基于错误资源的物理实验教学策略

实验探究的综合性强，对学生能力要求较高，既要熟练掌握各种仪器的操作方法，又要精心设计实验方案，数据分析更要具备良好的数学功底，因此，实验探究出现一些错误就不足为奇了，这些错误将成为实验教学的重要资源。本文以苏科版物理9上第十四章第三节“欧姆定律”的教学为例，阐述实验探究中学生错误资源的类型及基于错误资源的实验教学策略。

一、实验探究中错误资源的类型

1.技能性错误

技能性错误指学生因缺乏操作技能和仪表读数技能而产生的错误。“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验包括电流表、电压表、滑动变阻器等众多电学器材，实验操作具有综合性，主要表现在：（1）两表怎样接入、如何选择量程、如何读数？（2）滑动变阻器涉及四个接线柱，怎样接入可以达到实验目的？（3）电池盒电源的选择。（4）连接电路应注意断开开关，滑片移到电阻最大的地方。（5）探究活动暂停时，及时断开开关。由于学生对每种器材掌握程度可能不一样，一旦这些器材整合在一起后，在操作或读数上就容易犯错，成为实验探究的障碍。

2.客观性错误

客观性错误指并非由于学生知识、能力等主观因素造成，而是由于客观因素的影响而造成的错误。主要表现为：（1）器材自身原因。其一，器材使用时间过长，致使局部损坏，影响测量准确性；其二，器材质量有问题，如，劣质电表在使用中指针来回晃动，影响学生收集数据，导致得不到正确的实验结论；其三，器材设计复杂，如图1，电池盒接线柱太多，电池的组装和接线变成了难点，而这并不是实验重点，人为地制造困难。（2）实验综合性强，只要一种仪器的使用存在短板，就会造成结论错误。（3）缺乏适度的引导，或没有提供充裕的探究时间。第一种情况，探究盲目，导致学生“盲”中出错；第二种情况，时间紧迫，导致学生“忙”中出错。

3.生成性错误

生成性错误指在实验探究中产生的、在教师预设之外的错误。怎样利用这类错误资源，对教师的教学智慧是一种挑战。在探究通过导体的电流与导体电压的关系时，基于学生实际，预设的电路设计为图2，预设的教学过程是：引导学生发现该电路只能收集一组数据，不能发现规律，再启发学生如何获得多组数据，学生想到改变电池个数来改变电压和电流，最后从操作方便程度和采集数据连续性方面，说明该电路存在缺陷，从而引导出串联一个滑动变阻器。在笔者按部就班教学时，有学生提出用电阻箱代替定值电阻R，通过改变电阻箱电阻来收集多组数据，该方案得到一些学生的认可，但该方案的最大错误是没有控制R不变。

4.素养性错误

素养性错误指学生因缺乏科学素养所表现出的错误行为、习惯和意识。《义务教育物理课程标准（2011版）》指出，物理课程应“以提高学生科学素养为宗旨”，使学生“养成实事求是、尊重自然规律的科学态度”，“具有保护环境和可持续发展的意识”。回首课堂，实验过程中学生篡改数据、拼凑数据的现象时有发生，而且学生节能意识淡薄，如，探究活动暂停，开关还一直闭合，没有及时断开开关。

5.观念性错误

观念性错误指学生将课堂探究与真正的科学探究等同起来，意识不到科学发现的艰辛与曲折，形成“物理发现不过如此”的错误观念。学生探究的问题和模式都是由教材或教师给出的，而且教材中的各种提示为学生指明了探究方向。因此，学生感到概念规律的得出十分容易，顺理成章，甚至感叹自己生不逢时。但真正的科学探究都是在黑暗中摸索，没有人可以引路，经过许多年、很多次的不断猜测和实验，仍有可能以失败告终。这些情况，学生是没有遇到也体会不到的。当介绍欧姆定律的发现经历了约十年时间，付出了艰辛的努力时，学生在内心深处并不认同，他们认为一堂课的功夫就探究出欧姆定律，哪里来的“艰辛与曲折”？

