实验推理分析再实验

巩晓雁

摘要：初中物理教学应该充分考虑学生的知识储备和学情，本文以实验探究课型为例，研究如何结合物理实验探究发展学生思维，提高学生的科学素养.

关键词：实验探究；科学推理；科学素养

《义务教育物理课程标准》（2011年版）中明确指出，义务教育物理课程作为科学教育的组成部分，是以提高全体学生科学素养为目标的自然科学基础课程.此阶段的物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面培养.义务教育物理课程的性质之一：物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程，此阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题及解决问题的能力.

教材是教学内容的载体，是教学最重要的材料之一，是实现课程目标的工具.教学目标是一切教学活动的出发点和归宿，使用教材的最终目的是实现教学目标，而不是教完教材.教材应该是为教学服务的，作为一线教师应当从教学的实际出发，考虑学生的知识基础和思维特点，还要视实验的难度和可操作程度，灵活地处理教材.

例如沪科版初中物理八年级第四章的第五节《科学探究：凸透镜成像》一节，是典型的科学探究课，本节课重点是进行实验与收集证据环节，难点是分析论证环节，分析实验现象和数据，归纳总结凸透镜成像的特点.

我们先来看2012年修订后的沪科版八年级教材中，在探究凸透镜成像的规律时，教材中提到的进行实验与收集证据的环节：

（1）设法获取凸透镜的焦距.

（2）认识光具座，将实验器材按蜡烛、凸透镜、光屏的顺序放置在光具座上.

（3）蜡烛火焰经凸透镜后成缩小的实像，将u、v值记录下来.

（4）蜡烛火焰经凸透镜后成放大的实像，将u、v值记录下来.

（5）蜡烛火焰经凸透镜后成等大的实像，将u、v值记录下来.

（6）蜡烛火焰经凸透镜后成放大的虚像，将u值记录下来.

（7）蜡烛火焰放在凸透镜的焦点处，观察是否能成像.

（8）改变物距，重复几次上面的实验操作.

通常教师的处理方式是，学生通过分组探究收集实验数据，分析实验数据，总结结论.之后，分小组交流数据和实验结论.听过大量的课包括研讨课或者观摩课，教师重视了大量实验数据的分析与论证，最终总结出结论，完成教材73页五种情况的结论.结论中还可以发现，焦点和2倍焦距处是两个特殊的点，即焦点是凸透镜成实像和虚像的分界点，而2倍焦距处是成放大和缩小实像的分界点.但是总感觉站在学生的角度，有些问题的处理不是很合适.而且大部分教师讲过这一内容之后，普遍存在学生掌握不好，理解不到，应用起来又困难等诸多问题.焦点和2倍焦距处，是至关重要的两个关键点，在收集实验数据和分析论证的过程中容易忽略它们在提高教学效果、加深学生的印象和理解方面所起的关键作用.

因此，是否可以反思一下，站在学生的角度，从教学的内容和实验特点等方面是否突破了本节课的重点和难点，如何处理实验数据和分析总结结论，下面谈几点自己的看法.

1探究凸透镜成等大实像的改进设想

凸透镜焦距的测量不是本节的重点，从节约课堂时间和数据的准确性上，凸透镜的焦距可以直接给出.教材里，进行实验与收集证据的3、4、6环节（蜡烛火焰经凸透镜后成缩小的实像、放大的实像、放大的虚像）对学生而言相对容易操作，物距u和像距v也便于测量，能够比较顺利的分析总结出凸透镜成缩小的实像、放大的实像和放大的虚像满足的条件.进行实验与收集证据的第5环节（蜡烛火焰经凸透镜后成等大的实像，将u、v值记录下来），由于实验器材的限制和实验的特点，成在光屏上的像要与烛焰等大，不便于测量，只是用肉眼观察，同时像（光屏）位置的确定不一定准确，实验数据中可能存在物距u和像距v的数值误差较大.怎样处理更有说服力呢？我认为，增加交流讨论的环节，可以提出问题让学生讨论：物距u和像距v有什么样的关系时，蜡烛火焰经凸透镜后成等大的实像？可以实验验证，也可以在前面实验的基础上，通过推理和科学分析得出.

