失败实验在中学物理教学中的运用

摘要：失败实验是由于某些原因没有成功的实验，包括偶然的实验失败和为了某种教学目的而人为的实验失败。在中学物理教学中，可以利用失败实验，培养学生的科学探究能力，帮助学生加深理解物理知识，培养学生的科学态度和价值观。

关键词：中学物理；失败实验：原因；运用

中图分类号：G633.7　文献标识码：A　文章编号：1003-6148(2012)3(S)-0006-3

失败实验是指由于某些原因造成没有成功的实验，它包括偶然的实验失败和为了某种教学目的而人为的实验失败。中学物理教学经常会发生实验的失败，如果教师对其缺乏正确引导和应用，往往会造成教学难以为继。然而失败实验如果应用得当，则可以与成功实验相辅相成，甚至可以起到成功实验难以达到的教学功能。因此，探讨失败实验在教学中的应用是一个很有意义的问题。

1　失败实验的原因

造成实验失败的原因是多种多样的，主要有以下几种：

1.1实验设备故障

实验时设备发生故障是实验失败的主要原因之一。例如用“电磁振荡”演示仪做一个LC回路的电磁振荡实验，主要是用灵敏电流计来观察电流的变化(方向不断改变、大小不断减小)。但笔者有一次上课时插上电源，打开电源开关，接着合上LC回路的开关后，电流表上的电流来回变化，可指针振幅较小。通过调节，振幅逐渐增大，可就在此时，电流表指针突然不偏了。当时查不出问题在哪里，课后发现原来是插座的保险丝断了。这类情况在电学实验中是会发生的。

1.2实验条件不适宜

实验的某些条件或周围环境条件(如空气湿度和光照)不适宜也往往造成实验的失败。例如在做“决定电容器电容大小因素”的实验时，往往会遇到这样的情况：当增大两极板间距离时，静电计指针并没有如预期那样变大。从原理上分析：依据CocS／d，当两极板间距离增大时电容C会随之变小，再由U=q／C可知，电势差U将变大，而实验中指针往往没有什么大的变化。原来，该实验需要在干燥的环境中进行，实验前要将金属板烘烤，以驱除潮气，否则电容器极板上的电荷容易漏掉。如果上课前没烘烤金属板，容易造成实验现象不明显甚至失败。

1.3实验设计不合理

实验设计不够合理也会造成实验不成功。例如在测定一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积时，用注射器将油酸酒精溶液一滴一滴地滴人小量筒中，笔者实践发现，使用注射器时，如施加在活塞上的压力如果控制不当，从针头出来的油酸酒精溶液就会时而成滴，时而喷射，实验往往半途而废。

1.4准备不充分或遇偶发事件

演示实验要充分准备，以确保实验成功。若准备不够充分或大意则很可能造成实验失败。譬如在演示“凝固和熔化”中海波熔化过程，笔者在另一个班级刚做过该实验，试管中的海波倒掉后没有洗刷便直接倒入新的海波。加热用的水是从教室的饮水机上接的，约有60～70℃。第二分钟时，海波便开始熔化了，并且温度计的示数在不断升高。这样就不能演示出如下现象：当海波加热至熔点时，开始逐渐熔化，熔化过程温度不变，直至完全熔化后，继续加热，温度才开始升高。

2　失败实验的运用

教师可以通过改进实验方法、做好实验前准备以及提高自身的教学机智和实验素养等途径，在实验教学中减少失败的几率。另一方面，失败实验也是一种难得的教学资源，只要合理开发和利用它们，可以发挥它们应有的教学功效。

2.1利用失败实验，培养学生的科学探究能力

在课堂上或多或少都会遇到实验失败的情况，如果教师没有很好的应变能力，教学就很难顺利进行。但是教师可以利用失败实验带来的生成性资源，引导学生探究实验失败的原因，一方面能培养学生的科学探究能力，另一方面可以顺利地与教学任务整合起来。例如笔者有一次上《电路》一节，连接好一个演示用的简单电路，可开关合上数次均没能使小灯泡发光，很认真地调试了几次，实验仍然未能成功。笔者当即顺水推舟。提出了一个问题：我们来探究一下为什么电灯不亮?学生马上活跃地讨论起来，提出各种各样的猜想：可能是电池没电了；可能是开关坏了；可能是灯泡坏了：可能是某根导线断了……接着笔者又问：你有什么办法可以检验自己的猜想呢?学生提出各种检验的方法：换电池试试看，或者换开关、导线、灯泡试试看。笔者按照学生的思路，先换了电源，灯泡不亮；换了开关，灯泡仍然不亮；换了灯泡，电灯还是不亮；最后用两根导线直接接到电路一根一根地查，终于查出是其中一根导线断了。把这根导线换掉后，电路中的小灯泡就能发光了。这样处理失败实验的教学，可以充分利用其中的隐性因素，让学生探究实验不成功的原因，让他们成为学习的主人，使学生的智慧得到尽情地展现。

