中学物理实验的教学功能

　　中学物理实验的教学功能，简单地说，就是物理实验在中学物理教与学过程中所起的作用问题。

　　这个问题并不新鲜，前人早已有很多的论述，其中有许多真知灼见。这个问题看起来也不复杂，似乎答案显而易见，不必深究。然而，这个问题无论在理论上还是在实践上都还有待澄清和进一步探索。例如：物理实验在整个物理教学中究竟处于什么地位？是教学手段呢，还是教学方法？或者还是别的什么？在教学实践中，我们感到物理实验对教学确有作用，但这些作用是不是物理实验所特有的？近年来不少现代化教学手段率先渗透到物理教学领域中：计算机模拟实验、演示实验录相片、激光电视唱片等等，它们以其独特的优点吸引了人们的关注，对传统的由教师和学生操作真实仪器的实验方式不能不说是一个冲击。那么是否有必要花费人力、财力去精心准备和实施那些颇费时间的真实实验呢？这些实验教学的独特功能是如何在教与学的过程起作用的？

　　一、物理实验的感觉功能

　　实验教学过程中，学生必须看、听、动手等进行实践，通过感觉和知觉对客观世界进行认识，并通过头脑反映出物体的各种物理属性，各个部分及整体运动与静止的形象，这就是物理实验的感觉功能。

　　美国物理教师协会主席乔？梅尔曾引用一段他的老师的格言说：

　　“讲给我听，我将忘记……

　　演示给我看，而我将记得……

　　与我有关，我一定要学……”

　　这说明：听、看、动手在教学中的作用并不完全一样，一般授课是以听为主，看为辅。而在实验教学过程中学生的听、看、动手这几方面都同时调动起来。这种功能是理论教学所没有的。

　　物理实验的感觉功能中，最重要的是科学观察。

　　众所周知，科学观察是人们通过感官或借助科学仪器，有目的、有计划地感知客观对象从而获得科学事实的活动。特别是近代科学兴起的实验方法，本质上就是一种人为创造条件地、受控地观察。因此，观察是科学研究中最基础最广泛的实践活动，也是实验教学中的重要环节。无论是演示实验，学生分组实验还是课外实验都离不开科学观察。

　　教师首先应当在教学中，告诉和启发学生怎样观察，观察些什么？通过观察要知道些什么？例如：把水和水银都装在玻璃容器内，它们的液面如图2－1所示。倘若学生不仔细观察，不会发现它们液面形状的差异。

　　若教师没有启发学生正确仔细地观察，告诉学生正确读数的方法，学生也就无法掌握对观察结果的读数，不能充分地发挥物理实验的感觉功能。

　　对于同一现象，观察者还会存有不同的认识和观念，也就是有着不同的感知效果。例如同一张X光照片，在医生那里可以是诊断病情的重要资料，在外行那里毫无用处。

　　物理实验的感觉功能，还体现在观察与理论的联系之中。对同一对象产生的现象，有的同学在观察中知道应该把理论知识运用于现象观察之中，但大多数同学都往往表现出更愿意接受观念中的事实的倾向。在第四届全国中学生物理竞赛江西赛区预试第二试题中，有这样一个实验试题，如图2－2所示。题目的意思是：当光源A通过透镜O在光屏上成一倒立、放大实像的情况下，如果拿走光屏，留下光源和透镜，你还能在B点看到实像吗？这个问题的正确的解法是将眼睛置于光屏原来位置之后，可以看到原来光屏位置处所成的像。然而根据现场统计，约四分之三的同学是直接将眼睛放在B处去观察，以为以眼代屏，即可看到像。特别是其中一半以上的学生一直没有放弃这种观察，尽管他们一再睁大眼睛在B处看不到他们认为应该看到的像，却一直未移动观察点，最后还是在答卷上写下了“在B处看到一个倒立放大的实像”之类的观察记录。

　　这个例子说明学生头脑中原有的将眼睛的作用等同于光屏的观念对当时的观察起了多大的影响！所以正确地将观察与理论联系起来，才能充分有效地发挥物理实验的感觉功能。

　　在物理实验中，科学的观察应视为与理论有机联系的整体过程。同理，物理实验的感觉功能的作用过程也是充满理论的探索过程。所以物理实验不能只被当作附属于理论，服务于理论的手段和工具，而是本身充满理论的认识过程，因而把实验教学仅仅看作是为学生学习理论提供感性材料，为理解疑难概念铺设台阶的观念，都是不完整的。

　　物理实验的感觉功能，有助于培养学生手脑并用的能力。学生自己动手做实验，必须先了解实验原理。在操作实验仪器，观察实验现象时，学生都必须有思维的指导。而在思维指导下的熟练操作，往往又是创造产生的源泉。

