由一道物理实验探究题引发的质疑拓展与教学建议

    

    

    

    摘 要：本文从一道实验探究题入手，通过实验探究验证指出习题中存在的问题，并将该实验拓展延伸，剖析在不同实验方法下实验测量数据的变化规律，完善整个实验探究过程，然后针对学生答题与教师编题中存在的一些问题，对今后的实验教学和教师编题提出教学建议.

    关键词：习题编写;實验教学;教学建议

    作者简介：江西省教育科学“十三五”规划课题“以创新实验促进初中物理深度学习的实践研究”（课题编号：20PTYB190）阶段性研究成果;江西省基础教育课题“‘三管齐下助力提高初中物理实验教学质量的实践研究”（课题编号：AFWL2018-889）.

    作者简介：江耀基（1976-），男，江西安福人，本科，中学高级教师，研究方向：物理教学和实验教学.

    受疫情影响，学校无法开学，各地学校都在积极贯彻落实教育部门提出来的“停课不停学”的号召，掀起了前所未有的“网课”学习的热潮，为了配合“网课”学习，各地学校还提前给学生配发相应的作业本进行练习巩固，其中作业本中一道习题引起了广大师生的热议和质疑.

    1 引发质疑，实验探究验证，指出题中存在的问题

    1.1 提出问题，引发质疑

    习题：物理实验要遵循实事求是的原则，小雯同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，完成如图1所示的实验并记录了数据.由表1中数据可以看出，使用定滑轮时F1≠G，这是为什么？使用动滑轮时F2≠G2，这是为什么？

    学生提供的答案来看，问题主要集中在定滑轮上，学生提供的答案是“弹簧测力计重力的作用和摩擦力的作用”，而作业本提供的参考答案是“摩擦力的作用”.那么，到底哪个是正确的呢？笔者将习题中的实验装置与实验数据详细对比发现，其实这个题目就是个错题，是没有正确答案的.

    1.2 实验验证，剖析原因

    为什么说上面的习题是个错题呢，笔者决定再探这个实验，而做这个实验的关键就是弹簧测力计的校零问题.对于弹簧测力计来讲，在不同方向上的使用时，他们的校零方式不一样，如在水平方向上使用时就应该在水平方向上校零，竖直方向使用时就应该在竖直方向上校零，当把弹簧测力计沿竖直方向倒置过来使用时，也就应该在倒置方向上校零.那么，竖直倒置后的弹簧该如何校零呢？笔者认为应该往上轻轻提住挂钩，让弹簧处于自然伸长状态时校零即可.然后，我们将校好零的弹簧测力计倒挂在另一个校好零的弹簧测力计的下面，如图2所示，由“力的作用是相互的”可知，只要上下两个弹簧测力计的示数相等，校零就准确.

    接下来，我们就用校好零的弹簧测力计按习题中图乙的方式去探究定滑轮的特点.

    把倒置的弹簧测力计、细线、钩码绕在定滑轮上，当倒置的弹簧测力计拉着钩码静止时，其示数刚好等于钩码的总重力1N，但当匀速向下拉动弹簧测力计时，其示数为1.1N（如图3），略大于钩码的总重力，比静止多出了0.1N，原因是绳子和滑轮之间存在静摩擦力的作用;换三个钩码重新实验，静止时，弹簧测力计的示数为1.5N，匀速运动时为1.65N（如图4），多出0.15N的静摩擦力;换成挂4个钩码重新实验，静止时，弹簧测力计的示数为2.0N，匀速运动时为2.2N（如图5），多出0.2N的静摩擦力.所以，若按习题中图乙装置进行实验，匀速拉动时，弹簧测力计的示数一定比钩码的重力稍大一些，即读数偏大，偏大的原因是绳子与定滑轮之间静摩擦力的作用.那么，学生提到弹簧测力计的重力（挂钩和弹簧的重力忽略不计）在此实验中到底有没有影响实验呢？分析一下，此时细线拉的是弹簧，而非弹簧测力计的外壳，所以弹簧测力计的重力在此实验中是不会影响实验数据的.

