吉林省前郭縣蒙古族中學(xué)(138000)

王愛生

實(shí)驗(yàn)結(jié)論是為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法，選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材和可行的實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作后，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察及分析、推理、論證或?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)方法的處理而總結(jié)得到的規(guī)律性的結(jié)果。只有得到科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論才是實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。因此，巴甫洛夫說：“在研究、實(shí)驗(yàn)、觀察的時(shí)候，你應(yīng)當(dāng)力圖深入事物根源的奧秘，應(yīng)當(dāng)百折不撓地探求支配事物的規(guī)律，不要停留在事物的表面上，不要做一個(gè)事實(shí)的保管人。”

1 物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論的特征

1.1 具有發(fā)展性

1.2 具有條件性

一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施都是在一定的條件下進(jìn)行才能得到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。一般的情況下，我們主要純化實(shí)驗(yàn)環(huán)境、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、控制實(shí)驗(yàn)數(shù)量等。因此，所得到的結(jié)論也是在一定的具體條件下的產(chǎn)物。如氣體的體積與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變的情況下，其壓強(qiáng)與體積成反比。其中“一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下”就是實(shí)驗(yàn)結(jié)論成立的條件。因此，在表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)遵循一定的實(shí)驗(yàn)條件才是科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1.3 具有局限性

焦耳從1840年起，在持續(xù)幾十年的時(shí)間內(nèi)，用電量熱法和機(jī)械量熱法，做了大量實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：熱功當(dāng)量是一個(gè)普適常數(shù)，與做功方式無關(guān)。從而證明了機(jī)械能(功)和電能(功)同熱量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；論證了熱傳遞是能量傳遞的一種形式，為確認(rèn)能量守恒和轉(zhuǎn)換定律的正確性打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。然而，隨著認(rèn)識(shí)的深入，焦耳的“熱功當(dāng)量”實(shí)驗(yàn)的局限性也逐漸顯露出來。焦耳實(shí)驗(yàn)都是由電能轉(zhuǎn)化為熱能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，但熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的實(shí)驗(yàn)沒有進(jìn)行測(cè)定。由于我們對(duì)熱能認(rèn)識(shí)的偏差，直到目前為止，這樣的實(shí)驗(yàn)都沒有做出來，這不能不說是一大憾事。事實(shí)上，在物理教學(xué)中也存在這樣的問題。如歐姆定律中，只有金屬導(dǎo)體才遵循這個(gè)規(guī)律，只有部分導(dǎo)體的電阻才遵循這個(gè)規(guī)律。

1.4 具有多樣性

對(duì)同一石塊的下落現(xiàn)象的結(jié)論，亞里士多德認(rèn)為是石塊趨于它的自然位置；伽利略認(rèn)為是石頭與天體一樣做周圍運(yùn)動(dòng)；牛頓認(rèn)為是石頭在重力作用下沿直線運(yùn)動(dòng)；愛因斯坦則認(rèn)為石頭在引力場(chǎng)中沿黎曼空間走程線?？梢姡瑢?shí)驗(yàn)結(jié)論的表達(dá)具有多樣性，主要體現(xiàn)在從不同角度以不同目的以及實(shí)驗(yàn)者的不同體驗(yàn)經(jīng)歷，對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)有不同的表述。如真空罩中的手機(jī)實(shí)驗(yàn)，抽氣前用一個(gè)手機(jī)給罩中的手機(jī)打電話，會(huì)看到罩上中的手機(jī)指示燈亮且聽到手機(jī)鈴聲響；抽氣后，再用手機(jī)給罩中的手機(jī)打電話，會(huì)看見罩中的手機(jī)指示燈亮卻很難聽到手機(jī)鈴聲響。通過對(duì)這一現(xiàn)象真實(shí)的觀察，學(xué)生就會(huì)得到體現(xiàn)個(gè)性化理解的3個(gè)結(jié)論：真空不能傳聲、聲音的傳播需要介質(zhì)、電磁波可以在真空中傳播。

