中学物理实验教学中的“防伪”问题
我们常说“耳听为虚，眼见为实”，但从科学态度来看，并非如此。因为实验原理、实验过程、实验结果和最后结论，每一个环节都可能有失误，每一步探求都可能存在主观因素的影响，即使是对于中学物理中的一些简单实验，仍需要经常的思考。所以我们必须经常变换审视的角度，以使实验能更客观精确地反映现实世界的本质和规律，更好地服务于物理教学。
1“有伪”实验例举
在中学教材中有这样一段话：“当我们敲响音叉的时候，音叉的2个叉股是频率相等的2个波源，它们产生的2列波会发生干涉。我们围绕正在发声的音叉走1圈，就会听到声音忽强忽弱，这是由于声波的干涉，在空间中不同区域，空气振动的振幅不同，加强区和减弱区交替出现。”其实验效果十分明显。有人将其拓展成选择题：分别围绕2个正在发声的400Hz和800Hz的音叉转1圈，听到的强弱变化次数哪个多？根据干涉的理论推算，答案明显是频率高的变化次数多。为了使学生更具感性认识，我们找来2个频率相差悬殊的音叉让学生实验，结果它们的强弱轮回次数是一样的，都是4次。这样就迫使我们回过头来从理论上思考问题，原来音叉的2个叉股相距不到2cm，振动频率为几百至几千赫兹的音叉发声，在空间是找不到1个点到两声源的波程差为1.5倍波长的，也就是找不到干涉而造成的削弱点。那么为什么有强弱区域产生呢？我们在深夜用无线话筒和扩音装置进行测试，结论可以粗略用图1来表示：俯视，沿AD和BC线近域为削弱地带，其余为强声地带，互相垂直的虚线为强域的轴心线。进一步用其它诸如钢板之类的发声体印证，可以认为面状发声体的朝向是决定强域的主要因素，不过另2个强域该是干涉的结果，朝向产生强域和干涉产生强域的交界处，就形成了相对的弱域。即将启用的新教材确已用操场上的2只扬声器替代音叉的2个叉股。
另一个实例为静电实验：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒接近用丝线悬挂着的泡沫塑料小球，结论是泡沫塑料小球先被吸引，接触后被弹开。但动手一做，实验结果却是粘住的次数多，弹开的次数少，认为接触后会弹开是因为小球接近时发生了介质的极化，靠近带电橡胶棒一侧出现了异种极化电荷，于是小球被吸引；一旦接触，就有电荷转移到了泡沫塑料小球上，于是同种电荷相互排斥，小球被弹开。但实验时很多次是不弹开的，一般认为是电荷的转移量不够。于是我们在泡沫塑料小球外包上了一层铝箔，靠近时吸引不成问题，因为铝箔发生了静电感应，靠近橡胶棒一侧有了异种感应电荷，但一旦接触，同样是不弹开的次数多，原因是：不管泡沫塑料小球外面包与不包铝箔，它和橡胶棒接触的面积极为有限，转移到小球上的电荷是橡胶棒上总电量的极少部分，棒上大部分电荷和泡沫塑料小球的相互作用方式与未接触时是相同的，所以要理想地弹开，原带电体也应是导体。虽然也有弹开的时候，但那是一种伪装。因为若天气干燥，起电时橡胶棒的带电量可观，在周围空间产生了较强的电场，泡沫塑料小球极化产生较强的吸引力，以较快的速度靠向橡胶棒，做有力的机械性碰撞，于是发生了碰撞反弹。
在课堂上做“处于静电平衡态的导体，净电荷只分布在外表面”的验证实验时，一般先用带绝缘手柄的金属小球在带电金属空腔导体外表面接触一下，然后触向验电器，验电器的箔片张开；又用带绝缘手柄的金属小球接触一下空腔导体的内壁，再触向验电器，则验电器的箔片不张开。验证似乎很成功，为了让学生加深印象，又在空腔导体球的外表接触一下，可是这次验电器却没有张开，显然是空腔导体球上已经没有电荷了，同理在接触空腔导体内部时，成功的实验结论很可能也是“伪”的，也就是本实验应该先验内部，后验外部，并且在较短的时间内完成。
为了解决导体球上电荷容易在空气中逃走的问题，有人把空腔导体和手摇感应起电机连了起来，以保证它始终有电，但带绝缘手柄的金属小球从空腔导体的内部也能够“蘸”出电荷来了，以致实验不能成功。原因是感应起电机造成的电位太高，加上空腔导体球的壁本身就很薄，在出口孔附近就十分容易造成尖端放电，从而使“蘸”了内壁原来不带电的小球在该处由于放电而带上了电荷。
在讲静电屏蔽功能时，常有人把1个正在播放的小收音机封进铝饭盒中，声音就听不到了，“成功”地将外电场挡住。但这种屏蔽也是“伪”的，因为本质上信号电磁波进不了铝饭盒，是它在金属表面的趋肤效应，趋肤的深浅和电磁波的频率有关，频率愈高，趋肤效应越明显。由此说来静电场没有变化，是否能屏蔽倒成了问题。所以本实验只能说明电磁场的情况，而不能说明静电场的屏蔽情况。