    实验测得数据与题中的实验数据大大不相符，显然题目本身是有问题的，实质上本题就是一道错题，题中的实验数据有造假嫌疑.

    2 拓展实验，补充实验数据，完善实验探究过程

    那么，当用正放的弹簧测力计可不可以探究定滑轮特点呢？其弹簧测力计的读数又该如何变化呢？接下来笔者继续实验，首先将弹簧测力计按竖直向下方向校零，接着用细线将钩码与弹簧测力计的拉环系在一起，然后再把钩码、细线、弹簧测力计绕在定滑轮上进行实验.

    当正放的弹簧测力计拉着两个钩码静止时，其示数为0.7N，略小于钩码的总重力，当匀速向下拉动弹簧测力计时，其示数为0.8N（如图6），也增大0.1N;挂三个钩码静止时，弹簧测力计的示数为1.15N，当匀速向下拉动弹簧测力计时，其示数为1.3N（如图7）;挂三个钩码静止时，弹簧测力计的示数为1.5N，当匀速向下拉动弹簧测力计时，其示数为1.7N（如图8）.显然当用正放的弹簧测力计拉钩码匀速运动时都要比拉钩码静止时示数稍大一些，其实都是静摩擦力的作用，但总体上弹簧测力计的示数均小于钩码的总重力.原因究竟是什么呢？我们不妨画一个力的示意图分析，如图9所示.不难发现右边向下拉绳子有两个力的作用，分别是弹簧测力计的重力和手拉弹簧测力计的拉力，即弹簧测力计的重力和手拉测力计的拉力的合力才等于钩码的重力（静止时）.所以，当用正向竖直放置的弹簧测力计来探究定滑轮特点时，导致弹簧测力计的示数偏小的根本原因是弹簧测力计的重力.

    综合上述分析可知，不管用正放的弹簧测力计还是用倒置的弹簧测力计都可以探究此实验，但测得实验数据截然不同.当用正放弹簧测力计竖直拉绳探究定滑轮特点时，会导致弹簧测力计的示数偏小，根本原因是弹簧测力计重力的影响;当用倒置的弹簧测力计竖直拉绳探究定滑轮特点时，会导致弹簧测力计的示数偏大，根本原因是摩擦力的作用.

    3 交流反思，启示物理教学，给广大物理教师们提三点建议

    笔者特意委托几位教师调查一下学生回答这个“答案”的原因，反馈回来的信息是，部分学生说以前做过类似的题目，即答案是从“刷题”中得来的，也有部分学生说课堂上讲过记住的，即答案是“背”出来的……，然后我也顺便问了周边的几位教师是否让学生做过此实验，结果均未做过，理由是这实验不是课程标准中规定的“必做”实验，考得也少.由此可见，我们初中物理的实验教学开展并不理想.现在让我们回到上面的错题中，可见编题教师没有认真研究课标、教材，随意改编组装，也没有通过实验验证实验数据的准确性，才造成今天错误，引发广大教师的热议.基于此，笔者在这给广大物理教师们提三点教学建议.

    3.1 切实开展实验教学，莫用“讲实验”替代“做实验”，让学生在实验中学习物理

    学生答题时为什么会答“摩擦力或弹簧测力计重力的作用”呢？究其原因之一是“背实验”的结果，很多教师认为“做实验”不如“讲实验”，因为真做实验既会“浪费”大量的教学时间，也不一定会取得良好的教学效果，如有教师实践发现，学生都做过实验，结果考出来的成绩不理想，甚至比不做实验的学生考得还差.因此，很多教师放弃做实验，走回老路“讲实验”，然后学生通过大量地“背实验”，机械地记住“摩擦力或弹簧测力计重力的作用”这个答案，而不会针对不同的具体实验操作情况作出不同原因分析.事实上，很多的物理概念和物理规律都需要在实验的基础上建构出来的，只有让学生亲身经历实验过程，观察到了实验过程中各种现象，学生才会理解实验中涉及的物理概念和物理规律，学生的动手操作、动脑思考能力才会提高，学生的思维品质才会发展，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”说的就是这个道理.

