要手段，其作用不可替代.教師只有從研究“實(shí)驗(yàn)題”變?yōu)檎嬲芯俊皩?shí)驗(yàn)教學(xué)”，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

2.1 實(shí)驗(yàn)方案“真”設(shè)計(jì)

物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生探究并獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)過程中的一個(gè)有機(jī)組成部分，應(yīng)該在合理的環(huán)節(jié)和預(yù)定的計(jì)劃中去完成.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)一個(gè)重要環(huán)節(jié)，具有較強(qiáng)的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性.2012年江蘇高考實(shí)驗(yàn)題“測定木塊與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)”，以“實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，發(fā)現(xiàn)A釋放后會(huì)撞到滑輪”這一情景作為條件，要求考生提出兩個(gè)解決問題的辦法.這就要求考生具有綜合運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，創(chuàng)造性地構(gòu)思、設(shè)計(jì)解決問題的途徑和方法的能力.

案例2.探究“加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”.

該實(shí)驗(yàn)是高中物理最重要的實(shí)驗(yàn)之一，除了要求學(xué)生掌握控制變量的方法，學(xué)會(huì)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、處理數(shù)據(jù)等基本技能外，可以要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)并完善實(shí)驗(yàn)方案，體會(huì)探究過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和合理性，提高學(xué)生的探究能力.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)，需要解決2個(gè)問題：第一，拉力就是合外力嗎？第二，如何提供恒定的拉力并測得其值？這里可以通過問題鏈的方式討論并完善實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì).

問題1：為了研究簡單，想用彈簧秤的拉力作為合外力，如何“消除”摩擦力？

問題2：如果沒有條件減小摩擦力，有沒有辦法“平衡”摩擦力？如何“平衡”？

問題3：如何判斷滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)？

問題4：用彈簧秤拖動(dòng)長木板上的滑塊使它做勻加速運(yùn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)穩(wěn)定嗎？

問題5：能否用一個(gè)恒定不變的力來替代彈簧秤？如何測定拉力？

問題6：小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)懸掛沙桶和沙的重力等于運(yùn)動(dòng)小車的拉力嗎？

實(shí)驗(yàn)探究后，可有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生思考能否用其他方法來測量本實(shí)驗(yàn)的物理量，尋求物理量之間的關(guān)系，這是對(duì)教材上有關(guān)實(shí)驗(yàn)的引伸和拓展.

問題7：如何利用光電門測得的速度來得到加速度a？

問題8：如果不測出加速度的具體數(shù)值，能否探究加速度和其他物理量的關(guān)系？

問題9：如何測定不同情況（不同拉力、不同質(zhì)量）下加速度的比值呢？

問題10：如何解決同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)？如何測出相同時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移？

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不僅讓學(xué)生知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么做——知其然，還讓學(xué)生知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么要這么做——知其所以然，更讓學(xué)生知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以怎么做——知其所盡然.這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)符合學(xué)生發(fā)展的要求，留給學(xué)生更多的時(shí)間和空間試驗(yàn)自己的想法，開拓了思維，形成了科學(xué)方法，提高了探究能力，培養(yǎng)了科學(xué)素養(yǎng).

2.2 實(shí)驗(yàn)過程“真”分析

物理實(shí)驗(yàn)特有的生動(dòng)性，會(huì)使學(xué)生很感興趣，但這只是低層次的感知興趣和操作興趣.另外，如果只是觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論，會(huì)使學(xué)生逐漸感到枯燥乏味.在實(shí)驗(yàn)過程中，深入分析，讓思維與觀察同步，才能深刻理解物理的本質(zhì)，深化學(xué)生認(rèn)知，使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)保持持久的探究興趣和創(chuàng)造興趣.學(xué)生實(shí)驗(yàn)如此，演示實(shí)驗(yàn)也是如此.

案例3.光電效應(yīng).

