由一道物理實驗探究題引發(fā)的質疑拓展與教學建議

摘 要：本文從一道實驗探究題入手，通過實驗探究驗證指出習題中存在的問題，并將該實驗拓展延伸，剖析在不同實驗方法下實驗測量數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，完善整個實驗探究過程，然后針對學生答題與教師編題中存在的一些問題，對今后的實驗教學和教師編題提出教學建議.

關鍵詞：習題編寫;實驗教學;教學建議

作者簡介：江西省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“以創(chuàng)新實驗促進初中物理深度學習的實踐研究”（課題編號：20PTYB190）階段性研究成果;江西省基礎教育課題“‘三管齊下助力提高初中物理實驗教學質量的實踐研究”（課題編號：AFWL2018-889）.

作者簡介：江耀基（1976-），男，江西安福人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學和實驗教學.

受疫情影響，學校無法開學，各地學校都在積極貫徹落實教育部門提出來的“停課不停學”的號召，掀起了前所未有的“網(wǎng)課”學習的熱潮，為了配合“網(wǎng)課”學習，各地學校還提前給學生配發(fā)相應的作業(yè)本進行練習鞏固，其中作業(yè)本中一道習題引起了廣大師生的熱議和質疑.

1 引發(fā)質疑，實驗探究驗證，指出題中存在的問題

1.1 提出問題，引發(fā)質疑

習題：物理實驗要遵循實事求是的原則，小雯同學在“研究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中，完成如圖1所示的實驗并記錄了數(shù)據(jù).由表1中數(shù)據(jù)可以看出，使用定滑輪時F1≠G，這是為什么？使用動滑輪時F2≠G2，這是為什么？

學生提供的答案來看，問題主要集中在定滑輪上，學生提供的答案是“彈簧測力計重力的作用和摩擦力的作用”，而作業(yè)本提供的參考答案是“摩擦力的作用”.那么，到底哪個是正確的呢？筆者將習題中的實驗裝置與實驗數(shù)據(jù)詳細對比發(fā)現(xiàn)，其實這個題目就是個錯題，是沒有正確答案的.

1.2 實驗驗證，剖析原因

為什么說上面的習題是個錯題呢，筆者決定再探這個實驗，而做這個實驗的關鍵就是彈簧測力計的校零問題.對于彈簧測力計來講，在不同方向上的使用時，他們的校零方式不一樣，如在水平方向上使用時就應該在水平方向上校零，豎直方向使用時就應該在豎直方向上校零，當把彈簧測力計沿豎直方向倒置過來使用時，也就應該在倒置方向上校零.那么，豎直倒置后的彈簧該如何校零呢？筆者認為應該往上輕輕提住掛鉤，讓彈簧處于自然伸長狀態(tài)時校零即可.然后，我們將校好零的彈簧測力計倒掛在另一個校好零的彈簧測力計的下面，如圖2所示，由“力的作用是相互的”可知，只要上下兩個彈簧測力計的示數(shù)相等，校零就準確.

接下來，我們就用校好零的彈簧測力計按習題中圖乙的方式去探究定滑輪的特點.

把倒置的彈簧測力計、細線、鉤碼繞在定滑輪上，當?shù)怪玫膹椈蓽y力計拉著鉤碼靜止時，其示數(shù)剛好等于鉤碼的總重力1N，但當勻速向下拉動彈簧測力計時，其示數(shù)為1.1N（如圖3），略大于鉤碼的總重力，比靜止多出了0.1N，原因是繩子和滑輪之間存在靜摩擦力的作用;換三個鉤碼重新實驗，靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為1.5N，勻速運動時為1.65N（如圖4），多出0.15N的靜摩擦力;換成掛4個鉤碼重新實驗，靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為2.0N，勻速運動時為2.2N（如圖5），多出0.2N的靜摩擦力.所以，若按習題中圖乙裝置進行實驗，勻速拉動時，彈簧測力計的示數(shù)一定比鉤碼的重力稍大一些，即讀數(shù)偏大，偏大的原因是繩子與定滑輪之間靜摩擦力的作用.那么，學生提到彈簧測力計的重力（掛鉤和彈簧的重力忽略不計）在此實驗中到底有沒有影響實驗呢？分析一下，此時細線拉的是彈簧，而非彈簧測力計的外殼，所以彈簧測力計的重力在此實驗中是不會影響實驗數(shù)據(jù)的.

實驗測得數(shù)據(jù)與題中的實驗數(shù)據(jù)大大不相符，顯然題目本身是有問題的，實質上本題就是一道錯題，題中的實驗數(shù)據(jù)有造假嫌疑.