　　二、物理实验的训练功能

　　中学物理实验教学的过程中，物理实验还有着训练学生学习掌握测量工具、物理仪器的教学功能。通过物理实验训练学生学习掌握科学研究的方法。

　　科学研究的方法很多，实验即是一种基本的科学研究方法。

　　我们将中学物理实验按其训练功能分类，大致分为五类。各种类型的实验，在实验教学中有不同的训练功能。

　　1.练习性实验

　　这类实验主要目的是训练学生掌握物理测量工具和仪器基本技能，为其它物理实验做好准备。

　　例（1）用温度计测量温度；

　　（2）用天平称物体的质量；

　　（3）练习使用电磁打点计时器；

　　（4）练习使用万用电表测电阻；

　　（5）练习使用示波器。

　　这类实验的教学基本程序：

　　了解→检查→测量→掌握。

　　2.观察性实验

　　这类实验主要目的是训练学生掌握科学观察的基本方法，了解某些基本物理现象。

　　例（1）研究萘的熔解过程；

　　（2）观察布朗运动；

　　（3）观察磁铁对电流的作用；

　　（4）观察双缝干涉现象；

　　（5）观察超重与失重现象。

　　这类实验的教学基本程序：

　　设疑→观测→分析→结论。

　　3.归纳性实验

　　这类实验是为了训练学生掌握实验归纳方法。

　　实验归纳法是一种由个别到一般的认识方法，物理学正是根据研究的目的，人为地控制条件，从大量的实验事实中找出普遍特征从而形成规律。

　　例（1）全电路欧姆定律的演示；

　　（2）研究加速度与力、加速度与质量的关系；

　　（3）理想气体三定律→理想气体状态方程；

　　（4）演示电磁作用的法拉第电磁感应定律。

　　这类实验的教学基本程序：命题→观测→归纳→结论

　　4.验证性实验

　　这类实验的教学目的是训练学生掌握实验验证法。

　　实验前，一定不要让学生确认结论就是千真万确的真理！

　　实验验证法即实验演绎法，是一种推理判断在前，实验验证在后的研究方法。物理学家们常常在已知的物理推论或者哲学思想的基础上经过推理，作出假设和预言，通过实验检验它的真理性，最后肯定或否定论断，得出可靠的结论。

　　这类实验可以训练学生将想象推理、判断等思维形式紧密结合起来，使学生认识能力充分发展。它鼓励学生大胆设想，勇于创新，发展预见能力。

　　例（1）共点力的合成；

　　（2）验证向心力的公式；

　　（3）碰撞中的动量守恒；

　　（4）验证机械能守恒定律；

　　（5）验证波—马定律；

　　（6）验证理想气体状态方程。

　　这类实验的教学基本程序：

　　推理→测量→验证→结论。

　　5.理想性实验

　　理想性实验的目的是训练学生了解想象实验的思维方法。

　　理想性实验是在已有实践的基础上，经过合理推论、判断得出的理想条件下，研究物理规律的一种方法。

　　中学物理教学中需要借助这种研究方法，帮助学生建立概念和认识规律，可以发展学生想象与逻辑推理能力。

　　例（1）建立“即时速度”概念；

　　（2）伽利略研究物体惯性和无摩擦斜面实验；

　　（3）建立“电场强度”的概念。

　　这类实验的教学基本程序：

　　奠基→想象→推论→结论。

　　三、非语言传播功能

　　春雨“润物细无声”。中学物理实验教学，也如同春雨无声的地润万千生物一样，无声地用自己的言行举止教育着学生。这种非语言传播功能也可以叫着身教功能。身教功能即教师在实验教学中，通过自己的行为方式，培养学生的科学态度与科学作风。

　　生动直观的实验，可以大大地吸引学生的注意力，激发学生学习物理的兴趣与求知欲。当学生对物理学发生兴趣，积极主动地学习时，教学就能达到事半功倍的效果。

　　例如：在讲到浸润概念时，演示一下“能盛水的筛子”。先用筛子盛水，自然筛子无法装住水。然后将筛子在石蜡里浸一下之后，再来盛水——筛子居然能盛水了！

　　实验中，使用一件件仪器及其用组合仪器进行实验时。教师的行为方式，一举一动都是一种无声的语言，而这种无声的教育作用是不可低估的。

　　科学的实验本身就要求实验者具有实事求是、老老实实的态度。我们可以通过自己的实验行为和实验态度严格要求学生——实事求是，忠于实验数据；尊重客观事实，避免主观臆断；严谨治学，切忌粗心大意；理论联系实际，不怕困难与失败；活跃思维，培养创新精神等。

　　实验教学中，会发生许多偶然事件，有些是意料中的，但大多数是意料之外的。当这类偶然事件出现后，既不可忽视它，以为是微不足道的事情而轻易放过。也不可惊慌失措，胡乱解释进行敷衍。

　　例如：当验电器带上一种已知电荷，另一带电体带有异种电荷逐渐靠近验电器。如果带电体所带电荷不多，验电器的指针张角应略微减小。但是，如果带电体所带电荷非常大时，验电器的指针张角反而会变大。出现意外现象时一定不能胡乱猜测或臆断，只有经过周密严谨的思考后再作出正确的回答。即使有些问题当场不能回答，也应存疑放到以后查阅资料进行研究。教师时刻不能忘记自己无言的行动都是师范。

　　四、物理实验的评价功能

　　长期以来，我们对学生掌握物理知识的评价形式是采用纸笔型测验，而较少注重通过实验的评价功能来诊断，分析学生的学习困难和学习规律。

　　《国际物理教学通讯》1989年第2—3期第2页上E?Ljosscm这样说：“实验室工作和实验车间工作，……体现了诚实。因为用实物而不是言辞表达自我时，你无法用模棱两可的手法掩饰自己的含混和无知”。故我们可以把物理实验作为一种探测学生理解，评价学生学习成绩的手段。

　　用物理实验来作为评价手段，有如下优点：

　　（1）有助于评价学生观察、分析能力；

　　（2）有助于评价学生理解、动手能力；

　　（3）有助于评价学生的创造能力。

　　关于利用实验教学进行考核的问题，下面会有更详细的讨论，这里就不再赘述。

　　总而言之，纸笔型测验与实验考核用来评价学生学习物理的情况，各有长处与不足，应互相取长补短。