在演示光電效應(yīng)時(shí)，教師會(huì)利用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用紫外線照射帶負(fù)電的鋅板，觀察到驗(yàn)電器的箔片合攏，說明鋅板上有電子逸出，由此得出光電效應(yīng)的概念.這樣教學(xué)，學(xué)生會(huì)有很多疑惑.

圖3

疑惑1：光電效應(yīng)是不是特指多余的電子？（帶負(fù)電的鋅板失去電子）

疑惑2：驗(yàn)電器箔片閉合有沒有可能是由于空氣被電離的原因？

疑惑3：用紫外線照射其他材料能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？

疑惑4：其他光源能否使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)？

……

為了解開學(xué)生心中的疑惑，可以引領(lǐng)學(xué)生一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，拓展實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深化學(xué)生認(rèn)知.

拓展實(shí)驗(yàn)1：是否是空氣電離的原因？用紫外線照射帶正電的鋅板，觀察發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器箔片沒有合攏.引導(dǎo)學(xué)生一起分析，如果是空氣電離的原因，不管鋅板帶負(fù)電還是正電，驗(yàn)電器箔片都應(yīng)該合攏，從而發(fā)現(xiàn)空氣電離不是帶電的驗(yàn)電器箔片合攏的主要原因.

拓展實(shí)驗(yàn)2：光電效應(yīng)是否和材料有關(guān)？用紫外線分別照射帶負(fù)電的鋁板和紫銅板，驗(yàn)電器箔片均未合攏；再用紫外線照射帶負(fù)電的黃銅板，箔片合攏了.這里教師可以適當(dāng)介紹黃銅板內(nèi)含有鋅的成分.

拓展實(shí)驗(yàn)3：光電效應(yīng)是否和光源有關(guān)？改用白熾燈照射帶有負(fù)電的鋅板，驗(yàn)電器箔片未合攏；換用更大功率（光線更強(qiáng)）的白熾燈照射，箔片還是不合攏；延長照射時(shí)間，箔片依然不合攏.

通過上述一系列的實(shí)驗(yàn)操作，忽略了次要因素，突出了主要因素，使學(xué)生對(duì)光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件有了一定的認(rèn)識(shí).

此時(shí)提出新問題：用紫外線照射不帶電的鋅板，驗(yàn)電器的箔片會(huì)張開嗎？學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)推理得出紫外線照射后的鋅板溢出電子，驗(yàn)電器帶上正電，箔片會(huì)張開的結(jié)論.箔片真的會(huì)張開嗎？

拓展實(shí)驗(yàn)4：用紫外線照射不帶電的鋅板，無論怎么照射，箔片就是不張開.怎么回事？這里教師可以引導(dǎo)學(xué)生一起分析原因：紫外線照射鋅板后逸出了電子，鋅板帶上了正電，同時(shí)也在附近產(chǎn)生了阻礙后續(xù)電子逸出的電場，從而無法積累足以讓驗(yàn)電器箔片張開的電荷量.如何把不可視的物理現(xiàn)象很好地顯示出來？學(xué)生會(huì)自然想到在不帶電的鋅板前加一個(gè)反向電場.

拓展實(shí)驗(yàn)5：在不帶電的鋅板前設(shè)置反向電場，紫外線照射后驗(yàn)電器箔片張開，現(xiàn)象非常明顯.

這樣，學(xué)生邊實(shí)驗(yàn)、邊觀察、邊思考、邊分析，提出了一系列的問題，設(shè)計(jì)了一系列的拓展實(shí)驗(yàn)，通過觀察豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不僅對(duì)光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件有了較為深入的認(rèn)識(shí)；更對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)如何才能做得更好，如何忽略次要因素、突出本質(zhì)原因，如何排除實(shí)驗(yàn)中的干擾因素等方面都有了深刻的認(rèn)識(shí).因此，注重實(shí)驗(yàn)分析，拓展實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，豐富實(shí)驗(yàn)表象，輔之以思考與質(zhì)疑，會(huì)使知識(shí)在生動(dòng)、具體、模擬性的情境中得以重組，從而深化學(xué)生的認(rèn)知，提高學(xué)生的思維能力.