    3.2 引领学生做真探究，莫用“刷题”替代“真探究”，让实验回归物理课堂教学

    既然有教师带领学生做过实验，分数为什么还是不够理想呢？这里牵涉到一个“做实验”与“做真实验”的问题.在现实的物理实验课堂教学中，条件差一点的是6个学生一组，学生是围在一起做实验，可是并不是每一个学生都在真做实验，部分学生是“看客”，如果一个学生确确实实在做真实验，他分析物理问题的能力一起比旁边的“看客”强，因为他经历过、体验过、思考过实验中的物理过程和相关的物理知识，这是“看客”永远无法比拟的.分数是学生的“命根”，“刷题”是学生提分法宝.广大教师为了帮助学生提分，花大量的时间去研究中考试题，不少优秀的教师还摸索一条应试捷径，他们将各种高频考点的实验试题进行罗列，整合一系列试题集，形成覆盖与本实验所有问题练习.在平时教学中，教师就采用这种罗列形成的练习替代学生探究实验，从应试效果来看，学生在短时间应付了考试，但这只是在练习中提高应试能力.而学生没有主動参与探究实验，没有经历探究过程，没有亲身碰到实验中出现的各种问题及认真剖析各种问题产生的原因（如习题中的两种实验），没有掌握实验方法与实验思想，更没有解决过实验中出现的各种问题等等，这就是为什么还有大批学生在完成这些试题后还会反复出现错误的原因.物理学是以观察、实验和逻辑思维相结合的科学，其中实验探究不仅是学生科学学习的主要方式，还是形成其他物理核心素养的重要途径.所以，引领学生做真实验探究，充分给学生时间和空间，让学生沉浸探究活动中，主动参与，经历发现问题、分析问题、解决问题，他们的核心素养才能得以提升.这也是符合深度学习的一条路径，这种关键能力和必备品格光靠“刷题”是达不到的.所以，让实验回归物理课堂教学中，是每一个物理教师任重道远的一份责任.

    3.3 认真研究课标要求和钻研教材，严格按课标科学命题，切莫胡编乱改，提升教师的专业素养

    不管是试题命制还是习题编写都是个技术活.科学性是保证命题和习题质量的关键，也是对习题编写的基本要求.在编写习题时，一定要保证内容的正确性，避免出现知识性、政治性、技术性等方面的错误.而保证习题的科学性表现在：习题表达要规范、问题明确、语言简洁、图形清楚、专业术语准确，答案要避免出现歧义等.从上面习题分析来看，若按照图乙的实验装置，弹簧测力计测出的示数一定要大于钩码的总重力，这跟表格中的实验数据不相符;反之，若按表格中的实验数据来推测实验装置，那么实验装置中的弹簧测力计一定是正放的，而不是倒置，况且作业本中提供的参考答案也是错误的.显然，习题本身就是一道错题，违背了习题编写的“科学性”的原则.笔者通过百度查阅该题的题源，发现此题是2005年黑龙江省的中考物理题，题源本身没有问题，是后面经过教师多次改编而成，而在改编的过程中，教师又没有经过仔细推敲和科学验证，胡编乱改造成的.作为一名物理教师，命制试题和编写习题是一项基本的专业技能，体现一个教师的专业素养，况且作为省级统一的作业本一般是请当地一些名师编写而成，具有较高的专业素养和编题水平.当然每个教师编写技能有高有低，编写习题时也不一定要原创，可以对原中考题进行改编，但改编后的习题一定要符合“科学性”这条原则，保证习题的“正确性”是习题编写和试题命制的底线，切莫为了编写习题或命制试题而胡编乱造，否则会闹出笑话，更是辱没了一个物理教师的专业素养.

    参考文献：

    [1]舒长顺，汤金波.七论学生自主创新实验是物理教学的最优途径——基于传统实验试题与创新实验试题的比较[J].实验教学与仪器，2019，36（12）：3-6.

    [2]余华.依据物理课程标准彰显学科核心素养——江西省2019年中考物理试题例析[J].中学物理，2019，37（24）：63-65.

    （收稿日期：2020-03-06）