要让物理实验回归科学

张贵林

物理学是一门以实验为基础的科学，伴随着新课程改革的深入，对物理实验教学愈加重视，对实验的要求也越来越高，尤其是对探究实验的要求更高.但是，纵观现在物理课堂，热闹增加了，伪科学却增多了，偏离了科学的本质.本文结合教材的编写和实验教学实践谈几点粗浅认识.

1为探究而探究

许多老师为迎合新课程理念，体现课改精神，一味追求科学探究，尤其在公开课、展示课中，尽可能用到科学探究的全过程，刻意在探究过程上追求“完善”，不考虑课堂教学实际，放手让学生“探究”.其实，教师的引导是必不可少的，新课程不是削弱了教师的主导作用，而是对教师提出了更高的要求.不是每一个实验都是重复前人的脚步，实际上，有许多科学成果是在科学家灵感和敏锐的洞察力中发现的，而非认准目标进行主动探究结果.如电磁感应实验，虽然法拉第是有目的的研究，但他是经过了十年的刻苦探究，有过千万次的失败，显然我们的学生不可能在一节课重复法拉第的实验过程.笔者听过“法拉第的发现”两节课，一位老师是这样上课的：先提出问题：“奥斯特发现了电流的磁效应，即电生磁，那么磁也能产生电吗？”学生猜想：能（不能）；又问：“如何验证猜想呢？”学生回答“實验”.然后放手让学生设计实验、进行实验等，一节课课堂很热闹，教师也在分头指导，忙得不亦乐乎.但下课铃响了，也没个所以然.另一位教师上课时首先演示发电机，介绍结构，让学生找出电池在什么地方？（没找着）接着，手摇发电机，发现灯泡亮了.提出问题：“灯泡的电是从哪来的？”（是发的电）接着问：“发电机发电的原因是什么呢？它有哪些重要结构，对照电动机，请思考.”学生很快总结出“定子、转子”即“线圈、磁体”.问：你能思考怎样产生电流吗？学生讨论后，介绍电流的显示装置“灵敏电流计”，教师组装实验装置，并让学生观察同时让电表指针转动，让学生发现“发出电了”.这时提出问题“如何才能产生电流呢？”学生很快自己选择器材，连接好电路.进行实验探究，此时老师用多媒体投影问题：（1）电路断开有电流吗？（2）除掉磁体能产生电流吗？（3）导线静止能产生电流吗？（4）顺着磁感线方向、逆着磁感线方向运动能产生电流吗？（5）运动方向与磁感线不平行，会产生电流吗？这样学生的探究变得有方向、简洁，很快得出结论.此时教师再补充“切割磁感线”概念，使用物理语言，让结论更加准确.两节课比较，很显然，后一节课效果较好.虽然在探究过程非严谨，但教师的主导作用突出了，实现了高效课堂.

2实验操作不严谨

不严谨的实验操作会导致测量结果不准确，甚至得出错误的结论.因此，实验的操作过程必须严谨，控制好相关变量，增强实验的可信度，使得出的结论是科学的.如观察二氧化氮和空气的扩散装置，下面的瓶子应装入二氧化氮气体，因为二氧化氮的密度大于空气密度，当抽掉玻璃板后，两种气体混合，这样才能说明是由于分子热运动造成的，不是外界因素引起的.当然，如果将装二氧化氮的瓶子放在上方，混合更快，效果更明显，但这种做法就不科学，因为在重力作用下就会发生混合，不能说明现象由物质分子的无规则运动产生的.一位老师在广口瓶中放入硝酸，再向内加入铜片，立即盖上玻璃板，等生成二氧化氮后在上面倒扣一个广口瓶，演示气体扩散实验，效果也非常明显.但是这位老师的操作也是不科学的，原因是：生成二氧化氮的瓶内气压增大，在气压的作用下，也会出现这种现象.同样，演示温度越高、扩散越剧烈的实验，用两只烧杯盛水，分别滴入一滴有色液体，一只杯子用酒精灯加热.这种做法也是错误的，因为加热过程中，会出现对流现象，也会加快两种液体混合，通过这种方法得出结论显然是不严谨的.

