譚實(shí)

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是展示知識(shí)獲取過(guò)程和物理研究方法的必經(jīng)之路，同時(shí)也是幫助學(xué)生感受科學(xué)探究的曲折和建立正確價(jià)值觀的重要手段。而在科學(xué)探究中，“錯(cuò)誤”往往有其不可替代的價(jià)值。本文以2018年武漢市中考物理試題24題為例，淺談怎樣才能有效提升學(xué)生的解題能力。

關(guān)鍵詞：中考試卷；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)反思

我有幸參與了2018年武漢市中考的閱卷，主要負(fù)責(zé)24題的批改和學(xué)生失分情況分析。

原題展示

24.（2018·武漢）（4分）下圖是探究杠桿平衡條件的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)情景。

（1）掛鉤碼前，杠桿在如圖甲所示的位置靜止，此時(shí)杠桿_____（選填“達(dá)到”或“沒(méi)達(dá)到”）平衡狀態(tài)，接下來(lái)應(yīng)向_____（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿保持水平開靜止。

（2）如圖乙所示，A點(diǎn)掛有2個(gè)質(zhì)量均為50g的鉤碼，為了讓杠桿在水平位置平衡，應(yīng)在B點(diǎn)掛____個(gè)質(zhì)量均為50g的鉤碼。

（3）將杠桿的支點(diǎn)移到如圖丙所示的位置，為了讓杠桿在水平位置平衡，請(qǐng)你在杠桿上面出最小動(dòng)力F的示意圖。

這一道題在整張?jiān)嚲碇胁⒉黄鹧?，?dāng)初拿到試卷時(shí)覺(jué)得此題難度不大，對(duì)大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)，可以算是一道“送分題”。但實(shí)際批改下來(lái)，卻發(fā)現(xiàn)得分率相對(duì)于預(yù)期低了很多。特別是第1小問(wèn)的第一空和第3小問(wèn)，實(shí)際得分率只有40%左右，由于其余兩空得分率較高，說(shuō)明失分原因不在于學(xué)生不知道杠桿平衡條件，更多的原因還是在對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，各操作細(xì)節(jié)觀察和理解不到位。詳細(xì)分析如下：

第一小問(wèn)失分主要原因是認(rèn)為只有杠桿在水平位置靜止才算平衡，對(duì)于“杠桿平衡是指杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)”這一概念理解不到位導(dǎo)致失分。這一失分暴露了學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷，也就是暴露了我們教學(xué)中的缺陷。知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷我覺(jué)得來(lái)源于兩方面：首先學(xué)生在學(xué)習(xí)天平的時(shí)候，就有了先入為主的觀念：天平的平衡就是指天平橫梁保持水平。這一點(diǎn)在了解杠桿時(shí)會(huì)出現(xiàn)知識(shí)遷移。其次教師在“探究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作的教學(xué)往往會(huì)直接呈現(xiàn)“應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，以方便測(cè)量力臂”這一結(jié)論，而把杠桿什么時(shí)候不能在水平位置靜止的情況一帶而過(guò)。這樣一來(lái)學(xué)生一方面會(huì)單方面把“水平”和“平衡”進(jìn)行強(qiáng)化連接，另一方面在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中還會(huì)多次觀察到“如果杠桿動(dòng)力和阻力的力矩不相等，杠桿就會(huì)傾斜”這一現(xiàn)象，從而又把“傾斜”和“杠桿不平衡”畫上了等號(hào)。這樣的問(wèn)題在教學(xué)過(guò)程中是比較難徹底解決的。要盡可能的減小這一代價(jià)，我覺(jué)得教師可以嘗試下面幾種方案：

①在教學(xué)“實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，不用急著給出結(jié)論，可以展示杠桿在傾斜位置的平衡狀態(tài)，一方面讓學(xué)生對(duì)“杠桿在非水平位置也能靜止（平衡）”這一現(xiàn)象建立直觀認(rèn)知，另一方面在更好的讓學(xué)生感受“杠桿在非水平位置平衡時(shí)，力臂不便于測(cè)量”的同時(shí)，還可以補(bǔ)充這樣的觀點(diǎn)：如果一開始杠桿不是在水平位置平衡，那么后面每一次實(shí)驗(yàn)都要讓杠桿在同一傾斜角度平衡，這就會(huì)使實(shí)驗(yàn)操作變得更困難。（對(duì)天平的調(diào)節(jié)也可以有這樣的解釋。）這樣無(wú)形中就滲透了“傾斜下的靜止也叫平衡，只不過(guò)不方便實(shí)驗(yàn)”的觀點(diǎn)。

②在后面的實(shí)驗(yàn)中，懸掛鉤碼后如果杠桿不平衡，不用杠桿一傾斜就用手托住終止實(shí)驗(yàn)，可以讓這一過(guò)程繼續(xù)下去，讓學(xué)生直觀的感受“如果杠桿不平衡，不是會(huì)在傾斜位置靜止，而是會(huì)一直轉(zhuǎn)動(dòng)（直到杠桿豎直）”。

