丁德生

（江蘇省興化中學(xué) 江蘇 泰州 225700）

實(shí)驗(yàn)中的“意外”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生.捕捉住這種“意外”并進(jìn)行探究，會(huì)引起激烈的心理沖突，因?yàn)?，“意外”的出現(xiàn)打破了思維的“慣性”，這種稍縱即逝的“意外”或“機(jī)遇”，作為寶貴的課堂資源可用來(lái)克服心理定勢(shì)，構(gòu)建新的概念，拓展新的認(rèn)識(shí)特別有效.

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“意外”時(shí)有發(fā)生.平時(shí)我們的同學(xué)在學(xué)習(xí)時(shí)往往涉及到過(guò)多的理想情況，如光滑斜面，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)，燈絲電阻不隨溫度而改變等等，接觸多了也就成了自然，甚至想都不想，而實(shí)際不理想的因素卻都是不可避免地存在著，“意外”也就不斷出現(xiàn)了.處理“意外”，對(duì)教師既是一種挑戰(zhàn)，又是一種考驗(yàn).教師如果能很好的留意，發(fā)現(xiàn)其中的奧妙，因勢(shì)利導(dǎo)，及時(shí)、巧妙地處理，挖掘探究的深度，能使學(xué)生點(diǎn)燃思維的“火花”，獲得獨(dú)特的感悟，往往能轉(zhuǎn)化課中的亮點(diǎn).實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種各樣的“意外”的分析與處理，不僅能更深入地了解實(shí)驗(yàn)思想，還能通過(guò)這些實(shí)際問(wèn)題的解決，提高對(duì)實(shí)驗(yàn)條件及設(shè)計(jì)者煞費(fèi)苦心的理解，甚至能設(shè)計(jì)出解決意外的巧妙方案，“意外”成了相當(dāng)豐厚的課堂寶貴資源.下面呈現(xiàn)幾個(gè)片斷實(shí)錄，僅供參考.

片斷1：指針怎么不聽(tīng)使喚了呢？

用如圖1所示電路測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻.選用儀器如下：

（1）待測(cè)干電池2節(jié)；

（2）安培表0～0.6A，0～3A雙量程；

（3）電壓表0～3V，0～15V雙量程；

（4）滑動(dòng)變阻器0～50Ω；

（5）開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干.

圖1

實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)好了數(shù)據(jù)表格，電流每間隔0.10A記錄一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄表格見(jiàn)表1.

表1 電壓表讀數(shù)U－電流表讀數(shù)I記錄表

實(shí)驗(yàn)時(shí)“意外”出現(xiàn)了，滑動(dòng)變阻器在調(diào)節(jié)時(shí)只集中在阻值小的一頭很小范圍內(nèi)電流電壓才有明顯的變化，而在阻值較大時(shí)調(diào)到預(yù)設(shè)值有點(diǎn)難，電壓表指針變化很小，不聽(tīng)使喚.“難道是儀器壞了嗎？”

學(xué)生自言自語(yǔ)道.教師看了一眼發(fā)問(wèn)道：“滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)的全過(guò)程都這樣嗎？”“不，只是出現(xiàn)在接入的阻值大的時(shí)候.”學(xué)生答道，“那說(shuō)明與滑動(dòng)變阻器接入電阻值有關(guān)，究竟是什么關(guān)系能確定嗎？”教師給了同學(xué)一些啟發(fā).同學(xué)若有所思，應(yīng)用U＝得到：當(dāng)Rr時(shí)，U≈E，此時(shí)調(diào)節(jié)R時(shí)U幾乎等于電源電動(dòng)勢(shì)，變化很小.