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生“真”能力

物理教學(xué)大綱要求：物理教學(xué)既要重視教學(xué)，更要重視能力的培養(yǎng)，能力包括觀察能力、操作能力、思維能力、分析和解決問題的能力、遷移能力等，而各種能力的核心是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生“真”能力的重要載體.只有充分挖掘?qū)嶒?yàn)的教學(xué)功能，才能真正培養(yǎng)學(xué)生的各種能力.2013年江蘇高考第11題要求學(xué)生利用自由落體的基本規(guī)律，運(yùn)用新的實(shí)驗(yàn)裝置通過測量落體高度和時(shí)間來測定重力加速度，并進(jìn)行誤差分析，題目設(shè)計(jì)新穎，蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)思想和方法較為豐富，對(duì)學(xué)生靈活運(yùn)用基本實(shí)驗(yàn)原理方法和技能解決新問題的能力提出了很高的要求.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生能力，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過設(shè)計(jì)改進(jìn)，同樣能很好地培養(yǎng)學(xué)生的“真”能力.

案例4.自感現(xiàn)象.

“自感現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)會(huì)利用如圖4、圖5所示，分別觀察接通后、斷開時(shí)燈泡A、B亮暗情況，再理論分析通電自感和斷電自感的原因.這里可以換一個(gè)思路，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn).

圖4

圖5

提出問題1：如果電路中線圈自身電流增大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？如何用實(shí)驗(yàn)方法顯示出效果？

實(shí)驗(yàn)方案：線圈串聯(lián)一個(gè)小燈泡A.

分析推理：電流增大時(shí)，燈泡會(huì)慢慢亮起來.

實(shí)驗(yàn)演示，效果不明顯.怎樣才能看得清？

改進(jìn)方案：對(duì)稱并聯(lián)一個(gè)小燈泡B.

實(shí)驗(yàn)演示：通電時(shí)，和線圈串聯(lián)的燈泡A慢慢亮起，效果明顯.

提出問題2：斷電瞬間，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？

分析推理：燈泡不是馬上熄滅，而是慢慢熄滅.

實(shí)驗(yàn)演示：看不出延緩熄滅的效果.是預(yù)計(jì)錯(cuò)了嗎？

改進(jìn)方案：原來是兩個(gè)燈泡中電流沒有差別，只要使線圈相連的燈泡A中的電流大于另一個(gè)燈泡B中的電流就可以了.

實(shí)驗(yàn)演示：燈泡B閃亮一下再熄滅.預(yù)計(jì)成功.

拓展方案：用傳感器把燈泡A、B中的電流演示出來，電路圖如圖6所示.

圖6

這樣，師生一起重新分析、思考、設(shè)計(jì)、完善演示實(shí)驗(yàn)，只有把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與探究學(xué)習(xí)融合起來，才能真正培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力、思維能力、演繹、歸納、分析問題、解決問題等“真”能力.

隨著今后高考及教學(xué)改革的進(jìn)一步開展，對(duì)于學(xué)生實(shí)際能力的培養(yǎng)與考核，越來越受到大家的重視.而物理實(shí)驗(yàn)探究為學(xué)生積極主動(dòng)地獲取物理知識(shí)，認(rèn)識(shí)和解決物理問題，培養(yǎng)科學(xué)思維、方法和科學(xué)素養(yǎng)，提供了新的平臺(tái).如果我們?cè)诿看螌?shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，都能真做實(shí)驗(yàn)，做真實(shí)驗(yàn)，真正落實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究，那么我們相信隨著課改的深入，學(xué)生的物理能力一定能得到真正的培養(yǎng)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也一定會(huì)煥發(fā)出旺盛的生命力.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］.北京：人民教育出版社，2003.