利用生活化元素改進物理演示實驗的實踐與思考

施學(xué)斌　黃文俊

近年來隨著人們的教育思想與教育觀念的不斷更新，學(xué)生認(rèn)知主體地位逐步得到教學(xué)工作者的重視.高中物理教育也逐步發(fā)生了從生活走進物理，從物理走向社會的變化.現(xiàn)階段物理教學(xué)過程注重保護探索興趣，致力于讓學(xué)生“領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅.有參與科技活動的熱情，有將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題” .

學(xué)生在自主建構(gòu)知識體系，強調(diào)掌握探究的方法和程序，經(jīng)歷探究的體驗和感悟，形成良好的情感和品格，在學(xué)習(xí)知識的同時，逐步掌握終身學(xué)習(xí)的本領(lǐng) .這就意味著一線教師不能只過分強調(diào)書本上的理論知識，忽視學(xué)生動手能力方面的培養(yǎng).但目前教學(xué)實踐中，各種原因?qū)е陆處煵蛔龌蛏僮鰧嶒?，放棄運用實驗進行直觀教學(xué)的做法普遍存在，而這一現(xiàn)象的嚴(yán)重后果是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才越來越困難.

1 物理演示實驗面臨的尷尬與挑戰(zhàn)

眾所周知“興趣是最好的老師”.物理是一門實驗科學(xué)，各種各樣有趣的實驗現(xiàn)象，本應(yīng)該讓一群正處于“好奇寶寶”階段的高中生對此相當(dāng)感興趣的.但是為什么會有相當(dāng)一部分同學(xué)見到物理題就發(fā)怵？物理課如“緊箍咒”一般讓他們痛不欲生？這些其實跟教師愿不愿意用實驗來打動他們很有關(guān)系.另外，通信技術(shù)、交互技術(shù)、虛擬技術(shù)等快速發(fā)展能使90后、00后的學(xué)生們用各種各樣的渠道獲得足夠豐富的信息，交互技術(shù)能使得他們的感官“逐步”獲得強烈的刺激反饋，通過虛擬技術(shù)、人機交互技術(shù)等學(xué)生可以獲得一樣的信息，但體驗更佳，學(xué)生們因此而樂此不疲.漸漸習(xí)慣這些技術(shù)帶來新鮮感的學(xué)生們，很難滿足枯燥乏味的“一言堂”、“講練式”教學(xué)模式.一些原本可以讓學(xué)生動手做實驗，有的老師讓學(xué)生“看黑板”；有的老師用多媒體展示，或運用各種軟件“做實驗”，例如“仿真物理實驗室”之類的，并稱之為是“現(xiàn)代技術(shù)的運用”；還有相當(dāng)一部分老師更樂于布置實驗試題給學(xué)生做，通過在學(xué)生的課外《練習(xí)冊》中的練習(xí)來考察學(xué)生實驗方法或原理掌握程度情況 .這些類似現(xiàn)象加劇了學(xué)生與物理之間的距離，因此導(dǎo)致上述學(xué)習(xí)現(xiàn)狀.

事實上這樣做增加了學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，澆滅了學(xué)生對物理的積極性，傷害了學(xué)生動手實踐的積極性，更是違背了新課程改革的初衷.長期下去就使實驗教學(xué)在“應(yīng)試”的泥潭里越陷越深，這一現(xiàn)象在高考總復(fù)習(xí)的時候表現(xiàn)的更為突出.奇妙有趣，奧秘?zé)o窮的物理課漸漸的變成了依靠公式和定理堆積起來的大量計算和推理，過于抽象的思維使得學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣慢慢降低直到消失.失去了長久動力的學(xué)習(xí)興趣，再優(yōu)秀的同學(xué)也只是教師們培養(yǎng)的一批“高分低能”的學(xué)生，顯然這是不符合國家新課程改革的初衷的，長期下去對國家的未來發(fā)展百害無一利.

