谈谈“观察力”对物理实验的重要性

“观察对于儿童之必不可少，正如阳光、空气、水分对于植物之必不可少一样。在这里，观察是智慧的最重要的能源。”这句话是苏联著名教育家苏霍姆林斯基对观察的重要性的论述。可以说，观察是一切科学研究的源头，也是任何新发现、新发明的入口。在我国新颁布的多个学科的课程标准中，都强调了观察对学生学习的重要性。大家都知道，物理是一门以观察和实验为基础的学科，平时教学中我就很注意指导学生进行观察力的锻炼，并注重收集这方面的素材。下面就是我发现的一个比较好的案例。在复习《浮力》章节时，见到一道如下的习题：物理实验小组的同学利用可乐瓶与乒乓球做“研究浮力产生原因”的实验，如图所示，将一只塑料可乐瓶剪去底部，把一只乒乓球放在瓶内，从上面倒入水，观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出（图甲），但乒乓球并不上浮，这是因为_________。若用手堵住瓶口（图乙），可观察到乒乓球浮起，这是因为____________。这道题给出的答案是：乒乓球不受浮力，只受水向下的压力；乒乓球受到浮力的作用，浮力大于乒乓球受到的重力。对于这道题的答案，第一问没有问题，第二问表面上看这个答案也挺有道理。当时为了激发学生对物理学习的兴趣，就组织学生找来瓶子和乒乓球做了这个实验，结果发现第二空答案有点不对劲。据我们观察，手堵住瓶口后，一瞬间乒乓球就浮了起来。时间这么短，我们十分吃惊，使用秒表测量了一下，从堵住瓶口开始计时，大约0.2s时乒乓球就开始向上运动，而且球在水中上浮所用时间是极其短暂的，根本无法测量出来。这么短的时间内顶多只有几滴水进入瓶子的“脖子”位置，水远远没有充满乒乓球下方的空间，根据浮力产生的原因“物体上下表面压力差”可知：乒乓球下方没有受到水的压力，也就不受浮力作用，所以不是浮力改变了乒乓球的初始状态，这道题恐怕不是纯粹的浮力问题。当发现这个题目的答案存在疑点之后，我提示学生在观察的时候，不但要仔细看，也要用心思考，要将思维活动渗透在观察当中。同学们重点观察了两个关键细节：（1）手堵住瓶口之前，按照水从乒乓球和瓶颈之间的缝隙中流下的速度，需要2秒多钟能把瓶盖盛满，而乒乓球下方的空间大概有三个瓶盖的容积，随即估算得出的结果是：要将乒乓球下方的空间填满，需要7秒钟左右。（2）手堵住瓶口后，不到1秒钟，球就浮了起来。两个相差巨大的时间给了同学们信心，确定了乒乓球初始状态不是由浮力改变的。经过反复实验并思考、讨论，最后大家一致认为乒乓球上升的原因应该是这样：乒乓球下方原本是自由空气，手堵住瓶口后，自由空气变成封闭气体，而且这部分气体体积较小，在这么小的空间中，体积有一丁点变化，气压就会产生明显的变化，导致气体对球向上的压力瞬间增大，超过了水向下的压力，球开始向上运动。球离开原来的位置后，球侧面的水就迅速将球下方的空间填满，此时球才真正受到浮力，由于球受到的浮力远大于球的重力，所以球在一瞬间就浮到了水面。到了这里，我们就破解了心中的疑问，同学们也尝到了细心觀察的甜头。为进一步挖掘观察的魅力，我引导学生反思：为什么很容易忽略气体呢？同学们经过深思总结出：由于瓶颈内部空间太小，空气本身又是无色透明的，就很容易“看不见”它，如果不仔细对比“进入瓶颈中的水的体积”与“瓶颈的容积”的差别就无法发现这个隐秘的情况。所以，以后在观察实验的时候一定要细心，不放过任何一个细节，而且“看”的同时要动脑筋思考，如此才能发现实验现象暗藏的玄机。经过这样的锻炼，学生不但发现了题目答案的疏漏，而且通过对题目进行深入剖析，使学生的思维能力无形中有了极大的提升，益处多多！观察力这么重要，那么我们该怎样培养呢？经过多年的教学及不间断反思，我总结出以下三点：1.明确观察的目的任务进行观察之前，老师要先给学生交代清楚观察的目的任务，所谓“有的放矢”，观察的效果才好。反之，如果老师没有交代清楚，效果就比较差。2.掌握科学的观察方法明确了观察任务后，接下来就是具体的实施过程。掌握科学的观察方法相当重要，要注意以下几点：（1）遵循科学的逻辑，就像语文上的说明文观察顺序，常见的如：从上到下、从左到右、从整体到部分再到整体。按照正确的顺序，学生在观察时就不会手忙脚乱。在两年的物理学习中，让学生多加练习，养成良好的观察习惯，这样无论做什么事就能有条不紊，一生受益。（2）在观察时应当做好记录，尤其是细节。这不仅对于收集和整理所观察的事实是十分必要和有益的，而且也能够提高学生准确的观察力。（3）培养学生重复观察的习惯。因为人的观察力是有相对限度的，一次观察往往会忽略细小的但却是很有价值的东西，所以要进行重复观察，直到对事物全面掌握。这就好像我们经常讲的“多次实验才能找到普遍规律”。3.观察的同时渗透思维活动早在一千多年前，捷克教育家夸美纽斯就已经向人类揭示：观察是综合运用眼、耳、口、鼻、身五种感觉器官齐心协力才能完成的任务。事实上，除了那几种感官外，大脑也是观察活动中不能缺席的重要器官，观察活动离不开思维的渗透。总之，观察现象是为分析问题服务的，而分析问题实际就是思考的过程，思考又反过来会促进我们更加细致地观察。