簡析中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的工作

陳志宏

摘 要：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的工作并不是為授課教師提供按圖索驥的儀器設(shè)備，更不是為學(xué)生安排和準(zhǔn)備分組實(shí)驗(yàn)的儀器保管員。實(shí)驗(yàn)室也不存在一種可供刻板地加以套用的儀器，每一次器材的選擇組合和應(yīng)用都是一種創(chuàng)造性的勞動(dòng)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)造性；創(chuàng)造力；實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）01-197-01

在許多人的觀念里，擔(dān)任中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的工作不過是按圖索驥地為授課教師提供課堂演示實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備，為學(xué)生安排和準(zhǔn)備分組實(shí)驗(yàn)的儀器保管員。物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)包括課堂演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)等。是教學(xué)過程中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，是直接為教學(xué)工作服務(wù)的實(shí)驗(yàn)。雖然，它們不同于自然科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)，但是，它們是人們用另一種簡捷的方式把人類歷史上進(jìn)行的無數(shù)次自然科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的最后成功搬到課堂上來的。而以怎樣的簡捷方式，用什么方式搬上課堂。這便是一種創(chuàng)造性的工作。然而，在筆者十幾年的物理教學(xué)及物理實(shí)驗(yàn)室工作的經(jīng)驗(yàn)和感受里，下面談?wù)勛约涸谶@個(gè)工作中的一些感悟。

一、為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造一個(gè)“歷史背景”

上面談到中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是人們用一種簡捷的方式把人類歷史上進(jìn)行無數(shù)次自然科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的最后成功搬到課堂上來，因此，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的背后都有它的一段歷史、都有它的一個(gè)動(dòng)人的故事。例如：安培是花費(fèi)了十一年的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室做了成千上萬次的實(shí)驗(yàn)，最后才發(fā)現(xiàn)電流定律的。而我們在課堂上和實(shí)驗(yàn)室里所做的不就是他經(jīng)過了十一年漫長歲月苦苦探索所到最后成功嗎？當(dāng)我們把他最后的成功搬到實(shí)驗(yàn)桌上來的時(shí)候，難道不該把這位科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的執(zhí)著精神搬過來嗎？可以說，實(shí)驗(yàn)桌是一個(gè)祭壇，因?yàn)榘才嘣谂R終之際還做了讓電流通過人體的實(shí)驗(yàn)。

在一次給授課教師送上感應(yīng)起電機(jī)之后，自己擔(dān)心起電效果沒能如愿以償，因此，就守在課堂的一個(gè)角落察看，準(zhǔn)備及時(shí)出來檢修儀器，調(diào)整電刷子與盤面的接觸……當(dāng)授課老師一把將起電盤擺放在講臺(tái)上時(shí)，底下學(xué)生開始哄起來了“那是什么玩意兒”，可能是由于當(dāng)天空氣濕度較大的緣幫，火花放電不很明顯，為了達(dá)到預(yù)期效果，筆者正準(zhǔn)備上去幫忙加大轉(zhuǎn)速，下面又一片起哄。筆者出于一時(shí)氣急，竟忘了不該插話，說：“你們知道嗎？美國科學(xué)家富蘭克林為了研究雷電現(xiàn)象冒著九死一生的危險(xiǎn)用自己的身體做實(shí)驗(yàn)，險(xiǎn)些喪命，隨后蘇聯(lián)科學(xué)家赫曼也用自己的身體去實(shí)驗(yàn)”，講到這里我頓住了，此時(shí)教室一片肅靜，我能感覺到了同學(xué)們的心跳在加快，一方面雙屏住了呼吸，對赫曼的擔(dān)憂正折磨著每一個(gè)學(xué)生的心，終于有一位同學(xué)忍不住問：“后來呢？”我淡淡地說：“在實(shí)驗(yàn)中被雷擊身亡，當(dāng)時(shí)他才42歲?！睆耐瑢W(xué)們驚愕的目光里實(shí)驗(yàn)員看到了對他們的振憾。由于課堂上本無安排我插話，我又退回到角落里去，教室的氣氛莊嚴(yán)肅穆，仿佛空氣也被凝住了。授課老師接下去就兩位科學(xué)家的故事對同學(xué)們講一番……。

因此筆者受到啟發(fā)，以后總是用圖文的方式在實(shí)驗(yàn)里把每一個(gè)相應(yīng)的“歷史背景”布置出來，而在實(shí)驗(yàn)員營造的“歷史背景”下，一種對科學(xué)的崇高和嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度就這樣在班級(jí)里逐漸地形成了。以后的學(xué)習(xí)效果也是不言而喻的。