但如果能換個角度想一想：如果我們的物理課像游戲一樣花樣百出，教學(xué)中注重學(xué)生學(xué)習(xí)的每一步變化，鼓勵學(xué)生大膽動手實踐，認(rèn)同并鼓勵支持他們.那么教師就不用為學(xué)生學(xué)不會而發(fā)愁，再也不用為學(xué)生上課開小差，成績上不去，能力得不到提高而苦惱.因此一線教師必須要設(shè)法通過豐富多彩的教學(xué)活動方式，提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的積極性，使得學(xué)生主動參與物理課堂教學(xué)和實驗，從一個課堂旁觀者變成課堂參與者，從知識的被動接受者變成主動探索者，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

因此物理學(xué)的學(xué)科特點決定了實驗不僅是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，同時也是引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動獲取知識，發(fā)展能力，提高科學(xué)素質(zhì)的基本途徑.一線教師在進行物理教學(xué)的時候，應(yīng)該在傳授知識本身的同時，更多的是了解學(xué)生的興趣愛好，了解知識特點，轉(zhuǎn)變教學(xué)方法，想法設(shè)法使課堂內(nèi)容豐富化、多樣化，改變原有的單一化教學(xué)模式，使學(xué)生學(xué)有所獲，并且有充足的信心，由被動接受變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)、快樂的學(xué)習(xí).

2 開發(fā)生活化元素物理實驗的實踐思考

為了更好的提高、提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，教師應(yīng)當(dāng)充分利用各種實驗、小制作，尤其是各種生活化元素的課外小制作，使之成為學(xué)生在科學(xué)探究中所不可或缺的基本內(nèi)容或手段.通過簡便易行、生動有趣的課外小實驗與小制作，激發(fā)學(xué)生主動探究的熱情，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H創(chuàng)造能力，對于培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、熱愛生活的良好情感，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、創(chuàng)新精神和動手能力，都將是很有意義的.

2.1 利用生活化元素改進演示實驗應(yīng)注重科學(xué)性

不能用假象代替真實的物理現(xiàn)象，不能用錯誤概念歪曲物理概念.不論是學(xué)生實驗、演示實驗等，實驗原理的科學(xué)性是其前提，都需要注重實驗原理的正確性和表述實驗的確切性.

例如在學(xué)習(xí)過《動能定理》一節(jié)之后，教學(xué)內(nèi)容過渡到《機械能守恒定律》的分析上.兩節(jié)內(nèi)容均為必修2甚至整個高中物理知識上的難點：動能定理適用范圍廣，適用情形多，且往往能夠簡化計算過程，對同學(xué)們的能力提出了很高的要求；機械能是從能量守恒角度對物體經(jīng)歷的物理過程的總體把握，而能量對高一同學(xué)而言還是屬于比較抽象難理解的概念.在分析機械能守恒條件時并課本上僅僅是通過一副卡通插圖（圖1）來說明彈性勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化.我們可以設(shè)計一個簡單的實驗用于幫助同學(xué)們理解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，并吸引同學(xué)們的關(guān)注.

實驗方案設(shè)計如下：每位同學(xué)發(fā)一根橡皮筋，然后用草稿本裁剪出一塊5×3 （cm2）的紙片，經(jīng)過折疊后對折，如圖2.松手之后橡皮筋儲存的彈性勢能轉(zhuǎn)化為“子彈”的動能，因此“子彈”能以較快速度將紙團射出，本實驗體現(xiàn)了彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化.另外射出之后的“子彈”從高處飛出做平拋運動，“子彈”的重力勢能可以轉(zhuǎn)化為動能（但這個過程很難直觀察覺，可以將上述過程作為人教版必修2課本78頁：“問題與練習(xí)”第3題的演示實驗）.

新課時通過利用本方案引入，能讓每個同學(xué)都親身參與到活動中來，可以很好實現(xiàn)諸如“該過程有哪些能量，哪些能量相互轉(zhuǎn)化等”問題順利的過渡.利用生活化元素改進的演示實驗?zāi)茏屚瑢W(xué)們親自體驗，促進學(xué)生被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主性.