這正是實(shí)驗(yàn)中的“意外”，原來(lái)是實(shí)驗(yàn)時(shí)滑動(dòng)變阻器選大了.將滑動(dòng)變阻器換成小點(diǎn)的阻值為0～20Ω，一切都與預(yù)想的一樣，操作也方便，很快就得到了該測(cè)量的數(shù)據(jù).有一個(gè)同學(xué)又提出一個(gè)問(wèn)題，“前面的問(wèn)題是滑動(dòng)變阻器阻值選大了，如電源內(nèi)阻較大也就不會(huì)出現(xiàn)這樣的意外了，難怪有的課外講義講實(shí)驗(yàn)時(shí)選用內(nèi)阻更大的舊電池效果更好些，那么能否‘增加電源內(nèi)阻’使實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下去呢？如新電池通過(guò)串聯(lián)一只已知電阻來(lái)實(shí)現(xiàn).”說(shuō)干就干，拿一只5～10Ω的定值電阻與電池串聯(lián)，而不調(diào)換滑動(dòng)變阻器，實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)時(shí)指針同樣的穩(wěn)定，作出的圖線也與預(yù)想一致，減去串聯(lián)的電阻值，測(cè)出的電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻值與前面測(cè)出的吻合得很好.“原以為用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)能變就行，想不到它的數(shù)值對(duì)實(shí)驗(yàn)影響這么大，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)太有學(xué)問(wèn)了.”課后有同學(xué)感慨道.由于實(shí)驗(yàn)的“意外”竟能使學(xué)生理解得這么深刻，到使老師感到有點(diǎn)“意外”了.

片斷2：曲線怎么不過(guò)原點(diǎn)呢？

“同學(xué)們，今天我們課上進(jìn)行探究做功與物體速度之間的關(guān)系，先進(jìn)行理論探究，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2……”通過(guò)理論探究同學(xué)們已得出了做功與物體速度之間的關(guān)系，也明白了利用相同橡皮筋形變相同，做功相同的巧妙設(shè)計(jì)，解決了橡皮筋的功難以計(jì)算的問(wèn)題，同學(xué)們被精彩的設(shè)計(jì)深深一打動(dòng)了，“哇，太精妙了！”一下子積極性被充分地調(diào)動(dòng)起來(lái)了，一個(gè)個(gè)懷著滿腔的熱忱全身地投到接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中去，一會(huì)兒數(shù)據(jù)就測(cè)出來(lái)了，作圖驗(yàn)證速度與做功的關(guān)系，但結(jié)果似乎有點(diǎn)“意外”.

（1）數(shù)據(jù)點(diǎn)v2－W圖像的線性有點(diǎn)差（如圖3），有好幾個(gè)點(diǎn)與一直線相距甚遠(yuǎn).

（2）圖線不過(guò)原點(diǎn)，且相距較遠(yuǎn).

圖2 探究物體做功與速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置

圖3

對(duì)于第一種情況還可用計(jì)算誤差，橡皮筋的差異來(lái)勉強(qiáng)解釋.第二種情況小車每次都由靜止釋放沒(méi)有力做功時(shí)應(yīng)該不能獲得速度，直線應(yīng)過(guò)原點(diǎn)，且大多數(shù)同學(xué)都這樣，這不是偶然的.吸取上次實(shí)驗(yàn)教訓(xùn)同學(xué)們一開(kāi)始就從被忽略的因素上找原因.“摩擦力”大家?guī)缀醍惪谕暤卣f(shuō)道.以前自以為小車與平板間是滾動(dòng)摩擦可以忽略，現(xiàn)在看起來(lái)要重新評(píng)估了.給小車一個(gè)初速度，果然運(yùn)動(dòng)不太遠(yuǎn)速度就明顯減小了，看來(lái)摩擦力的影響不得不考慮了，那么考慮摩擦力影響如何處理呢？不一會(huì)同學(xué)們討論出兩個(gè)解決的方案：

（1）測(cè)量摩擦力計(jì)算做功，但這一方案一方面由于橡皮筋的彈力是變力，橡皮筋恢復(fù)形變時(shí)小車的速度已經(jīng)過(guò)了最大值（速度最大時(shí)彈力與摩擦力平衡），所以從紙帶上很難確定橡皮筋恢復(fù)形變時(shí)小車的位移，計(jì)算功更難；另一方面涉及的物理量太多誤差難以控制（點(diǎn)評(píng)：學(xué)生現(xiàn)在已能夠從實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了，教師很欣慰）.