二、改進(jìn)、完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)總是以理論思維為指導(dǎo)的。怎樣利用已知的科學(xué)原理加以物化、設(shè)計(jì)儀器、設(shè)備，怎樣在實(shí)驗(yàn)中排除干擾、突出所要研究的因素，怎樣提高測試的精確度，減少誤差，這些都是一種創(chuàng)造性的勞動(dòng)。雖然課本所安排和設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)無疑是比較合理的，但是，許多在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中往往達(dá)不到預(yù)期效果。因此，改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和設(shè)置，便成為實(shí)驗(yàn)員的一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作。

例如：課本上是利用音叉的兩個(gè)股作為相干波源來考察聲波的干涉現(xiàn)象的。由于音叉發(fā)出的聲音比較微弱，并隨著時(shí)間和距離迅速衰減，因此，演示效果很不明顯。筆者利用自己所掌握的電子技術(shù)，采用音頻信號(hào)發(fā)生器，低頻放大以及兩只高音揚(yáng)聲器作為聲波干涉源，在付諸實(shí)施時(shí)取得了良好的效果。具體是將音頻信號(hào)發(fā)生器輸出的低頻正弦信號(hào)經(jīng)低頻放大器放大后，送至兩只并聯(lián)的高音揚(yáng)聲器。當(dāng)然，兩個(gè)揚(yáng)聲器也可以串聯(lián)，具體可根據(jù)放大器的輸出阻抗與喇叭阻抗來確定，這兩個(gè)揚(yáng)聲器便是兩個(gè)相干的波源。這樣，在兩只揚(yáng)聲器周圍的空間就會(huì)出現(xiàn)聲波的干涉現(xiàn)象，課堂演示時(shí)，學(xué)生在遠(yuǎn)近不同的位置都可以聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音，并且聲音強(qiáng)的與聲音弱的區(qū)域互相間隔。調(diào)節(jié)兩只揚(yáng)聲器的距離以及聲波的頻率，一般在15cm-100cm和1000hz-3000hz，同學(xué)們只要在各自的坐位左右擺動(dòng)身體位置便可以聽到聲音強(qiáng)弱的變化。

在演示聲音共鳴現(xiàn)象時(shí)，按課本設(shè)計(jì)是采用兩個(gè)音叉共振箱?？墒牵趯⑺鼈兏吨T實(shí)施時(shí)經(jīng)常沒有預(yù)期的效果，這主要原因是聲音微弱到聽不見。筆者就對它們輔之以無線和調(diào)頻收音機(jī)來進(jìn)行擴(kuò)音。具體做法是：用兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的音叉A和B，使帶這兩個(gè)音叉的音箱口彼此相對，先靈敏度較高的無線話筒C放在音叉B和箱口邊，并在較遠(yuǎn)處放好調(diào)頻收靈機(jī)或調(diào)頻收音機(jī)，且預(yù)先將收音機(jī)的接收頻率調(diào)諧到跟無線話筒的發(fā)射頻率相同，然后用橡皮槌敲擊音叉A的叉股，使A振動(dòng)發(fā)聲，再用手握住音叉A的叉股，使它停止振動(dòng)。這時(shí)音叉A停止發(fā)聲，但實(shí)驗(yàn)員們可聽到音叉B通過無線話筒C和調(diào)頻收音機(jī)發(fā)出的較強(qiáng)的聲音，這明顯地表明，音叉B跟音叉A發(fā)生了共鳴。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，就聽不到共鳴的聲音，這表明了兩者之間沒有發(fā)生共鳴，說明發(fā)生共鳴的條件是兩個(gè)音叉的固有頻率應(yīng)相同。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，不但取得了良好的效果，而且在此過程中，學(xué)生懂得了更高實(shí)驗(yàn)方法和手段，思維能力也隨之開闊了。正像科學(xué)家拉普拉斯說："認(rèn)識(shí)一個(gè)天才的研究方法，對于科學(xué)的進(jìn)步……并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處?？茖W(xué)研究的方法經(jīng)常是極富興趣的部分"。

一名好的實(shí)驗(yàn)員一定總是在不斷地尋找，這才是實(shí)驗(yàn)室真正有意義的工作；一名好的實(shí)驗(yàn)員總愿將自己化作一個(gè)小小的階梯架設(shè)在實(shí)驗(yàn)桌與學(xué)生富有創(chuàng)造力和卓有成就的未來之間；又愿授課的老師和他們的學(xué)生借此順利地到達(dá)理想的一方。希望所有從事中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室工作的人員能參與這樣創(chuàng)造性的勞動(dòng)，又愿所有的創(chuàng)造性勞動(dòng)都能成為學(xué)生創(chuàng)造力的階梯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歷以賢.現(xiàn)代教育學(xué)原理.北京師范大學(xué)出版社，1988.1.

[2] 守志堅(jiān).自豪與創(chuàng)新.福建人民出版社，1986.