2.2 利用生活化元素改進演示實驗應(yīng)注重簡易性

實驗取材過程的易得、制作過程的簡單、演示過程的便利，演示效果震撼是生活化元素開發(fā)的演示實驗教具最顯著的特征之一.制作復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實驗，不利于教師制作，也容易分散學(xué)生的注意力.不易操作、不易制作、成本過高的實驗，難以作為教師演示實驗或?qū)W生探究實驗，都不易推廣.

例如為了演示物體的慣性，可以讓學(xué)生表演一下刷牙這個過程，在刷完牙之后將動作定格在刷牙之后的甩手這個動作上，請同學(xué)分析這個甩手的動作.同學(xué)們通過這個實驗，就很感興趣“為什么要用牙刷？”“這個動作有什么特別的含義嗎？”……其實這個動作就是利用慣性，在甩手時突然停頓，這時牙刷頭上的水分由于慣性飛離刷頭，從而達到甩干牙刷頭的目的.如此貼近生活情景且又是如此熟悉的場景，學(xué)生深深體會到物理來源于生活，生活處處充滿了驚奇.

又例如在演示液體的表面張力時，可以用“如何將一口繡花針（硬幣）浮在水面上呢？”這個實驗引入.學(xué)生們躍躍欲試，可以請同學(xué)們自己動手試試看：也許有人會直接把繡花針（硬幣）放在水上；也許有人會把繡花針（硬幣）先放在碗底，然后再慢慢注入清水...在嘗試過程中，或許有同學(xué)試著將繡花針（硬幣）先放在餐巾紙上，然后再把餐巾紙輕輕的平鋪在水上，借助餐巾紙吸水快的特點，等餐巾紙吸水沉入水中，就能發(fā)現(xiàn)繡花針（硬幣）很容易就飄在水上，如圖3.

2.3 利用生活化元素改進演示實驗現(xiàn)象必須直觀性

“千言萬語說不清，一看實驗就分明”.所謂直觀性，指演示時實驗過程的各種現(xiàn)象易于被學(xué)生的感官感知.物理是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，其知識、原理、規(guī)律的表述必須嚴(yán)謹(jǐn)，在理解這些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言時，教學(xué)實驗需要做到形象.為了突出教學(xué)效果，避免歧義，一個實驗最好只展示一個現(xiàn)象或者說明一個原理，這樣更有利于學(xué)生專注于該專注的問題上，有利于學(xué)生產(chǎn)生思維的火花.

例如微小形變是判斷彈力是否存在的關(guān)鍵，但往往微小形變很難觀察.微小形變可以通過放大的辦法來證明它的存在.

原方案：書本上列舉了在有機玻璃上放一個倒立的三角形有機玻璃，由于受到重力作用，而使得接觸面發(fā)生微小形變，微小形變導(dǎo)致有機玻璃內(nèi)部的光路發(fā)生變化，從而根據(jù)光路變化來證明發(fā)生微小形變.不足：本方案涉及到光在均勻介質(zhì)中傳播方向不變的光學(xué)知識，在上彈力這一課時知識點還未涉及到光學(xué)相關(guān)知識，另外有機玻璃似乎離同學(xué)們生活較遠，很難獲取.

改進方案及制作過程：找一個普通的黃酒瓶（一定要找瓶身為扁狀的），用水注滿，在水中滴幾滴紅色眼藥水（其他如黑色鋼筆墨水也可），然后用一個廢舊的家用溫度計，小心去除測溫部分（也可用細小的吸管替代），將剩余部分用泥巴裹住之后做成一個瓶塞，蓋住瓶子如圖4.用手去捏瓶身，根據(jù)溫度計（或吸管中）液面的升降就極容易判斷出玻璃瓶發(fā)生了微小形變.