在研究电磁感应现象时，如图2所示，将条形磁铁向线圈插入、停下、拉出，观察磁通量有无变化与感应电流有无的关系；插入、拉出或改变条形磁铁插入的磁极，观察感应电流方向和磁通量变化方式的关系；插入、拉出的速度和磁通量变化快慢与感应电流大小的关系。但在实验中，第1次以一般速度插入，电流计的指针有明显的偏转，第2次以尽可能快的速度插入，但电流计的指针偏转角度与第1次的接近。原因是电流计转子有一定的惯性，从电流通入到指针稳定在某一个位置，需要一定的时间，所以条形磁铁运动过快，使产生电流的时间过短，对电流计的转子线圈只产生了1个冲量矩，指针在没有到达应该显示的位置时，电流就中断了，所以指针偏转的情况并不能反映电流大小的真实情况。因此若要比较好地反映磁通量变化和感应电流的关系，应该控制条形磁铁的速度，在能够反映电流真实值的前提下来决定条形磁铁运动速度并使之有一定的对比度。
通常实验室有如图3所示验证平抛运动的竖直分运动就是自由落体运动的简易实验装置，松开原来扣紧的弹簧，一小球水平抛出，一小球自由落下，耳朵听到两球落地是同一个声音，正确的结论也就出来了。但这里也有“伪”的成份，我们手提此装置的离地高度约为1m，自由下落着地的时间约为0.5s，而耳朵的听觉残留时间是0.1s，即在误差20%范围内是听不出来的。如果平抛运动的竖直分运动不完全是自由落体运动，在这样的验证中肯定也分辨不出来。
凡此种种，不一而足，而且有的因为伪装巧妙，我们一时还不能揭开它的面纱，所以实验“防伪”必须引起广大物理教师的注意。
2“伪”现象成因探究和对策讨论
自然界的奥秘本来就扑朔迷离，实验作为规律探求，免不了有失误，所以本文在这里主要是考虑一些人为因素，而导致实验中的“有伪”成份作祟，掩盖了本质的表现，甚至得出荒谬的结论，并由此讨论如何发挥人的积极因素，以使实验的探求更具科学性，把物理教育工作做得更出色。
1)按照认知理论，人在认识未知领域的新问题时，往往是先调集已有的经验知识来推测新的问题，所以经验是解决新问题的基础支撑平台，这种平台在多数情况下将有助于新问题的解决而使认识达到一个更高的水平，也就是说这种影响起到了正向迁移的作用；但经验不是万能的，它也可能导致负迁移，以致使思维进入错误的逻辑通道，最后导致貌似顺理成章而实则荒谬的结论。上面提到的关于音叉两叉股发声而在空间产生干涉现象一例，其经验知识是两列相干波在空间相遇，能产生强弱相互间隔而稳定的振动加强区域和削弱区域，而一看两叉股正好是一对相干波源，绕着音叉一转，恰又发现有规律的强弱间隔区域，完全能够对号入座，所以结论也就自然而然地出来了。此“伪”现象几十年来未被怀疑，就是大家用的都是同一观察方式和同一逻辑通道，用同一逻辑思维去加以验证，自然就难以得出相悖的结论来。故而我们对某些已有的实验结论，不妨从一种全新的角度试着去思考并动手验证，而不要让前人和自己的经验束缚思维。
2)进行实验必须尊重客观事实，持求实的科学态度。如上文说到的用毛皮摩擦过的硬橡胶棒去接近用细线悬挂的泡沫塑料小球时，小球明明是多次被吸附在棒上，却视而不见，一定要以少数几次弹开来的为准，牵强地从理论上予以解释；带绝缘手柄的金属小球从带电的空腔导体内部出来，明明使验电器有了反应，却硬要学生接受处于静电平衡态的导体净电荷只分布在外表面的观点，而不是认真地去追查原因，弄清问题，这不是教育工作者该采纳的态度。因为只有教师有严谨的科学态度，方能影响到学生凡事求真。所以要在学生面前做的实验，教师必须事前经过切实的准备，将可能出现的问题弄清楚，将一些可能导致“伪”结论的因素及早排除，如上面提到的问题，可把橡胶棒换成绝缘导体，用感应起电机使之带电，并在泡沫塑料小球外包一层铝箔，实验效果就会十分理想了。
3)不能居高临下是造成中学物理实验失误的一个原因，比如用铝饭盒来演示静电屏蔽。笔者认为中学教师应该人在中学心在大学，不能只拿中学知识来教中学生。大学本科毕业是中学教师的合格学历及日本的幼儿园教师一定要大学生的原因也无非是要有一个居高临下的审视权力，而且中学教学的一大目的是向大学输送可继续深造的人材。但中学教师长年接触中学教材，有的甚至达到“了如指掌”的地步，而大学里学过的东西，则是忘记了，笔者认为也应该不时地用大学物理的观点来审视中学教材。
4)因循守旧，没有创新的精神，也是造成实验产生“有伪”现象的深层次思想原因。一个实验从原理设计、器材配备、操作步骤、观察方法、结论分析都可以不断变换角度、不断改进，如果一成不变地沿用老一套，肯定不可能发现问题，只有在变更中方可能对以前的方法提出质疑，从而发现问题。我们要培养学生有创新的精神，首先教师要有创新的精神。
中学物理教学中实验是重要的，“有伪”实验的存在是现实的，我们应以实事求是的态度对待这个事情，积极地调动人的求异潜能，以将工作做得更好。
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