1.5 具有概括性

一個(gè)物理量往往是由多個(gè)因素共同作用的效果決定的。因此，我們能從部分事物相互聯(lián)系的事實(shí)中找到普遍的或必然的聯(lián)系，并將其推廣到同類現(xiàn)象中去。或者以一類事物所特有的共性并把它們歸結(jié)在一起，從而認(rèn)識(shí)該類事物的性質(zhì)及其與他類事物的關(guān)系。如阿基米德原理實(shí)驗(yàn)的結(jié)論體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)論的概括性，主要表現(xiàn)出浮力大小與液體的密度、排開液體的體積有關(guān)，概括為浮力大小等于排開的液體所受到的重力。另外，還有語(yǔ)言上的概括，如反射定律可概括為：三線共面,兩線分居,兩角相等。

1.6 具有簡(jiǎn)捷性

2 物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論的類型

從嚴(yán)格意義上來說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論是有區(qū)別的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是指通過實(shí)驗(yàn)觀察和記錄的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等看得見的東西，是實(shí)實(shí)在在客觀存在的，可以再現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是與個(gè)人經(jīng)歷、經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知結(jié)構(gòu)有關(guān)系的具有“主觀”意識(shí)的抽象東西，是在概括、整理、分析結(jié)果的基礎(chǔ)上得出的。但是在中學(xué)物理教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論沒有明確的區(qū)分。因此，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的類型時(shí)，也沒有考慮它們的區(qū)別，統(tǒng)一稱為實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2.1 語(yǔ)言描述型

這是初始學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)最為廣泛使用的實(shí)驗(yàn)結(jié)論表達(dá)方式，也是符合學(xué)生學(xué)習(xí)和表達(dá)的習(xí)慣。這種實(shí)驗(yàn)結(jié)論適合定性描述物理特性或物理規(guī)律。如慣性的大小，只與質(zhì)量有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān) 。二力平衡的條件：作用在同一物體上的兩個(gè)力，大小相等，方向相反，并且作用在同一條直線上。

2.2 揭示規(guī)律型

有些物理實(shí)驗(yàn)是通過探究，在一定的條件下將物體或這類事物具有的客觀存在的、不以人的意志為轉(zhuǎn)移的物理規(guī)律揭示出來。如反射現(xiàn)象中光路是可逆的；動(dòng)物聽聲音就能準(zhǔn)確判斷空間位置是利用了雙耳效應(yīng)。

2.3 呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)型

2.4 常數(shù)(數(shù)值)型

物理學(xué)家勞厄曾指出：“物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。 因?yàn)檫@樣的規(guī)律的最簡(jiǎn)單形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性, 所以對(duì)于守恒量的尋求不僅是合理的,而且也是極為重要的研究方向。”中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中有測(cè)定物理量的實(shí)驗(yàn)。如測(cè)量小車的平均速度、用天平測(cè)量金屬塊的質(zhì)量、測(cè)定聲音在空氣中的速度、用溫度計(jì)測(cè)量沸水的溫度、用電流表測(cè)量電路中的電流大小等，這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，就是常數(shù)或數(shù)值型的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2.5 數(shù)量關(guān)系型

物理實(shí)驗(yàn)中很多實(shí)驗(yàn)都是定量的測(cè)量，得到一系列的數(shù)據(jù)。通過各變量間的數(shù)據(jù)特點(diǎn)或規(guī)律，可以歸納和總結(jié)出它們之間的數(shù)量關(guān)系，從而形成數(shù)學(xué)表達(dá)式，也就是通常所說的物理公式。有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是在一定范圍內(nèi)所遵循的規(guī)律，用不等式來表示，主要是表達(dá)一些不確定的數(shù)量關(guān)系、位置關(guān)系等需要描述的內(nèi)容。

3 物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論的教學(xué)探究

初學(xué)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生對(duì)這種具有條件性、概括性、邏輯性以及數(shù)學(xué)性的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論的描述與表達(dá)有一定的困難，特別是結(jié)合數(shù)學(xué)語(yǔ)言和物理術(shù)語(yǔ)，把觀察到的現(xiàn)象和所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)學(xué)生來說，無論是分析能力，還是數(shù)學(xué)語(yǔ)言的表達(dá)能力及習(xí)慣都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。因此，在實(shí)驗(yàn)結(jié)論教學(xué)中，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面工作。

