对比实验及其教学，本文主要内容关键词为：，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人类认识自然时，总是从比较事物的大小、长短、多少开始的。而对比实验就是基于这种“元认知”的一种人类感知事物最简单的比较思维开始的认知实践活动。例如，长度的测量就是与基本长度的比较，质量就是与国际千克原器的比较。因此，对比实验，也叫比较实验。所谓的对比实验，就是以认识不同研究对象之间的共同性和差异性为基本思路的一种实验方法。它是通过对事物相同和相异的对照比较，发现和揭示事物的内在本质与规律，从而达到全面、深刻地认识事物的目的。 一、对比实验的价值 对比实验就是把人类最朴素的对比思维和有效的实验直观手段有机地结合起来，从而最大限度地发挥认识事物的两种方式，使比较和实验更加直观有效。 1.对比实验有助于激活思维 俗话说，不比不知道，一比吓一跳。因此，当事物通过实验放大它们的相同点或不同点的比较时，会使观察到的现象，引起学生的关注、激活思维认知。为什么会产生这种现象呢？特别是与学生的错误的前概念发生冲突时，通过对比实验能有效地冲淡前概念，纠正错误，从而同化认知结构。没有学习物理前，我们普遍认为，重物比轻物下落得快。如果设计一个简单的对比实验就可以动摇这个错误的前概念。例如，找一根废弃的日光灯管，将里面的荧光粉杂物去干净后，内充鸡毛、木块、纸屑、小铁钉等物体，再从封闭端口，用两用气筒吸出管中空气，上下颠倒这根日光灯管时，我们会看到这些物体是一起下落的。 2.对比实验有助于发现事物异同 有比较才有鉴别。因为对比实验有着相互“参照”作用，所以在实验的过程中，容易观察到事物现象的不同与相同。特别是直接对比，能减少对前后实验现象的分析，从而减少思维过程的跨度。例如，同一规格的两支温度计，一支温度计的玻璃泡上包有黑色的棉花，另一支包有白色的棉花。然后将它们与没有包棉花的温度计，同时放在阳光下，观察哪一支温度计温度升高得快，表现不同颜色对光的吸收本领不同。 3.对比实验有助于缓解思维难度 我们在做一些有思维难度的实验时，应当应用前后对比实验的方法来降低学生的思维难度，让实验的思维退回到学生已有的当前思维中，也就是“最近发展区”。例如，学习液体对浸在其中的物体有浮力时，教师首先测出石块在空气中的重力，然后直接将石块放入水中测出重力，通过比较这两个示数说明有浮力。对这样的操作，个别智力不太活跃的学生不知是怎么回事。若测完在空气中的重力后，教师用手向上托一下，并问学生：测力计的示数怎么变小了呀？学生会知道，是手有向上的托力，这时放入水中，当测力计的示数减少时，学生自然就知道，水也有向上的托力。该设计中的对比实验起到了铺垫作用，降低了思维难度。 4.对比实验有助于培养创新思维 历史知识告诉我们，对比实验是发明创造的一种特别好的方法。如弗来明发明盘尼西林、牧羊人发明咖啡都是对比观察的结果。这是因为当我们在比较中鉴别出这个事物与其他事物的差异点和共同点时，就了解到了这个事物的特殊属性和一般属性。抓住特殊属性去创造性思考，是不愁碰不到发明创造机遇的。例如，很多优秀的自制教具就是在教学当中进行效果好坏的对比中进行改进、修订、完善的。 5.对比实验有助于实现控制变量条件 一个物理量的大小往往是由几个因素来决定的。如电阻的大小，就受到材料、长度、横截面积、温度的共同制约。因此，学生在应用实验探究分别研究电阻与某个因素的关系时，就要应用到控制变量法。学生只有用对比实验来研究，才能对控制的量有直观的认识。