淺議物理實驗的“對比性”和“啟發(fā)性”

《中學物理教學概論》中說：“在物理學研究中，運用實驗的目的在于形成、發(fā)展和檢驗物理理論，并使理論在實踐中得到應用。而在物理教學中運用實驗的目的就在于給學生學習物理創(chuàng)造一個基本環(huán)境，使學生主動獲取物理知識，發(fā)展能力，促進科學品質(zhì)和世界觀的形成?！庇纱丝梢姡茖W地開展物理課堂實驗，不僅能夠提高教師對實驗教學的認識，而且能夠讓實驗真正成為培養(yǎng)學生學習物理的興趣，激發(fā)學生的求知愿望，發(fā)展學生能力，體驗科學方法的綜合實踐活動。
自課程改革以來，高中物理課堂實驗教學的內(nèi)容和方式一直都在不斷地創(chuàng)新和拓展，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的實驗教學資源。但是，仍然有不少教師對創(chuàng)新物理課堂實驗教學理論和實際操作的認識存在一定的局限和不足。為此，筆者就物理實驗的“啟發(fā)性”和“對比性”作些分析說明。
一、把握實驗的“對比性”功能，合理構建物理模型
高中物理演示實驗的現(xiàn)象一般都具有多面性和復合性。實驗中，物理現(xiàn)象的不同成分對學生的刺激作用一般是不同的，那些最能體現(xiàn)本質(zhì)特征的物理現(xiàn)象往往不是以強刺激的形式出現(xiàn)，而那些體現(xiàn)非本質(zhì)特征的物理現(xiàn)象卻會給學生很強的刺激，并影響了課堂教學效果。因此，教師應該根據(jù)教學內(nèi)容需要，精心設計和安排實驗操作的流程，并對物理現(xiàn)象中各種成分的刺激量做適當?shù)卣{(diào)控，使實驗現(xiàn)象形成明顯對比，從而有效引導學生察覺條件的差異和產(chǎn)生結果差異的聯(lián)系，［1］準確地把握事物的本質(zhì)特征。
案例1：“落體運動的研究”
對于落體運動的研究，難點就在于物體下落的快慢與所受重力大小無關。教學過程中，教師可以圍繞這一難點設計如下一系列實驗。
實驗1：一元硬幣與紙片從同樣的高度同時下落，可觀察到一元硬幣下落得快。因為“重的物體下落得快”是大多數(shù)學生頭腦中再熟悉不過的生活經(jīng)驗，所以設計實驗1，讓學生看到“重的物體下落得快”這一現(xiàn)象，使學生原有的錯誤觀點暴露出來。
實驗2：將紙片揉成紙團再與一元硬幣從同樣的高度同時下落，可以觀察到二者幾乎同時落地（教師：將紙片揉成紙團后，重量變了嗎？學生：沒有變化！教師：既然這樣，紙片揉成紙團后為什么就下落得快呢？）。
實驗3：將一大紙片與另一小紙片分別揉成大紙團和小紙團，并讓二者從同樣的高度同時下落，可以觀察到重量較輕的小紙團下落得快。怎么回事？為什么輕的物體反而下落得快了呢？學生很是驚訝！教師安排這些實驗的目的，是為了點燃學生探究的欲望，促使學生積極思考，幫助學生主動跳出“物體下落快慢與重力有關”這一錯誤觀念，引導學生分析物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)——空氣阻力的影響。在教師的引導下，學生對空氣阻力的影響進行了正確的分析并意識到：落體運動的快慢之所以異常復雜、難以看清，是因為空氣阻力的影響。在此基礎上，教師啟發(fā)學生從簡單入手，抓住主要因素——重力，將次要因素——空氣阻力忽略和排除，進而引出錢羽管實驗4、5、6。
實驗4：不抽錢羽管內(nèi)的空氣，演示下落現(xiàn)象，觀察到一元硬幣比羽毛下落得快很多。
實驗5：多抽出一些空氣，觀察到一元硬幣比羽毛下落得還是快，但二者的速度差明顯減小。
實驗6：幾乎抽去管內(nèi)所有空氣，近似真空環(huán)境，可以觀察到一元硬幣和羽毛同時落地（使學生建立“忽略空氣阻力時或沒有空氣阻力時，同一地點任何物體下落快慢都一樣”的）。
以上6個演示實驗各具目的，現(xiàn)象對比循序漸進、層層深入，把學生由對現(xiàn)象的錯誤感性認識逐步引向?qū)Ρ举|(zhì)的正確理性認識：實驗1欲擒故縱、暴露錯誤；實驗2與實驗1對比，提出問題、激發(fā)思考；實驗3與實驗1強烈對比，徹底打破了學生原有的認知結構，激活思維，深入分析、揭示本質(zhì)；實驗5與實驗4對比，讓學生體驗空氣阻力越小，對下落快慢的影響便越?。粚嶒?解決問題、得出結論，為合理順暢地建立“自由落體運動”模型奠定基礎。