浅议物理实验的“对比性”和“启发性”

《中学物理教学概论》中说：“在物理学研究中，运用实验的目的在于形成、发展和检验物理理论，并使理论在实践中得到应用。而在物理教学中运用实验的目的就在于给学生学习物理创造一个基本环境，使学生主动获取物理知识，发展能力，促进科学品质和世界观的形成。”由此可见，科学地开展物理课堂实验，不仅能够提高教师对实验教学的认识，而且能够让实验真正成为培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知愿望，发展学生能力，体验科学方法的综合实践活动。
自课程改革以来，高中物理课堂实验教学的内容和方式一直都在不断地创新和拓展，出现了许多优秀的实验教学资源。但是，仍然有不少教师对创新物理课堂实验教学理论和实际操作的认识存在一定的局限和不足。为此，笔者就物理实验的“启发性”和“对比性”作些分析说明。
一、把握实验的“对比性”功能，合理构建物理模型
高中物理演示实验的现象一般都具有多面性和复合性。实验中，物理现象的不同成分对学生的刺激作用一般是不同的，那些最能体现本质特征的物理现象往往不是以强刺激的形式出现，而那些体现非本质特征的物理现象却会给学生很强的刺激，并影响了课堂教学效果。因此，教师应该根据教学内容需要，精心设计和安排实验操作的流程，并对物理现象中各种成分的刺激量做适当地调控，使实验现象形成明显对比，从而有效引导学生察觉条件的差异和产生结果差异的联系，［1］准确地把握事物的本质特征。
案例1：“落体运动的研究”
对于落体运动的研究，难点就在于物体下落的快慢与所受重力大小无关。教学过程中，教师可以围绕这一难点设计如下一系列实验。
实验1：一元硬币与纸片从同样的高度同时下落，可观察到一元硬币下落得快。因为“重的物体下落得快”是大多数学生头脑中再熟悉不过的生活经验，所以设计实验1，让学生看到“重的物体下落得快”这一现象，使学生原有的错误观点暴露出来。
实验2：将纸片揉成纸团再与一元硬币从同样的高度同时下落，可以观察到二者几乎同时落地（教师：将纸片揉成纸团后，重量变了吗？学生：没有变化！教师：既然这样，纸片揉成纸团后为什么就下落得快呢？）。
实验3：将一大纸片与另一小纸片分别揉成大纸团和小纸团，并让二者从同样的高度同时下落，可以观察到重量较轻的小纸团下落得快。怎么回事？为什么轻的物体反而下落得快了呢？学生很是惊讶！教师安排这些实验的目的，是为了点燃学生探究的欲望，促使学生积极思考，帮助学生主动跳出“物体下落快慢与重力有关”这一错误观念，引导学生分析物理现象背后的本质——空气阻力的影响。在教师的引导下，学生对空气阻力的影响进行了正确的分析并意识到：落体运动的快慢之所以异常复杂、难以看清，是因为空气阻力的影响。在此基础上，教师启发学生从简单入手，抓住主要因素——重力，将次要因素——空气阻力忽略和排除，进而引出钱羽管实验4、5、6。
实验4：不抽钱羽管内的空气，演示下落现象，观察到一元硬币比羽毛下落得快很多。
实验5：多抽出一些空气，观察到一元硬币比羽毛下落得还是快，但二者的速度差明显减小。
实验6：几乎抽去管内所有空气，近似真空环境，可以观察到一元硬币和羽毛同时落地（使学生建立“忽略空气阻力时或没有空气阻力时，同一地点任何物体下落快慢都一样”的）。
以上6个演示实验各具目的，现象对比循序渐进、层层深入，把学生由对现象的错误感性认识逐步引向对本质的正确理性认识：实验1欲擒故纵、暴露错误；实验2与实验1对比，提出问题、激发思考；实验3与实验1强烈对比，彻底打破了学生原有的认知结构，激活思维，深入分析、揭示本质；实验5与实验4对比，让学生体验空气阻力越小，对下落快慢的影响便越小；实验6解决问题、得出结论，为合理顺畅地建立“自由落体运动”模型奠定基础。