同时，能减小记忆和分析无关的影响，从而更加简捷地进行探究。 二、对比实验的类型 对比实验按照对比观察的顺序可分为直接对比实验、间接实验、前后对比实验以及正反对比实验。 1.直接对比实验 直接对比就是应用相同的装置或同一原理，将两个在相同或不同条件下的实验装置同时操作的一种方式。适合有多个变量，控制变量相同时，改变自变量，从而观察因变量的问题。其特点是实验设计容易、趣味性强、直观性好。因此，对比现象要达到让学生观察时有区别的量变程度。如图1所示，把两个相同的磁球（也可以是相同的磁块）用细绳悬吊起来，一个位于木板之上，一个位于铝板之上。演示时将两个磁性摆球从平衡位置拉开再释放，木板上的小球能摆动很长时间，可视为等幅振动，而铝板上方的摆球却很快停止下来。由于电磁感应形成的阻尼运动，学生感觉到出人意料的是，木板和铝板都不被磁性所吸引。通过两磁球的直接对比，学生直观明确地知道电磁感应现象的存在。
2.间接对比实验 当两个研究物体所发生的物理现象无法进行直接对比时，巧妙地引入“第三者”作“参照物”，创造一个可对比的平台，使之具有一定的可比性，从而达到解决问题的目的。这样的对比在“等效平衡”一类问题的解决中经常用到。例如，温度的高低靠感觉是不可靠的。我们将一只手放入热水中，另一只手放入冷水中感受冷热后，再把手放入温水中，我们就会感受到放在热水中的手感觉到冷，而放在冷水中的手感觉到热。这就是借助“温水”作为间接对比的参照。另外，为了说明水是不良导体，用铁丝网将鱼分隔在试管的底部，用酒精灯加热试管上部的水直至沸腾，但试管底部的鱼却是安全的。这就是借助鱼的活动情况来说明水是不良导体的间接对比参照物。 3.先后对比实验 对比的两个对象同时出现，固然有其优点，但有时为了突出两个对象的不同和性质的差异，使实验现象先后出现，学生可能会更加心悦诚服。注意先后对比实验的现象要以质变的结果出现效果会是最好的。从这一角度出发，先后对比实验有两种形式。 （1）连续递变对比。即对比的观察现象是前后连续变化对比的。例如，用滑动变阻器改变电流大小，而观察电流表示数的变化就是连续的对比观察。类似的还有用铅笔芯长度改变电阻时，串联的小灯泡的亮度变化。 （2）大小极值对比。即对比的观察现象两个极端呈现。例如，在“研究物体浮沉条件”时，用同一支牙膏壳，先做成盒状放入水中，漂浮于水面，然后把牙膏壳挤成一团放入水中，结果沉底。通过对比得出物体浮沉的条件；通过对不同物质在单位体积内的质量不同做比较得出密度概念。这样做不仅学生学习掌握起来十分容易，而且印象更加深刻。 4.正反对比实验 同一个验证实验，按照符合物体的条件进行操作会得到一个科学的规律。但对一些实验，我们可以反其道而行之，不随符合实验的条件进行，将发生的现象与符合条件的规律进行对比，会观察到正反两种现象，但其属于同一个物理规律。例如，研究弹簧受到拉力越大与弹簧的伸长越长这一规律时，我们强调在弹性限度内，可以做符合弹性限度的实验，也可以做一个超过弹性限度的破坏性实验。这样，学生就更加明确了该实验的条件。 三、对比实验教学 1.运用对比实验激趣引入新课 运用对比实验法，就是将某个要研究的事物同一个已经确定知道其结果的事物作对比，以便确定某种因素的影响。例如，将两个相同大小的磁体，从等长的竖立着的铝管和铁管上端放入，可观察到磁体通过铝管和铁管达到下端口的时间不同，从而分析出磁体通过铁管较慢是有电磁感应现象的存在。经过这样的对比实验引入新课，能让学生有一种清晰明确的认识。 2.运用对比实验揭示物理现象的本质 物理规律往往隐藏在众多的外在的物理量之中，只有创设一个直观的排除干扰因素的对比实验，才能让学生从繁多的现象中突出本质的东西。