3.1 要鼓勵(lì)學(xué)生大膽地說出結(jié)論

學(xué)生剛接觸物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，總是出現(xiàn)不會(huì)說或說不好、說不對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論等現(xiàn)象。這時(shí)有的教師就耐不住性子，把實(shí)驗(yàn)結(jié)論直接說了出來。久而久之，學(xué)生不思考、不嘗試、更不會(huì)說，這是學(xué)生得不出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的主要原因。因此，教學(xué)中教師要放得開，讓學(xué)生自己探究、用自己的語(yǔ)言，多角度、多層次、個(gè)性化的表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論。盡管學(xué)生總結(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論不全面、不科學(xué)，甚至是錯(cuò)誤的、可笑的，但那也是學(xué)生經(jīng)過思考后總結(jié)出來的，學(xué)生的思維和能力在這個(gè)過程中得到了鍛煉和提高。鼓勵(lì)學(xué)生大膽的說出來，并讓學(xué)生相互討論評(píng)價(jià)。只有這樣有目的地訓(xùn)練，學(xué)生才有表達(dá)和參與的機(jī)會(huì)，才敢說出自己的想法，并逐漸形成表達(dá)自己認(rèn)知的能力。

3.2 要指導(dǎo)學(xué)生正確的表達(dá)或描述實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過觀察現(xiàn)象分析出一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論或從記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推理出一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，需要學(xué)生具備較高的思維能力。因此，教師要有計(jì)劃、有步驟、循序漸進(jìn)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)論表述的指導(dǎo)。

3.2.1 明確實(shí)驗(yàn)結(jié)論是有前提條件的

我們都知道，物理學(xué)里的結(jié)論大都依賴條件而存在，沒有條件的結(jié)論，是不成立的，也是不完整的，但學(xué)生在寫結(jié)論時(shí)，往往會(huì)忽視了實(shí)驗(yàn)條件。有些問題的明確及結(jié)論的得出，需要教師引導(dǎo)學(xué)生逐字逐句的分析與揣摩。 如“在受力面積一定時(shí)，壓力越大，壓力作用的效果越大”在這個(gè)結(jié)論中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，明確了前提條件，然后得出正確的結(jié)論。

3.2.2 明確實(shí)驗(yàn)中的因變量和自變量

只有明確我們研究的物理量，哪些是因變量，哪些是自變量，我們是如何控制變量的，哪些自變量變化會(huì)引起因變量變化。如歐姆定律中，研究電流與電壓、電阻的關(guān)系，電流是因變量，電壓、電阻是自變量。表述中電流是事件的主體，而電壓和電阻是因素體，因此描述為電流與電壓、電阻的關(guān)系。電流在前，電壓、電阻在后，而不能將他們顛倒來描述。

3.2.3 學(xué)會(huì)語(yǔ)言描述上的邏輯關(guān)系

物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論中的邏輯關(guān)系主要是因果關(guān)系的邏輯。因此，在描述物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，要讓學(xué)生知道，哪個(gè)是因，哪個(gè)是果。如反射定律的表述時(shí)，總是“反”字在前：反射光線與入射光線、法線在同一平面上； 反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)； 反射角等于入射角。這是因?yàn)橄扔腥肷涔饩€，才有反射光線的原因。

3.3 歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)應(yīng)注意的問題

3.3.1 因果關(guān)系顛倒錯(cuò)誤

在做探究電流跟電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，通過改變電路中的電壓和電阻，測(cè)得了表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)推導(dǎo)會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論:當(dāng)導(dǎo)體的電壓一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻與通過導(dǎo)體的電流成反比。這是因?yàn)?電壓變化是原因，電流變化是結(jié)果。故正確的描述為：當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。

表1 電流與電阻關(guān)系(R= 10 Ω)

3.3.2 定量描述與定性分析混淆

一種半導(dǎo)體材料，其電阻隨溫度的升高而減小。為了研究其電學(xué)特性，將其中一個(gè)元件R進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得其電流與加在它兩端的電壓值，測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)推導(dǎo)會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論:元件R的電流隨電壓的增大而增大。

表2 電流與電壓關(guān)系

從數(shù)據(jù)表中可以看出：U增大，I也增大，但I(xiàn)的增加值大于U的增加值，直接觀察表格中的數(shù)據(jù)，很難得出正確結(jié)論，須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)方法的處理。進(jìn)一步分析表格中數(shù)據(jù)，將電流值分別乘以0.8后可得到：0.16、0.36、0.64、1.00、1.44、2.248、2.56，它們分別是電壓值0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.50、1.60的平方。因此,元件R的I和U之間的關(guān)系是：通過電阻元件的電流跟加在它兩端電壓的平方成正比。其關(guān)系式為：I=1.25U2。