实验探究时，出现的真实情况是：蜡烛火焰经凸透镜成等大的实像时，物距u和像距v基本相等；而物距u和像距v相等，由于光学实验特点和现有实验条件的限制，不容易得到.如果引导学生运用推理进一步分析，既可以发展学生的思维，又是物理学研究问题方法的学习和训练.在物理研究过程中，有许多概念、规律、结论是建立在物理实验的基础上，但是也有不少实验，由于教学内容、实验特点和实验条件等因素的限制，难以实现或者不易操作，于是需要在大量可靠的实验事实的基础上，通过科学推理，进一步得出实验的结论.

在进行实验和收集数据的3、4环节，分析大量的实验数据可知：当物体位于凸透镜的2倍焦距之外时，成缩小、倒立的实像；当物体位于凸透镜的1倍焦距和2倍焦距之间时，成放大、倒立的实像.在此实验结论的基础上，进一步分析：当物体位于凸透镜的2倍焦距处，既不满足成缩小实像的条件，也不满足成放大实像的条件，介于两者之间；那么所成的像既不是放大的，也不是缩小的.这时，可以让学生充分交流讨论，说明各自的想法与分析，发表自己的观点，最终达成共识：当物体位于凸透镜的2倍焦距处，成等大、倒立的实像.之后，可以再进行实验进行验证，既弥补了实验探究过程的不足，又使学生的思维能力得到提高.这样处理，使学生的思维活跃起来，学生参与的是深入的思考和思维的碰撞，起到事半功倍的效果，真正实现学生听懂学会，同时使学生学习到科学探究方法，分析问题及解决问题的能力得到提高.

2探究物体处于凸透镜的焦点能否成像的改进设想

蜡烛火焰放在凸透镜的焦点处是否能成像也可以采用同样的处理方式.

分析大量的实验数据可知：当物体位于凸透镜的1倍焦距之外时，成倒立的实像；当物体位于凸透镜的1倍焦距以内时，成放大的虚像.当蜡烛火焰放在凸透镜的焦点处，相当一部分学生在光屏上找不到像，是成像而且成实像没找到？还是成虚像不能呈现在光屏上？还是不成像？学生是有疑惑的.如何解决，而且要有说服力并得到学生的认可和接受，可以在实验探究和上述实验结论的基础上，引导学生交流讨论，进一步分析：当物体位于凸透镜的1倍焦距處，既不满足成实像的条件，也不满足成虚像的条件，也是介于两者之间；那么既不能成实像，也不能成虚像.这里的处理与上面的是相同的，学生充分讨论，说明各自的想法与分析，发表自己的观点，最终达成共识：当物体位于凸透镜的焦点时，不能成像.

以上处理，是在实验探究的基础上，通过科学的推理与分析得出的，采用的方法是实验→推理分析→再实验的过程，是从感性认识→理性分析→实验验证，是认识过程和思维过程的上升，从而实现学习过程与学习效果的飞跃.

新的课程理念给与教师和学生很大的发展空间，要实现课程目标，促进学生的发展，需要教师充分了解学生，站在学生的角度进行教学，解决学生学习中的难点和疑惑.教师适时地点拨与启发，活跃学生的思维，促进学生积极主动地参与到学习活动中，让学生在学习中发现问题、提出问题、积极主动地思考、分析问题和解决问题，真正意义地解决学生学习过程中的疑惑.具有现代教育理念的教师，应该促使学生在学习科学知识的过程中，逐步学习和掌握科学的研究方法，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，全面提升学生的科学素养，从而发展学生的核心素养.

参考文献：

[1]义务教育教科书《物理》八年级全一册，上海科学技术出版社，1993年9月第一版，72-73.

[2]义务教育《物理课程标准》（2011版），北京师范大学出版集团，2012年1月第1版2页.