例如，我们设计了一个对比式比热实验装置。采用可见度好的气体温度计测量，采用导热系数好的铝丝做同一热源，在液体内部直接加热。如下页图2所示，A是盛有液体的曲玻璃管；B是配有胶塞的内有等质量不同液体E，F的试管；C是插入液体中的铝丝；E是煤油；F是水；D是配有两孔胶塞、相等容积的广口瓶，在实验时检查由集气瓶、曲玻璃管等组成的气体温度计的气密性。演示时，用一次性打火机的小火焰在铝丝0处加热8s，就会观察到在曲玻璃管中液柱高低不同。从而表明，相同质量的不同物体吸热本领不同。
另外，为了揭示浮力产生的原因是浸在液体中的物体受到向上和向下的压强差，我们设计了如下浮力产生的对比实验：把一蜡块的底面紧压在平底的玻璃器皿底面，使之紧密接触，然后缓慢地注水于容器中，使整个蜡块都浸没在水中，蜡块并不浮起。如果将蜡块与容器底不密闭时，让水浸入蜡块与容器之间，蜡块则很快就浮起来。通过这样的对比，学生对浮力产生的本质就会有更深刻的认识。 3.演示对比实验有助于形成概念 物理概念具有抽象性，因此，物理概念的建立要通过对比实验的观察或体验，对概念的引入缘由、决定物理量的因素以及概念定义的方法等给以一定的直观呈现。例如，压强这个概念，在学生的认知结构中是缺乏的，又容易与压力相混淆。因此，我们可以先应用一张纸对同一砖块不同侧面承受“能力”的不同现象的先后对比实验，再过渡到如图3所示的直接对比实验。3块相同的木块放在相同的海绵上，第一块平放，第二块是在平放的基础上，再加一个小的物体来增加压力，第三块是把木块竖立起来放在海绵上。学生通过观察发现木块对海绵的凹陷程度不同。这样学生就会通过对比实验明确压力作用的效果与受力面积的大小和压力大小有关。
4.通过对比实验探讨物理规律 设计对比实验不仅对思维有积极的促进作用，而且能辨析易混淆的物理现象，让学生通过对两个实验的进一步比较辨析，去伪存真，从而把握实验所反映的事物的本质属性。例如，在学习力使物理发生形变的规律时，多数学生认为，硬质的物体不发生形变。这时教师应用一个方形的酒瓶，内充一些水，再在瓶塞上安装一根细管，自制如图4所示的实验装置来演示前后对比实验，说明硬质的物体也会发生形变。操作时，先挤压方形瓶子，液柱上升，此时，学生会说，是手的热使瓶内的空气膨胀所致。这时，挤压瓶子的棱边，液柱会下降，从而更有力地说明，硬质的物体也会发生弹性形变，只是形变小，我们不易观察到罢了。
5.设计对比实验优化教学 对比实验通过辨异求同或同中求异的比较，使事物的性质状态或特征更鲜明突出，便于学生理解和巩固。因此，我们要充分利用对比实验来优化课堂教学。例如，关于浮力的产生原因的教学，课本中没有实验支持。因此，学生对浮力产生的原因不能很好地理解。因此，我们用如图5所示的对比实验来弥补教材的这一不足。将一大一小的饮料瓶去底，把小的饮料瓶用螺丝固定在大的饮料瓶里面，再分别往大小饮料瓶中放入直径略大于瓶口的橡胶弹力球。操作时，先往小的饮料瓶中加水至满，弹力球虽然在水中，但仍然不浮起。这说明水中的物体不一定受到浮力。随着加水，水从小饮料瓶溢出到大饮料瓶内，大饮料瓶内的弹力球也不浮起。随着大饮料瓶内水的逐渐升高到与小饮料瓶内的水相平时，小饮料瓶内的小球就会升起来，从而说明浮力产生的原因是水向上的压力大于向下的压力。这样的对比实验，既能突破难点又能突出重点，使课堂教学效果更加有效。
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