3.3.3 探究因素表述錯(cuò)誤

探究物體的動(dòng)能與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)。通過觀察現(xiàn)象學(xué)生得到錯(cuò)誤的結(jié)論：物體質(zhì)量一定，被舉的越高，具有的動(dòng)能越大。

圖1 動(dòng)能大小與速度有關(guān)實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)研究的是物體質(zhì)量一定的情況下，動(dòng)能的大小與速度之間關(guān)系，必須保持質(zhì)量不變，改變速度，所以讓鐵球從斜面的不同高度滾下來，通過觀察鐵球在水平面上以不同速度推動(dòng)木塊做功多少，來探究動(dòng)能跟速度的關(guān)系。在表述動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí)，它的實(shí)驗(yàn)條件是：鐵球的質(zhì)量不變，改變鐵球的速度，而不是改變其高度。因此，正確的結(jié)論是：物體質(zhì)量一定，運(yùn)動(dòng)速度越大，具有的動(dòng)能越大。

3.3.4 表象干擾產(chǎn)生錯(cuò)誤

如圖2所示的電路中，探究導(dǎo)體電流跟導(dǎo)體電阻之間的關(guān)系。先后用5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻接入電路的A、B兩點(diǎn)間，閉合開關(guān)S，讀出電流表的示數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)得到錯(cuò)誤的結(jié)論：通過導(dǎo)體的電流隨電阻的增大而減小，電流與電阻成反比。

圖2 實(shí)驗(yàn)電路圖

實(shí)驗(yàn)次序電阻R/Ω電流I/A150．42100．33200．2

探究電流跟導(dǎo)體的電阻關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電阻兩端電壓不變，改變電阻，從而改變電流。當(dāng)R=5 Ω時(shí)，U=I1R1=0.4 A×5 Ω=2 V ；當(dāng)R=10 Ω時(shí)，U=I2R2= 0.3 A×10 Ω=3 V；當(dāng)R=20 Ω時(shí)，U=I3R3= 0.2 A×20 Ω=4 V?？梢妼?shí)驗(yàn)中保持A、B兩點(diǎn)間的電壓保持不變，所以不能從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納出電流與電阻成反比的結(jié)論。

3.3.5 允許實(shí)驗(yàn)結(jié)論的表述不同

對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、觀察重點(diǎn)、學(xué)生的認(rèn)知水平、語(yǔ)言描述的習(xí)慣不同，學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論有多樣方式的表述。如歐姆定律實(shí)驗(yàn)中，除了目前課本中對(duì)歐姆定律的表述方式外，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)得到如下不同的表述(這些表述也出現(xiàn)在不同國(guó)家或版本的教科書中)。

(1)在一個(gè)通電導(dǎo)體上的電壓和導(dǎo)體中的電流之比是一個(gè)固定的值(常數(shù))。

(2)一般的固定電阻不變，金屬線中的電流與金屬線上所加的電壓成正比。

(3)導(dǎo)體中的電流，等于它兩端的電壓與其電阻的比值。

3.3.6 研究問題判斷錯(cuò)誤

學(xué)生用2個(gè)相同的燒杯分別盛裝適量的水和煤油，再用2個(gè)同樣的電加熱器來加熱水和煤油，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表4。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出錯(cuò)誤的結(jié)論是：質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，加熱時(shí)間長(zhǎng)短不同，水比煤油加熱時(shí)間長(zhǎng)。

表4 物體溫度升高時(shí)吸收熱量的關(guān)系

該實(shí)驗(yàn)是要探究物體溫度升高時(shí)吸收熱量的多少跟哪些因素有關(guān)，從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，物體吸收熱量的多少與物質(zhì)種類、質(zhì)量和升高的溫度等因素有關(guān)，在沒有儀器可以直接測(cè)量物體吸收熱量多少的前提下，只能通過轉(zhuǎn)換觀察加熱時(shí)間的長(zhǎng)短來判斷物體吸熱的多少，加熱時(shí)間長(zhǎng)短不同，反映的是物質(zhì)吸收熱量多少的不同。因此，正確結(jié)論是：質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收熱量的本領(lǐng)大小不同。