分析物理實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

徐善勇 孫福如

摘 要：物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，初中學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象司空見慣.充分利用這些異?，F(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，是值得初中物理教師研究的一個(gè)重要課題.通過對(duì)異?，F(xiàn)象的分析，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)結(jié)論的影響、掌握辨識(shí)問題的思路與方法、提高實(shí)驗(yàn)操作能力和分析能力、熟悉科學(xué)探究的程序和方法、加深對(duì)知識(shí)的理解.

關(guān)鍵詞：初中物理;學(xué)生實(shí)驗(yàn);異?，F(xiàn)象;分析;深度學(xué)習(xí)

文章編號(hào)：1008-4134（2020）06-0007 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，初中學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中，由于種種原因，出現(xiàn)與預(yù)期不一致的異?，F(xiàn)象是常見的.如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)異常、操作過程異常以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常等等，這都是極好的動(dòng)態(tài)生成、培養(yǎng)學(xué)生良好科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)資源.實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象有時(shí)具有積極意義，我們知道，物理學(xué)史上許多發(fā)現(xiàn)源于對(duì)“異?，F(xiàn)象”的探索.物理異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中孕育著創(chuàng)新，有利于學(xué)生求異思維和創(chuàng)新精神的形成.教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析產(chǎn)生異?，F(xiàn)象的原因，提出并清晰表達(dá)自己的觀點(diǎn)，讓學(xué)生在真實(shí)的問題情境中進(jìn)行探究，親身體驗(yàn)科學(xué)的研究過程，把握科學(xué)的研究方法，這樣不僅能培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解和深度學(xué)習(xí)，而且能有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，甚至提出新的、富有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)思路.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)中異常現(xiàn)象的分析，可以從以下幾方面促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí).

1 讓學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的影響

科學(xué)知識(shí)和結(jié)論都是有條件的，物理知識(shí)也不例外.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，尤其是讓學(xué)生親自體驗(yàn)并分析實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象，有助于學(xué)生理解條件和結(jié)論之間的關(guān)系，能夠使學(xué)生在應(yīng)用結(jié)論和知識(shí)時(shí)考慮到它們的條件和局限性，還能幫助學(xué)生理解一些重要實(shí)驗(yàn)方法與原理，如控制變量法等.

案例1 在探究“滑動(dòng)摩擦力大小與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們猜想：滑動(dòng)摩擦力大小可能跟接觸面的面積有關(guān).于是大多數(shù)小組利用滑塊平面和側(cè)面粗糙程度相同的木塊，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，分別測(cè)出平放與側(cè)放時(shí)的摩擦力，發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面面積大小無關(guān).但有兩個(gè)小組利用粗糙程度相同、大小不同的兩塊木塊，分別用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)出它們平放時(shí)的摩擦力.這兩小組發(fā)現(xiàn)小木塊受到的摩擦力小于大木塊受到的摩擦力.由于小木塊的接觸面積小，于是他們得出的結(jié)論是：滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面的面積有關(guān)，滑動(dòng)摩擦力的大小隨接觸面面積的減小而減小.在交流時(shí)他們發(fā)現(xiàn)自己的結(jié)論與他人不同，這時(shí)教師引導(dǎo)他們分析，要求他們小組敘述實(shí)驗(yàn)的經(jīng)過，在敘述過程中他們發(fā)現(xiàn)了問題所在，沒有控制變量，即沒有控制壓力一定.使他們懂得實(shí)驗(yàn)條件對(duì)結(jié)論的影響.再讓全班同學(xué)思考，如果用大小不同的兩塊木塊探究，怎么做呢？許多同學(xué)立即想到，只要兩塊木塊上下交換疊放就可以了.使同學(xué)們有“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”的感覺，正確的方法就很自然地存在于我們腦中.

