监利县福田寺镇初级中学 杨广平
物理是一门以实验为基础的自然科学,物理实验课教学就是在 课堂上指导学生认真进行实验和观察,因为实验与观察是学习物理的根本方法。何为物理实验?物理实验是我们根据研究的目的,运 用科学的仪器设备(包括电脑等)人为的控制,创造或纯化某种自然过程使之按预期的进程发展,同时在减少客观状态干扰的前提下 进行观测与探究物理规律的一项活动。在实验活动中对相关物理量 的测量是有误差的,通过对测得的物理量归纳总结、思维加工、逻辑推理、转换迁移概括出所需要的结论,即物理规律。然而我们往 往在物理实验课上似乎只满足于得到实验结论后就像大功告成了, 对物理实验的过程和结果不进行认真的评估。如果是这样,这将是一个严重的缺憾。所以我认为实验结束之后应该引导学生认真对实验进行评估,这对学生是极有好处的。
一、实验评估有利于培养学生格物致知的精神
实事求是是严谨的科学态度的核心,也是格物致知精神的体 现。在做物理实验时没有格物致知的精神,为结果而结果是根本没 有收获的。丹麦物理学家奥斯特探究电流的磁效应就为我们树立了 永恒的格物致知精神的榜样。
奥斯特起初通过无数次实验研究电流磁效应结果都失败了,但 他没有因此而灰心,他认真分析评估屡次实验的过程与结果后,推 想莫非电流对磁体的作用都不是纵向的,而是一种横向的力,于是继续潜心的探究,直至 1820 年四月的一天晚上,奥斯特在为精通 哲学以及具备相当物理知识的学者们讲课时,突然来了“灵感”,在 讲课结束时说:“让我把通电导体与磁针平行放置试试看”,他在一 个伽伐尼电池两极之间接上一根细的铂丝,在铂丝正下方放一根磁针,然后接通电源,小磁针微微转动,转到与导体垂直的方向。小磁针的摆动对听课者来说并没有什么,但对奥斯特来说太重要了。 多年盼望出现的现象终于看到了,当时简直使他愣住了。他又改变了电流方向,发现小磁针又向反方向转动,说明电流方向与磁针转 动方向有某种联系。奥斯特为进一步弄清楚电流对磁针的作用,接 下来又做了六十多次实验,从各方面各种情况下考察电流对磁针的 影响。并于 1820 年 7 月 21 日发表了题为《关于磁针上的电流碰撞的实验》的论文。向科学界宣布了电流的磁效应。
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科学家对实验评估与分析继而探索有新的发现,这一点对我有很大的启发,我每在实验课教学中有意引导学生对实验的过程与结 果进行认真的分析与评估。曾经有过这样一次经历,探究“当导体 的电阻一定时,导体的电流与其两端电压成正比”这一规律时,在 实验中同学们测得多组电流电压的数据,后来用 R=U/I 的原理计算,发现结果并非如此。但粗略的看结论是成立的,只要我们抓住实验数据之间的差异去仔细分析,却发现电阻除与导体的材料、长度、横截面积有关之外,还与温度有关,导体的电阻随温度的变化而变化,那就说明导体的电阻不是一个定值,没有格物致知的精神,学生们就不可能有这样重大的发现。这里必须要说明的是电阻的这 一规律的发现不是我班学生的首创,但它可引导学生在分析实验过程和结果时有新的收获,让他们认识到对实验评估的重要性。
初中物理学习是格物致知精神培养的开始,今后的探索之旅还有很长的路要走。作为物理教师的我们,为孩子们指明探索之旅前进的方向,是我们义不容辞的责任。
二、对实验评估有利于培养学生团队协作的意识
实验结束之后,同学们之间对实验过程和结果相互交流、评估, 互相总结探索过程的成功与不足,实验结论是否具有普遍性。讨论: 探究的同一问题,为什么实验结果会存在差异?分析误差的成因。 在此活动中,同学们互相启发、互相帮助,对于设计实验过程取长 补短,实现思维与智慧的碰撞,彼此收到“他山之石、可以攻玉”之效。如果坚持这样长期的训练,同学之间在学习与实验中的合作意 识就会逐渐形成,他们团队合作能力会不断提高。现代高科技行业 的研究工作离不开团队合作精神,这种精神在学生的实验活动中潜移默化的培养起来,对于他们以后的人生都是很有用的。
三、既然对实验评估如此重要,那我又是怎样引导他们 进行评估的呢?
首先是动之以情,晓之以理启发他们。每当实验过后,组织同学们认真对实验评估时,同学们都感到厌倦,认为没有这个必要。 他们觉得实验既然已完成、结论已得出,为什么还要对实验进行多余的评估呢?寻找瑕疵、寻找不痛快呢?面对这种困惑,我利用班班通设备直接搜到一则科学小故事来启发他们。这则故事的内容 是:早在 19 世纪末英国科学家瑞利在精确测量空气中的各种气体 密度时,发现在空气中取得的氮气密度是 1.2572kg/m3,而从氨中取 得的氮气密度是 1.2505Kg/m3,这个细微的差别,瑞利没有忽略,相反的对实验过程和结果进行了认真的评估与分析。他认为里面一定有没有被发现的秘密:氨中取得的氮气是由氨分解而来的纯度较高,而空气中的氮气是从混合物中取得的,杂质较多,然而这个杂质又是什么呢?于是他展开了深入的研究,从而发现了一种新的气 体——氩气。氩气的体积大约是从空气中提取氮气体积的十分之一。瑞利也因此而获得了诺贝尔物理奖。人们为什么看重这种新气体,因为它在科技上有广泛的应用,我们可以自己到网上去查找它的用途。同学们听了这则故事后对实验评估形成了共识,所以每次实验过后,他们都对实验进行评估、分析、交流,再也不走过场了。
其次是让他们动手动脑,引导他们在评估实验时有新的发现, 培养情感价值观。例如:去年冬天在探究水的热胀冷缩规律时,他们通过评估实验就有所发现:一般的物质吸热、温度升高、物体内 能增加、分子之间的距离增大导致体积增大,这就是所谓的热胀冷 缩。可是,我让学生探究水的温度与体积变化规律时,热胀冷缩规 律似乎不适用了。因为水在 0—4℃之间吸热后,温度上升,但体积 变小。在 4℃以上的情况下,水才是热胀冷缩的,这是他们自己在 实验中获得的,水在 0-4℃之间有反常膨胀的现象,起初他们单独 做这个实验时,以为是多种原因造成的误差。可是同学们一起交流 才惊人的发现,水在 0-4℃之间的这一结果都基本相同。从而他们 自己总结出规律:水在 0-4℃是反常膨胀,在其他温度条件下水是 热胀冷缩的。其实这一结论课本中已暗暗揭示。而我在让他们做实 验时有意设置的玄机,诱发他们发现新问题的冲动。
“冰冻三尺非一日之寒”,让学生养成认真评估实验的习惯,不 是一次实验两个故事所能做到的,而是需要我们长期对学生进行循循善诱,因势利导。让他们在评估中获得快乐,在快乐中去评估分 析。这样良性循环或许有人会成为科学家。
论文作者:杨广平
论文发表刊物:《创新人才教育》2017年第4期
论文发表时间:2017/8/10
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