③在用測(cè)力計(jì)代替鉤碼重復(fù)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)中，可以增加（在測(cè)力計(jì)拉力作用線與鉤碼拉力作用線平行的前提下）杠桿由水平到傾斜緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，測(cè)力計(jì)示數(shù)基本不變這一環(huán)節(jié)，也應(yīng)該能強(qiáng)化學(xué)生對(duì)非水平位置下杠桿的平衡的了解，同時(shí)還能幫助推動(dòng)學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)杠桿的分析。在教學(xué)后的復(fù)習(xí)、練習(xí)和檢測(cè)中，有意識(shí)的強(qiáng)化這一知識(shí)點(diǎn)。

第三小問(wèn)作圖題失分在知識(shí)點(diǎn)層面上主要體現(xiàn)在將作用點(diǎn)選擇在杠桿右端。如下圖：

或是將作用點(diǎn)選在杠桿左邊但不是最末端，或是作用點(diǎn)選對(duì)了但方向不正確等情況。其中最典型的錯(cuò)誤還是集中在“將作用點(diǎn)選在杠桿右側(cè)端點(diǎn)”這一情況。這固然有學(xué)生審題不仔細(xì)的原因（沒(méi)看出這是一個(gè)不對(duì)稱杠桿。），但也體現(xiàn)了學(xué)生有“要使這種類型（支點(diǎn)在中間）的杠桿平衡，應(yīng)該一邊施加一個(gè)力”這樣錯(cuò)誤的思維定勢(shì)。而錯(cuò)誤的思維定勢(shì)仍然來(lái)源于我們教學(xué)中的不足。比如反思我自己這一部分的教學(xué)，諸如“要使杠桿兩端平衡”，“要使杠桿兩邊的力與力臂的乘積相等”等語(yǔ)句比比皆是，總脫口而出，這無(wú)形中是給了學(xué)生不正確的暗示。在后面的教學(xué)中必須注意讓語(yǔ)言更規(guī)范。另一方面，我覺(jué)得題目設(shè)計(jì)者也是通過(guò)這一題來(lái)提醒我們，探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)不能只停留在“通過(guò)改變鉤碼數(shù)量和懸掛位置來(lái)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)”這一要求上，力學(xué)實(shí)驗(yàn)不應(yīng)該忽視測(cè)力計(jì)的參與，畢竟有了測(cè)力計(jì)，實(shí)驗(yàn)的操作和變化可以更豐富。從追求課堂效率的角度，我覺(jué)得我們可以嘗試在已經(jīng)歸納出杠桿平衡條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)“利用杠桿平衡條件進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)”這一環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中加入測(cè)力計(jì)，讓學(xué)生利用杠桿平衡條件分析杠桿平衡時(shí)力和力臂之間的數(shù)量及變化，再通過(guò)測(cè)力計(jì)去直觀的展示和驗(yàn)證。第三點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)分析中出現(xiàn)“支點(diǎn)不在杠桿重心”的情況，可能也是出題者在提醒我們，有關(guān)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中的“支點(diǎn)應(yīng)選擇在杠桿重心，是為了避免杠桿自重影響實(shí)驗(yàn)”這一知識(shí)點(diǎn)，也不要太過(guò)直接的塞給學(xué)生，還是應(yīng)該通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生直觀感受“不這樣準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)會(huì)受到怎樣的影響？”，甚至可以讓學(xué)生自行探究實(shí)驗(yàn)失敗的原因。

由上述兩個(gè)例子進(jìn)行歸納和反思我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中需要重視的地方在于，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是展示知識(shí)獲取過(guò)程和物理研究方法的必經(jīng)之路，同時(shí)也是幫助學(xué)生感受科學(xué)探究的曲折和建立正確價(jià)值觀的重要手段。而在科學(xué)探究中，“錯(cuò)誤”往往有其不可替代的價(jià)值。從這幾年中考的命題可以看出，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的考察不再集中于實(shí)驗(yàn)的正確操作和結(jié)論，如何分析設(shè)計(jì)思路和操作中的錯(cuò)誤，越來(lái)越成為反映學(xué)生是否全程參與了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探究環(huán)節(jié)，是否思考和理解了每一個(gè)步驟和操作意圖的重要參考。這對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了進(jìn)一步的要求：我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，不能滿足于將實(shí)驗(yàn)完整完美的展示，讓學(xué)生成為一場(chǎng)好戲的看客。我們要在課程設(shè)計(jì)上成為一名能將學(xué)生不知不覺(jué)引入疑惑和思考、參與和表達(dá)的“陰謀家”。我們要預(yù)設(shè)學(xué)生的各種錯(cuò)誤思維定勢(shì)和實(shí)驗(yàn)的失敗原因，有效率的主動(dòng)展示失誤和失敗，把校正成功的機(jī)會(huì)留給學(xué)生，這樣才能讓學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷思考，不斷收獲，做到對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的深入理解，同時(shí)也感受到了真實(shí)的科學(xué)探究其實(shí)是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱辛的，不斷試錯(cuò)的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

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