案例2 在探究“影響液體蒸發(fā)快慢的因素”時(shí)，為了探究蒸發(fā)的快慢與液體表面空氣流動(dòng)快慢的關(guān)系，將酒精滴在玻璃上，分別觀察在自然狀態(tài)下和增大空氣流動(dòng)速度的情況下的蒸發(fā)快慢情況，有的同學(xué)為了增大空氣流動(dòng)速度，采用的方法是用嘴吹，此時(shí)雖然得到的結(jié)論是正確的，但方法是錯(cuò)誤的，因?yàn)橛米齑禋飧淖兞藴囟龋瑳]有控制溫度不變，這時(shí)教師必須及時(shí)指出，引起同學(xué)們注意.

2 能培養(yǎng)學(xué)生辨識(shí)問題的思路和方法

實(shí)驗(yàn)中異?，F(xiàn)象的發(fā)生涉及諸多因素，如實(shí)驗(yàn)的儀器、原理、條件、操作過程以及注意事項(xiàng)等因素的影響.要辨識(shí)出主要問題并提出有針對(duì)性的解決方案，需要一定的思路與方法，培養(yǎng)這種思路與方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)有很重要的作用，也更好地完善了物理實(shí)驗(yàn)這一寶貴的物理教學(xué)資源的功能.這種思路與方法需要在解決復(fù)雜問題的過程中逐步培養(yǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象的分析就是很好的契機(jī).

案例3 蘇科版八年級(jí)物理下冊(cè)“浮力”一節(jié)中的“探究影響浮力大小的因素”實(shí)驗(yàn)，教材中的圖（b），當(dāng)圓柱體逐漸浸入水中時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)逐漸減小，說明浮力在增大;教材中的圖（c），改變圓柱體浸沒在水中的深度，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不變，說明此時(shí)浮力大小不變.學(xué)生誤認(rèn)為這是在探究浮力大小與深度的關(guān)系，所以學(xué)生很容易得出“浸沒前，深度增加，浮力增大;浸沒后，深度增加，浮力不變”的結(jié)論.而浮力大小與“物體排開液體的體積”有關(guān)這一因素，在學(xué)生已有的認(rèn)知里，是很難猜想到的，這時(shí)需要教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行辨識(shí)與分析，這里仍用實(shí)驗(yàn)探究的方法突破這一難點(diǎn).

將教材中的圓柱體改為長方體鋁塊，首先將長方體鋁塊豎直懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)的下端，并逐漸浸入水中，到浸入一半長為止，讀出此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)（如圖2所示）;然后將長方體鋁塊橫放懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)的下端，并逐漸浸入水中，到浸入一半厚為止，讀出此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)（如圖3所示）.學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩次測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同，說明鋁塊受到的浮力相同.但學(xué)生也發(fā)現(xiàn)兩次鋁塊浸入水中的深度不同，出現(xiàn)了認(rèn)知沖突.借此引導(dǎo)學(xué)生深度思考：兩次有什么物理量相同呢？學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)兩次鋁塊浸入水中的體積相同.接著教師指出：我們把“物體浸在液體中的體積”叫做“排開液體的體積”.再讓學(xué)生解釋物體浸入水中時(shí)深度增加浮力不變的原因.到這里就可以分析得到影響浮力大小的一個(gè)因素“物體排開液體的體積”，而“浮力大小與深度無關(guān)”.直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使這一因素的得出水到渠成.為了幫助學(xué)生更好地理解這一“陌生”的因素，再用溢水杯和收集溢出水的小桶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使結(jié)論再次得到驗(yàn)證，學(xué)生確信無疑.

3 讓學(xué)生熟悉科學(xué)探究的程序和方法

教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究旨在改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生在自主探究學(xué)習(xí)中建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)，以學(xué)生熟悉的事物為突破口，以實(shí)驗(yàn)為載體，引導(dǎo)學(xué)生了解探究活動(dòng)的過程和方法.科學(xué)探究有相對(duì)固定的模式：觀察或研究現(xiàn)象—提出問題—猜想與假設(shè)—確定研究方案—實(shí)驗(yàn)—反思與矯正.科學(xué)探究的方法多種多樣.實(shí)驗(yàn)的異?，F(xiàn)象就是學(xué)生進(jìn)行探究的好資源，讓學(xué)生在充滿好奇的氛圍中經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，熟悉科學(xué)探究的一般模式，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)探究方法.