（2）“回避”即平衡摩擦力，相比第一種此方案既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確，至此同學(xué)們對(duì)不同方案對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響體會(huì)更深了，牛頓第二定律平衡摩擦力的好處也更加明白.很快“平衡摩擦力”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)被“移植”過(guò)來(lái)了，調(diào)節(jié)好傾角，不一會(huì)實(shí)驗(yàn)就做好了，當(dāng)然結(jié)果也可想而知了.

片斷3：奇怪的伏安曲線

描繪小燈珠的伏安曲線實(shí)驗(yàn)：

（1）小燈泡（3.8V，0.4A）；

（2）安培表0～0.6A，0～3A雙量程；

（3）電壓表0～3V，0～15V雙量程；

（4）滑動(dòng)變阻器0～50Ω；

（5）開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干；

（6）電源電動(dòng)勢(shì)約4.5V.

按如圖4電路將滑動(dòng)變阻器接成分壓式，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器按預(yù)定表格記錄數(shù)據(jù).選擇測(cè)量點(diǎn).電壓每隔1.0V測(cè)一組數(shù)據(jù) （見(jiàn)表2）.

圖4

表2 電壓表讀數(shù)U－電流表讀數(shù)I記錄表

按數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫(huà)出對(duì)應(yīng)點(diǎn)如圖5所示.幾個(gè)點(diǎn)幾乎在一直線上，趨勢(shì)與原點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，曲線欲過(guò)原點(diǎn)在0～1V之間必有一明顯的彎曲，這一點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化對(duì)曲線有很大的影響.而1～6V之間即使減少一兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)卻對(duì)描繪圖線的形狀影響不大.于是有同學(xué)提出改進(jìn)的方案：電壓值不必等間隔地選取，起始段和彎曲程度較大的部分間隔要小，使數(shù)據(jù)點(diǎn)密一些，其后較平直的部分間隔可以大些，這樣既能保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性又能夠提高實(shí)驗(yàn)效率.根據(jù)這一原則幾個(gè)頭腦靈活的同學(xué)立即進(jìn)行了補(bǔ)救，然而“意外”也同時(shí)出現(xiàn)了.匯總起來(lái)有兩種類型的問(wèn)題：

圖5

（1）如圖6出現(xiàn)兩個(gè)不重合的伏安曲線，難道同一燈泡伏安曲線不唯一？

圖6

（2）插入的點(diǎn)偏離原曲線太大，甚至有點(diǎn)跳躍如圖7.

圖7

面對(duì)“意外”教師反問(wèn)了一句：“我們想要得到的伏安曲線不也是彎曲的嘛，那么什么原因?qū)е铝藦澢?？”“溫度變化引起的呀”，“難道問(wèn)題還出在這溫度上？”教師沒(méi)有正面回答.同學(xué)們開(kāi)始討論了，你一言我一語(yǔ)探討著出現(xiàn)“意外”的原因，那種投入的專注、討論的積極、場(chǎng)面的激烈無(wú)一不反映濃濃的探究氛圍.不一會(huì)就達(dá)成了共識(shí)，恰恰就是溫度的變化引起的，原來(lái)第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流由小到大調(diào)節(jié)燈絲溫度上升有一時(shí)間的延遲，第二次實(shí)驗(yàn)電流是由大到小調(diào)節(jié)燈絲溫度下降也有一時(shí)間的延遲，相對(duì)第一次實(shí)驗(yàn)相同的電流第二次的溫度較高，燈絲電阻大分得電壓也自然較大，第二次的數(shù)據(jù)點(diǎn)在第一次的上方.很快同學(xué)們也找到了另一無(wú)規(guī)則圖線的原因，原來(lái)是為了在圖線彎曲最明顯地方再添加數(shù)據(jù)，使圖像更準(zhǔn)確.中途大幅改變電流是由于溫度的延遲引起數(shù)據(jù)的不連續(xù).從頭按次序按要求再做一次實(shí)驗(yàn)，漂亮的曲線出現(xiàn)了，多么完美的結(jié)果呀，同學(xué)們臉上露出了燦爛的笑容.

