創(chuàng)設(shè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)“可見(jiàn)度”

吳繼閣

實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的因素，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作的目的之一。這里所說(shuō)的“可見(jiàn)度”并不單純指常規(guī)情況下視覺(jué)效果上的清晰可見(jiàn)，還包含對(duì)所要說(shuō)明問(wèn)題的可見(jiàn)度，使現(xiàn)象所蘊(yùn)含的物理原理從思維加工上“清晰可見(jiàn)”。合理選擇實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)操作、利用放大法放大實(shí)驗(yàn)效果等可以有效增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”。

1合理選擇實(shí)驗(yàn)器材形成對(duì)比增強(qiáng)“可見(jiàn)度”

合理選擇器材是構(gòu)成對(duì)比實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。從器材尺寸大小、器材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材質(zhì)特性等方面來(lái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”。

證實(shí)在水中下沉的物體也受浮力，以及進(jìn)一步用二次稱(chēng)量法求浮力以得出阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)中，為了保證實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)下沉物體的選擇至關(guān)重要。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。二次稱(chēng)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)要發(fā)生較為明顯的變化。即浮力要較明顯地顯現(xiàn)出來(lái)，下沉物的密度既不能與水的密度相差太大，如果相差太大，比如銅，則物重與物體在水中的“示重”較接近，浮力太小，現(xiàn)象不明顯；也不能選密度與水太接近的物質(zhì)，否則，會(huì)使物體在水中的“示重”太小，不易讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)誤差大，浮力大小與物重接近，區(qū)分度不明顯。至于為什么這樣選擇，教師在演示或?qū)W生探究時(shí)要注意引導(dǎo)學(xué)生嘗試不同選擇的區(qū)別，探究中就會(huì)發(fā)現(xiàn)較合適的物體是鋁塊或小石塊，形成清晰對(duì)比，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)性”。在學(xué)生學(xué)過(guò)阿基米德原理后，進(jìn)行理論分析，使學(xué)生明白其中的道理。這種選擇的原則同樣適用探究浮力的大小與液體密度、物體排開(kāi)液體的體積、固體的密度等因素是否有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，合理選擇液體和固體，以增大區(qū)分度，增強(qiáng)“可見(jiàn)性”。

研究串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，許多教師習(xí)慣用相同的燈泡做實(shí)驗(yàn)，這種有意無(wú)意的選擇就沒(méi)有形成對(duì)比，容易讓學(xué)生形成錯(cuò)覺(jué)，認(rèn)為串聯(lián)電路中只有相同用電器的情況下電流才是相等的，改變傳統(tǒng)做法，有的組用相同的燈泡，有的組用不同的燈泡，采集各組報(bào)來(lái)的實(shí)驗(yàn)信息，得到更具一般性的結(jié)論：串聯(lián)電路中各處電流都相等，不論用電器是否相同。

2動(dòng)態(tài)操作形成對(duì)比增強(qiáng)“可見(jiàn)度”

實(shí)驗(yàn)操作方式也是決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素之一。有些實(shí)驗(yàn)效果只有在動(dòng)態(tài)操作下才能形成對(duì)比，在不同的狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)效果才能顯現(xiàn)出來(lái)。

在進(jìn)行浮力方向教學(xué)時(shí)，對(duì)于浮力的方向是豎直向上的，多數(shù)教師都是依據(jù)一些物體放在水中松手后上浮來(lái)說(shuō)明的，也有一些教師利用靜態(tài)的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明，這些做法都缺乏足夠的說(shuō)服力，學(xué)生的頭腦中對(duì)浮力的方向是豎直向上的還是模糊的。采用如圖Ⅱ所示的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)操作，可以充分說(shuō)明浮力的方向是豎直向上的。如圖1a所示將乒乓球用細(xì)線拴住，細(xì)線一端固定在燒杯底部，向燒杯內(nèi)倒水，隨著水面的上升，乒乓球也在跟著上升，將重垂線跟細(xì)線放在一起，二者完全重合，說(shuō)明浮力的方向是豎直向上的，與重力方向相反；如圖1b所示，將燒杯逐漸傾斜，但是，細(xì)線始終沿豎直方向，說(shuō)明浮力方向總是豎直向上的。

如圖2所示，做電阻大小與溫度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，很多同學(xué)把日光燈絲放在火焰上加熱，沒(méi)有明顯見(jiàn)到燈泡亮度的變化，原因是什么呢?在教師的點(diǎn)撥下，學(xué)生明確了這個(gè)實(shí)驗(yàn)要保證燈絲溫度有個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，在溫度有顯著變化時(shí)效果才能顯現(xiàn)。隨后學(xué)生將燈絲加熱后離開(kāi)，離開(kāi)后再加熱，這種動(dòng)態(tài)操作使現(xiàn)象非常明顯。

3放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成對(duì)比增強(qiáng)“可見(jiàn)度”

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)遇到顯示和測(cè)量的微小量或微小變化，這些微小量或微小變化通常無(wú)法被觀察者或測(cè)量?jī)x器直接感知。為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，讓現(xiàn)象清晰可見(jiàn)或便于測(cè)量，需要用放大法把待顯示或測(cè)量的量放大。常用的放大法有累積放大法、機(jī)械放大法、光學(xué)放大法等。

在探究電流的磁場(chǎng)時(shí)，單根通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)較弱，磁場(chǎng)的顯現(xiàn)和磁場(chǎng)分布情況的顯示非常不明顯，在這種情況下，人們利用累積法來(lái)放大磁場(chǎng)，多根通電導(dǎo)線并在一起可以增強(qiáng)磁場(chǎng)，使電流周?chē)嬖诘拇艌?chǎng)和電流周?chē)艌?chǎng)的分布情況清晰可見(jiàn)。在顯示磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用實(shí)驗(yàn)中，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度不夠，通常也用累積法放大后顯示。

桌面受壓時(shí)會(huì)發(fā)生形變，學(xué)生對(duì)此概念模糊，原因是通常情況下桌面受壓時(shí)形變太小，人肉眼無(wú)法感知，要澄清認(rèn)識(shí)，采用放大法。在桌面上平放很小的一塊平面鏡，在其上面用激光照射，使反射光斑落在天花板上，在平面鏡旁邊用力向下按桌面，觀察到光斑位置有明顯移動(dòng)，分析光斑的移動(dòng)是桌面在壓力作用下形變，反射角度變化造成的，從而說(shuō)明了桌面在壓力作用下也會(huì)發(fā)生形變。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要圍繞實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”精心設(shè)計(jì)，突破實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)度”中的難點(diǎn)，清晰而直觀地顯現(xiàn)物理原理。