3实验过程理想化

实验过程是一个动手操作的过程，要考虑实验教程中会出现影响实验的客观因素，不能在头脑中做实验，误导学生，将实验过程理想化.如测大气压的实验，原来教材通过物理学史的讲述，很容易导入托里拆利实验，而且这个实验是一个非常科学、简洁的实验.现在的物理教材却改变了方式，从头脑中引入实验.如沪粤版教材是这样引入的：“估测大气压”，将注射器活塞推至顶端，堵住前方小孔，在活塞下加钩码，“直到活塞开始被拉动时为止”.如果按教材的做法，这个实验做起来操作麻烦，下面的的钩码是很长的一串，但一个钩码至少50 g，控制起来很麻烦.尤其是“开始拉动时”，这是一个错误的提法，从理论上讲，开始拉动时，拉力略大于0，一个钩码就可以了.因为注射器的特殊结构，顶端一定残留空气.实际上，当将活塞拉到最大位置，拉力才更接近空气对活塞的压力.教材编写者是受2005年江苏省苏州市中考物理试题的一道实验题启发的，其实这道实验题本身也是理想化的，犯了纸上谈兵的错误，没有动手做实验，是用大脑想实验的.

4实验过于粗糙

教材安排实验过于粗糙，没有章法.如沪粤版教材“探究杠杆的平衡条件实验”，在观察跷跷板后，立即让学生设计、进行实验，安排的记录表格内容有“左边距离”、“右边距离”这种粗糙的概念.现在学生使用的是现成的“研究杠杆平衡条件”实验器材，以此方法进行实验得出的结论显然是粗糙的.在实验开始时，没有弄清“平衡”、“支点”、“力臂”这样的概念，即使学生按照教材程序进行实验，那也会让学生得出错误的结论“左边的力×左边距离=右边的力×右边距离”.其实这种设计是没有目标的“放羊式”教学.老师在本课中的引导是必须的，因为：“左边的距离”这提法本身是错误的，你要通过演示让学生明确使杠杆平衡的“距离”“不仅与作用点到支点距离有关，还与力的方向有关”，从而引出“力臂”的概念.原来教材安排介绍相关概念之后，再让学生设计实验、进行实验不是很好吗？为什么要搞这样的“花架子”呢？误导了学生，更误导了一些教师.

5实验不可操作

实验是一个动手操作的过程，必须要根据学校条件和学生的自身水平，能操作、可操作.如经常见到的实验题：没有量筒，只有一架托盘天平，一个空瓶和一些水，请设法测出未知液体的密度，写出步骤、测量的物理量及密度的表达式.答案为：（1）用托盘天平测出空瓶的质量m1；（2）将空瓶装满水用托盘天平测出瓶与水的总质量m2 ； （3）将瓶中的水全部倒出再装满液体，用托盘天平测出瓶与液体的总质量m3；（4）算出未知液体密度ρ.

“瓶装满水”能在天平中称量吗？实际上，天平称量物体要加减砝码，天平在不停的上下晃动，“装满水”一定要“溢出水”，这是不允许的，即不可操作的；同样一道关于不等臂天平如何准确称量物体质量，有的资料上提供的一种方案是：“用刻度尺分别测出两边臂长……”显然，是想用杠杆平衡条件进行计算，但实际操作也是不可能的，因为天平的不等臂是无法用刻度尺量出其差别的.

物理实验是教学手段，也是教学内容，是科学的.我们在教学中进行的实验是重复科学家的研究足迹，而非人类摸索科学的足迹.人类只有一个法拉第（或很少），但更多的是科拉顿.我们的教学是要引导学生走法拉第的道路，少走弯路.教师不仅是引导者、合作者，但更多的是“先锋官”.在茫茫沙漠中探险，教师要提供指南针，这就是方向，是科学，是走向“沙漠绿洲”的金钥匙.