二、基于错误资源的实验教学策略

1.变“讲授”为“探索”，促进实验技能的构建

实验仪器的操作都有一定的规范，正确操作实验仪器是一项基本技能。在刚接触新仪器时就要严格要求、熟练掌握，为今后的综合探究夯实基础。对实验仪器的教学，有人提倡采用讲授式，以师讲生听为主，而教学实践证明，这种方法不易引起学生兴趣，扼杀学生使用新仪器的欲望。科学技术在不断发展，现在没有的东西，可能明天就会出现，学生在未来的生活、工作中肯定会遇到许多新的科技产品，这些产品怎么使用，需要学生自己摸索。因此，物理课堂上，教师的一个重要职责就是培养学生探索新器材的能力，这是一种适应现代化生活的能力。

基于这些考虑，可以采用探索式教法，充分调动学生对新鲜事物的好奇心和探究欲。比如，教学“电流表的使用”，可以将教材内容编辑成仪器使用说明书的形式，在前面部分列出几个注意事项，学生阅读说明书后，试着去测电路中的电流。探索中，学生必然要经历犯错、反思、纠错的过程，而这正是学生自我建构操作技能的过程，印象自然根深蒂固，同时，培养了学生使用新仪器的能力。又如，对电流表的读数，教师先投影一组学生的表盘，但故意不显示接线柱，如图3，请学生读数，有些学生马上就报出读数，但出现不同结果，还有学生犹豫不决，教师启发学生为什么出现这种现象？学生反映，不知道接线柱。此时，学生就会明白，读数先要明确接线柱或量程。接着，告诉学生是小量程，再请学生读数，又出现了两个答案：0.24A和0.28A。教师追问，到底哪个正确，为什么？引导学生要看清分度值，并回答不同量程下的分度值分别是多少？两种量程、相同的偏转角度，示数有何关系？经历“发现问题、分析原因”的探索过程，学生自主完成读数技能的构建，最后总结读数步骤：先看量程，再看分度值。这种探索式教法同样适合电压表的使用与读数，为探究欧姆定律作好技能铺垫。

2.变“异常”为“正常”，营造良好的探究环境

每堂探究课都有预期目标和探究重点，而时间有限，所以，要为学生创造一个好的实验环境，避免一些客观的、非重点因素的干扰，为探究重点赢得更多时间。实验器材使用时间过长或质量不过关，不能正常工作，学生在操作过程中就会麻烦不断，影响探究情绪。尤其是测量类器材，比如电流表和电压表，如果器材质量有问题，学生的数据能准确吗？又谈何发现数据中蕴藏的物理规律？因此，学校采购器材时应严把质量关，对有问题的器材要及时更换，同时，检修器材也非常重要，特别是使用频繁高、易损耗的器材。建议教研组抽出专门的时间和精力，集中检修，一来减轻实验员的工作压力，二来掌握一些检修技能。当提供的都是能正常使用的器材后，学生的实验就不会受其他因素影响，从而保障探究正常进行。

3.变“错误”为“正确”，彰显错误资源的价值

学生对教师问题的即时性反映，折射出学生的原始思维和创造性火花，这些想法有的是正确的，有的虽然错误，但能给教学启发，其价值不亚于正确的创意。学生错误的想法里可能蕴藏着创新思维，我们要善于发现并加以利用。