2 拓展實驗，補充實驗數(shù)據(jù)，完善實驗探究過程

那么，當用正放的彈簧測力計可不可以探究定滑輪特點呢？其彈簧測力計的讀數(shù)又該如何變化呢？接下來筆者繼續(xù)實驗，首先將彈簧測力計按豎直向下方向校零，接著用細線將鉤碼與彈簧測力計的拉環(huán)系在一起，然后再把鉤碼、細線、彈簧測力計繞在定滑輪上進行實驗.

當正放的彈簧測力計拉著兩個鉤碼靜止時，其示數(shù)為0.7N，略小于鉤碼的總重力，當勻速向下拉動彈簧測力計時，其示數(shù)為0.8N（如圖6），也增大0.1N;掛三個鉤碼靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為1.15N，當勻速向下拉動彈簧測力計時，其示數(shù)為1.3N（如圖7）;掛三個鉤碼靜止時，彈簧測力計的示數(shù)為1.5N，當勻速向下拉動彈簧測力計時，其示數(shù)為1.7N（如圖8）.顯然當用正放的彈簧測力計拉鉤碼勻速運動時都要比拉鉤碼靜止時示數(shù)稍大一些，其實都是靜摩擦力的作用，但總體上彈簧測力計的示數(shù)均小于鉤碼的總重力.原因究竟是什么呢？我們不妨畫一個力的示意圖分析，如圖9所示.不難發(fā)現(xiàn)右邊向下拉繩子有兩個力的作用，分別是彈簧測力計的重力和手拉彈簧測力計的拉力，即彈簧測力計的重力和手拉測力計的拉力的合力才等于鉤碼的重力（靜止時）.所以，當用正向豎直放置的彈簧測力計來探究定滑輪特點時，導致彈簧測力計的示數(shù)偏小的根本原因是彈簧測力計的重力.

綜合上述分析可知，不管用正放的彈簧測力計還是用倒置的彈簧測力計都可以探究此實驗，但測得實驗數(shù)據(jù)截然不同.當用正放彈簧測力計豎直拉繩探究定滑輪特點時，會導致彈簧測力計的示數(shù)偏小，根本原因是彈簧測力計重力的影響;當用倒置的彈簧測力計豎直拉繩探究定滑輪特點時，會導致彈簧測力計的示數(shù)偏大，根本原因是摩擦力的作用.

3 交流反思，啟示物理教學，給廣大物理教師們提三點建議

筆者特意委托幾位教師調查一下學生回答這個“答案”的原因，反饋回來的信息是，部分學生說以前做過類似的題目，即答案是從“刷題”中得來的，也有部分學生說課堂上講過記住的，即答案是“背”出來的……，然后我也順便問了周邊的幾位教師是否讓學生做過此實驗，結果均未做過，理由是這實驗不是課程標準中規(guī)定的“必做”實驗，考得也少.由此可見，我們初中物理的實驗教學開展并不理想.現(xiàn)在讓我們回到上面的錯題中，可見編題教師沒有認真研究課標、教材，隨意改編組裝，也沒有通過實驗驗證實驗數(shù)據(jù)的準確性，才造成今天錯誤，引發(fā)廣大教師的熱議.基于此，筆者在這給廣大物理教師們提三點教學建議.

3.1 切實開展實驗教學，莫用“講實驗”替代“做實驗”，讓學生在實驗中學習物理

學生答題時為什么會答“摩擦力或彈簧測力計重力的作用”呢？究其原因之一是“背實驗”的結果，很多教師認為“做實驗”不如“講實驗”，因為真做實驗既會“浪費”大量的教學時間，也不一定會取得良好的教學效果，如有教師實踐發(fā)現(xiàn)，學生都做過實驗，結果考出來的成績不理想，甚至比不做實驗的學生考得還差.因此，很多教師放棄做實驗，走回老路“講實驗”，然后學生通過大量地“背實驗”，機械地記住“摩擦力或彈簧測力計重力的作用”這個答案，而不會針對不同的具體實驗操作情況作出不同原因分析.事實上，很多的物理概念和物理規(guī)律都需要在實驗的基礎上建構出來的，只有讓學生親身經(jīng)歷實驗過程，觀察到了實驗過程中各種現(xiàn)象，學生才會理解實驗中涉及的物理概念和物理規(guī)律，學生的動手操作、動腦思考能力才會提高，學生的思維品質才會發(fā)展，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”說的就是這個道理.