絕大部分劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，或多或少都是因?yàn)橐馔庾鞒龅?雖然從選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、構(gòu)思，一直到對(duì)獲得的經(jīng)驗(yàn)材料加工整理，都有明確的目的性和計(jì)劃性，但是，這一切都不是絕對(duì)的，一旦出現(xiàn)與已有范式不相容的事實(shí)，就構(gòu)成科學(xué)活動(dòng)中的“偶然”，本來(lái)研究此現(xiàn)象，卻意外地發(fā)現(xiàn)了彼現(xiàn)象；為某個(gè)問(wèn)題所困擾、百思不得其解，卻因?yàn)榱硪粋€(gè)意外的事件提供了有希望的線索而豁然開(kāi)朗，開(kāi)辟了發(fā)現(xiàn)的坦途.正因?yàn)榇耍藗儼延^測(cè)和實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)的、出乎意料的現(xiàn)象或事件，稱為機(jī)遇.教學(xué)是個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng).學(xué)生的思維是活躍的，他們不可能按教師預(yù)先設(shè)想的同一思維軌道運(yùn)行.課堂氣氛越是活躍，學(xué)生越勤于思考，出現(xiàn)的“意外”就會(huì)越多.蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò)“教育的技巧并不在于我能預(yù)見(jiàn)到課的所有細(xì)節(jié)，在于根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況，巧妙地在學(xué)生不知不覺(jué)之中做出相應(yīng)的變動(dòng).”冷靜、機(jī)智、妥善地處理意外情況，把握每一次機(jī)遇不僅可以使教學(xué)收到意想不到的效果，而且表現(xiàn)出教師在處理問(wèn)題上的聰明才智，使學(xué)生親身感受到課堂教學(xué)所獨(dú)具的魅力，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性.

法國(guó)著名微生物學(xué)家巴斯德曾經(jīng)說(shuō)：“在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛(ài)那種有準(zhǔn)備的頭腦.”教師應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力，掌握豐富的準(zhǔn)備知識(shí)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是要讓他們的頭腦作好準(zhǔn)備，對(duì)客觀事件的進(jìn)程和事件豐富多彩的現(xiàn)象時(shí)刻保持警覺(jué)，一旦機(jī)遇出現(xiàn)，就認(rèn)出它，從中找到解決問(wèn)題的線索.面對(duì)意外（甚至在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地制造意外）教師不應(yīng)拘泥于預(yù)設(shè)的教學(xué)流程，而應(yīng)獨(dú)具慧眼，讓師生在寬松和諧、互動(dòng)合作、情趣橫生的空間里展示心靈的對(duì)話，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)捕捉線索，抵制心理和落后勢(shì)力的阻撓，抓住線索，追根究底，弄清真象，作出科學(xué)解釋，實(shí)現(xiàn)機(jī)遇的轉(zhuǎn)化.在傳授知識(shí)的同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生保持對(duì)意外事物的警覺(jué)性，在對(duì)細(xì)小線索注意中取得新發(fā)現(xiàn)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，為學(xué)生今后的發(fā)展進(jìn)行知識(shí)和能力的儲(chǔ)備，只有這樣，課堂才是活的，教學(xué)才是最完美的，教學(xué)活動(dòng)也才是最有價(jià)值的.

1 劉大椿.科學(xué)哲學(xué)（第1版）.北京：人民出版社出版，1998.62