例如，图2中，用电阻箱代替定值电阻R的方案是错误的，但这种想法在研究通过导体的电流与导体电阻的关系时，却可以派上用场。如图4，用电阻箱代替定值电阻R，有以下优点：其一，电阻箱是一种可读出阻值的变阻器。初中阶段学生对不能读出示数的滑动变阻器使用频率高，使用较熟练，但对电阻箱，教材只局限于读出电阻大小，没有机会让学生体验电阻箱的优势，而在这里，电阻箱的接线和读数得到运用，体现了其教学价值，弥补教材的不足。其二，简化实验操作过程。本电路的连接在研究电流与电压的关系时已经得到强化，因此，连接电路不是本探究内容的重点。当定值电阻R不断改变时，该电路局部要不断拆装、重组，这在技能上只是简单重复，缺乏教育意义。而换为电阻箱后，只要旋转旋钮就能快速改变电阻，不需要拆装电路，为数据的采集与分析等重点内容争取更多时间。其三，实验探究提倡开放性，不应是封闭的，数据的采集要常态化。如果选教师提供的三个定值电阻，学生会想，为什么要选这几个电阻？随机一点不可以吗？是不是也能得出反比结论？而这一系列问题均由电阻箱的使用得到较好突破，供选择的电阻值范围更广、更灵活，为学生采集数据拓展空间，增加实验结论的可信度。

4.变“说教”为“身教”，给学生潜移默化的影响

在实验细节上，教师苦口婆心，谆谆教导，而学生一意孤行，当耳边风，教学效果一直欠佳。什么原因呢？要学生低碳环保，教师自己在实验教学中的一言一行、一举一动反馈给学生的却是铺张浪费；要学生尊重实验事实，不得篡改数据，教师却图方便省事，不做实验，空降实验数据；要学生表达准确，教师的教学语言却欠科学性，甚至“脚踩西瓜皮，滑到哪是哪”。这样矛盾的教学言行，怎能让学生养成低碳环保的意识和实事求是的科学态度？要提升学生的科学素养，除平常注意要求外，更重要的是教师要加强自身修养，以身垂范，给学生树立良好的榜样。

5.变“单一”为“饱满”，落实三维教学目标

探究教学不能仅局限于学生掌握物理概念和规律，还应将历史上物理学家进行探究、获得发现的历史资料引入教学，通过历史情境再现，展现科学研究方法，体验科学发现的艰辛，实现教育价值最大化。

历史上欧姆定律的建立过程与课堂上的科学探究有很大差异，将欧姆的探究过程和对他成功的分析补充到课堂中，可以使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上获益。

在欧姆所处的时代，他遇到的最大困难与挑战有以下几点[1]：（1）当时的直流电源只有伏打电堆，最初用它进行实验，电流不稳定，未能获得理想结果。后来，接受其他科学家的建议，将伏打电堆改为温差电源，提高了电流的稳定性，使测量结果更准确。这与他善于学习、关心科技发展、重视科学交流是分不开的。（2）在欧姆进行研究时，没有现成的电压表和电流表，也不知道如何测电阻，也就是说，I、U、R均无法测量，这些问题都得一一解决。欧姆巧妙地设计出电流扭秤，用磁针的扭角实现了电流大小的测量；用相同粗细、不同长度的铜导线来得到不同电阻；用温差电池两个接点的温度差得到不同电势差，这在当时是想象不到的，都是开创性研究。而且，欧姆凭直觉假定电流大小与扭秤的扭角成正比，电阻与导线长度成正比，而电压与温差电池的温度差成正比。这种直觉思维，是科学创造力的重要表现。（3）欧姆定律发表后，遇到权威人士的反对甚至诋毁，认为他的理论是空洞的臆造，许多年后他的成果才得到科学界的普遍认同。为了科学研究，欧姆在孤独与困难的环境中，自己动手制作仪器，坚持进行科学探索，把全部生命都奉献给了科学事业，这种献身精神是值得钦佩和学习的。

通过物理学史的引入，“欧姆”在学生思想里不再只是一个物理量的单位，“欧姆定律”也不再只是一个物理公式，它们汇成了一部有血有肉、富有立体感的科学励志故事，深深地感染和激励着学生。

参考文献

[1] 李艳平，等.欧姆定律教学研究.中学物理教与学，2004（10）.