3.2 引領學生做真探究，莫用“刷題”替代“真探究”，讓實驗回歸物理課堂教學

既然有教師帶領學生做過實驗，分數(shù)為什么還是不夠理想呢？這里牽涉到一個“做實驗”與“做真實驗”的問題.在現(xiàn)實的物理實驗課堂教學中，條件差一點的是6個學生一組，學生是圍在一起做實驗，可是并不是每一個學生都在真做實驗，部分學生是“看客”，如果一個學生確確實實在做真實驗，他分析物理問題的能力一起比旁邊的“看客”強，因為他經(jīng)歷過、體驗過、思考過實驗中的物理過程和相關的物理知識，這是“看客”永遠無法比擬的.分數(shù)是學生的“命根”，“刷題”是學生提分法寶.廣大教師為了幫助學生提分，花大量的時間去研究中考試題，不少優(yōu)秀的教師還摸索一條應試捷徑，他們將各種高頻考點的實驗試題進行羅列，整合一系列試題集，形成覆蓋與本實驗所有問題練習.在平時教學中，教師就采用這種羅列形成的練習替代學生探究實驗，從應試效果來看，學生在短時間應付了考試，但這只是在練習中提高應試能力.而學生沒有主動參與探究實驗，沒有經(jīng)歷探究過程，沒有親身碰到實驗中出現(xiàn)的各種問題及認真剖析各種問題產(chǎn)生的原因（如習題中的兩種實驗），沒有掌握實驗方法與實驗思想，更沒有解決過實驗中出現(xiàn)的各種問題等等，這就是為什么還有大批學生在完成這些試題后還會反復出現(xiàn)錯誤的原因.物理學是以觀察、實驗和邏輯思維相結合的科學，其中實驗探究不僅是學生科學學習的主要方式，還是形成其他物理核心素養(yǎng)的重要途徑.所以，引領學生做真實驗探究，充分給學生時間和空間，讓學生沉浸探究活動中，主動參與，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，他們的核心素養(yǎng)才能得以提升.這也是符合深度學習的一條路徑，這種關鍵能力和必備品格光靠“刷題”是達不到的.所以，讓實驗回歸物理課堂教學中，是每一個物理教師任重道遠的一份責任.

3.3 認真研究課標要求和鉆研教材，嚴格按課標科學命題，切莫胡編亂改，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)

不管是試題命制還是習題編寫都是個技術活.科學性是保證命題和習題質量的關鍵，也是對習題編寫的基本要求.在編寫習題時，一定要保證內容的正確性，避免出現(xiàn)知識性、政治性、技術性等方面的錯誤.而保證習題的科學性表現(xiàn)在：習題表達要規(guī)范、問題明確、語言簡潔、圖形清楚、專業(yè)術語準確，答案要避免出現(xiàn)歧義等.從上面習題分析來看，若按照圖乙的實驗裝置，彈簧測力計測出的示數(shù)一定要大于鉤碼的總重力，這跟表格中的實驗數(shù)據(jù)不相符;反之，若按表格中的實驗數(shù)據(jù)來推測實驗裝置，那么實驗裝置中的彈簧測力計一定是正放的，而不是倒置，況且作業(yè)本中提供的參考答案也是錯誤的.顯然，習題本身就是一道錯題，違背了習題編寫的“科學性”的原則.筆者通過百度查閱該題的題源，發(fā)現(xiàn)此題是2005年黑龍江省的中考物理題，題源本身沒有問題，是后面經(jīng)過教師多次改編而成，而在改編的過程中，教師又沒有經(jīng)過仔細推敲和科學驗證，胡編亂改造成的.作為一名物理教師，命制試題和編寫習題是一項基本的專業(yè)技能，體現(xiàn)一個教師的專業(yè)素養(yǎng)，況且作為省級統(tǒng)一的作業(yè)本一般是請當?shù)匾恍┟麕熅帉懚?，具有較高的專業(yè)素養(yǎng)和編題水平.當然每個教師編寫技能有高有低，編寫習題時也不一定要原創(chuàng)，可以對原中考題進行改編，但改編后的習題一定要符合“科學性”這條原則，保證習題的“正確性”是習題編寫和試題命制的底線，切莫為了編寫習題或命制試題而胡編亂造，否則會鬧出笑話，更是辱沒了一個物理教師的專業(yè)素養(yǎng).

參考文獻：

[1]舒長順，湯金波.七論學生自主創(chuàng)新實驗是物理教學的最優(yōu)途徑——基于傳統(tǒng)實驗試題與創(chuàng)新實驗試題的比較[J].實驗教學與儀器，2019，36（12）：3-6.

[2]余華.依據(jù)物理課程標準彰顯學科核心素養(yǎng)——江西省2019年中考物理試題例析[J].中學物理，2019，37（24）：63-65.

（收稿日期：2020-03-06）