在教学中，也可以有意设置一些失败实验去训练学生科学探究的能力。例如在本文前面提到的“决定电容器电容大小因素”的实验，教师可以设置失败实验，并引导学生分析讨论实验失败的原因。他们可能会提出各种各样的解释，教师引导学生思考如何来证实自己的解释。教师和学生一起经历这样的实验探究过程，对培养学生的科学探究能力有独特的作用。

2.2利用失败实验，帮助学生加深理解物理知识

针对某些知识难点，可以设置一些实验甚至是失败实验，来突破这些教学难点，帮助学生加深理解这些知识。例如在“测量小灯泡实际功率”教学中，要求学生明确实际电压与额定电压、实际功率与额定功率的区别，通常需要在实际电压小于、等于和稍大于小灯泡额定电压的情况下做实验。学生在实验过程中容易将电压调得过高，把小灯泡烧坏。针对这种情况，笔者在学生实验前设计了一个教学片断：连接好实验电路，闭合开关后，让小灯泡两端电压略低于其额定电压，然后慢慢调节滑动变阻器使灯泡两端电压逐渐升高。随着电压表示数的不断增加，小灯泡从暗红变成浅黄，然后发出耀眼的白光。当电压表指针指向某一刻度时，突然间小灯泡熄灭了，并在玻璃泡内出现了少许白烟，电压表的示数也迅速归零。一些学生惊讶教师竟然把实验搞砸了。笔者要求学生讨论：小灯泡为什么会突然熄灭?通过讨论，学生了解到“当用电器的实际电压较长时间超过额定电压时，就容易被烧坏”和“用电器在工作时，实际电压不得超过其额定电压”的道理。虽然在这个实验中烧毁了一只小灯泡，但学生却获得了生动的体验。印象深刻。随后在进行分组实验时，绝大部分同学不会贸然将小灯泡两端的电压调得过高，导致小灯泡毁坏。如此失败实验的运用，对学生今后正确使用电器也起了很好的警示作用。

2.3利用失败实验，培养学生的科学态度和科学作风

科学实验是一个严谨的科学实践过程。需要认真、严谨、实事求是、不怕困难、勇于进取的科学态度和精神。充分挖掘与利用失败实验中所隐藏的积极因素，可以培养学生的科学态度和科学作风。

譬如在进行“安装直流电动机”的教学时，学生按要求安装电动机模型。有两组学生在安装时没有成功，他们显得十分焦急。对其中一组，笔者检查了他们的安装后。启发他们：你们的接线方法是对的，为什么电动机转不起来呢?并对他们加以鼓励，让他们自己去找答案。这一组学生经过努力，发现原来是导线接触不好，把导线调整好后，实验成功了。对另一组，笔者启发他们：你们为什么这样接线?这样接线与正确接线不同在什么地方?这一组学生经过努力，发现自己的接线不对，把线路接对了，实验也成功了。在教学中，利用失败实验的契机，恰到好处地启发学生，鼓励学生不灰心、找原因。学生在纠错的过程中，不仅学会了实验的知识和技能，更懂得了“失败是成功之母”和“科学路上无坦途”的道理，同时无形之中得到了科学态度和精神的培养。

在学生实验中，尽管教师再三叮嘱实验步骤和操作规范，许多学生动手操作时照样我行我素，错误不断。这时，教师可以干脆“以错纠错”，也就是教师进行错误的实验，让学生来点评错在哪里。例如在“温度与温度计的使用”教学中，针对学生错误的操作。可以有意不按温度计的使用规则进行演示：温度计的玻璃泡触碰到了盛液体的烧杯底部；将温度计从液体中取出后读数；斜视温度计读数……要求学生一一纠正教师的错误操作并说明理由。通过这样的实验纠错的活动，有助于学生养成正确使用温度计的习惯，加深对温度计使用规范的理解和掌握。

总之，对于失败实验，教师若能通过分析及时找到失败原因，并进行正确处理加以利用，不仅可以将失败实验转化为难得的生成性教学资源，培养学生的探究能力、科学素养和科学精神，促进他们物理知识的理解和掌握，对于教师自身来说也是一次十分有益的职业成长体验，有利于教学机智和实验素养的不断提高。