2.4 利用生活化元素改進演示實驗要注重安全性

安全性指實驗制作及演示過程中，確保實驗儀器和師生的人身安全.生活化元素改進的實驗，由于材料易得，材料沒有做過嚴(yán)格的安全測試，加上學(xué)生極易模仿，有危險性的實驗必須排除.有些實驗演示時并不危險，但學(xué)生如果課外模仿制作容易產(chǎn)生不安全的因素，此類實驗也應(yīng)該盡量通過諸如安全教育等予以排除.所以設(shè)計實驗時必須學(xué)會排除多種可能性，以適應(yīng)學(xué)生的年齡特征.

例如人教版選修3-3教材關(guān)于壓縮氣體做功的演示實驗，如圖5所示，在有機玻璃筒底放置少量易燃物，例如蓬松的棉花，迅速壓下筒中的活塞，觀察筒底物品的變化.但是課本上演示實驗在實際操作過程中存在以下問題：由于活塞和圓筒需要左右手分開固定，因此可能會因下壓動作過猛導(dǎo)致實驗者手腕受傷；有時下壓過猛，內(nèi)部氣壓迅速增加，還未穩(wěn)定時若恰好松手，活塞甚至?xí)赡芊磸梻?；往往會出現(xiàn)活塞迅速下壓后，棉花球并不燃燒的現(xiàn)象，同時還可看到筒中彌漫著大量的乙醚“白霧”，且實驗效果并不明顯.

方案改進：將用完的簽字筆芯的筆尖用老虎鉗夾住后拔出，然后將里面殘留的墨水清理干凈.用老虎鉗將其中一端輕輕夾出一個凹槽（注意不要夾斷或者夾破）.用老虎鉗將自行車車輪的輻條有螺紋的末端剪掉，并用銼刀將末端打磨平整.用筆芯一端在桔子皮上按出一個孔，將桔子皮壓進筆芯內(nèi)，用做好的輻條慢慢將桔子皮推到筆芯凹槽處，然后再次用筆芯在桔子皮上按出另外一片桔子皮，這樣氣壓桔子槍就做好了，整個裝置的示意圖如圖6.

制作好的桔子槍是通過多片桔子皮形成一段密閉的空氣柱，用輻條快速推動筆芯一端的桔子皮時，封閉的氣體體積迅速變小，氣體壓強增大，從而推動末端桔子皮做功，桔子皮“啪”的一聲，以較快速度飛出.該實驗器材簡單易得，結(jié)構(gòu)簡單，課堂演示時獲得學(xué)生們的驚嘆，起到了很好的教學(xué)演示效果.實驗取材方便，制作工藝簡單，沒有任何危險性，全體同學(xué)都能動手去做，在自己制作過程中可以鍛煉動手能力，并能夠通過看誰的桔子槍射程遠等小游戲調(diào)動學(xué)生熱情，從而讓他們感受到學(xué)習(xí)的快樂，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性.

另外，上述在演示機械能守恒定律的演示實驗時，將子彈彈出還是具有一定危險，可以將其改進一下.方案：利用商品外包裝的硬塑料片，取出其中一塊大小約10×5 （cm2），對折，然后用剪刀剪成圖7形狀.使用時先將塑料卡片沿虛線對折，然后用橡皮筋通過圖中4個缺口卡住固定.將對折后塑料卡片往下壓，則卡片張開，使得橡皮筋發(fā)生形變，松手之后，卡片向上跳起，如圖8.整個橡皮筋勢能釋放轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰峡ㄆ臋C械能

的過程形象直觀，且沒有危險性.上新課用該小實驗引入，同樣起到活躍課堂氛圍，為下文做了很好的鋪墊的作用.

3 利用生活化元素改進演示實驗的效果初探

生活化元素改進的實驗裝置材料來源豐富，實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，實驗效果明顯，趣味性強，因而學(xué)生的課堂情緒以及學(xué)習(xí)的主動性被調(diào)動起來.通過廢舊物品的回收利用，加強學(xué)生節(jié)約資源、增強社會責(zé)任感，對促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考有積極的作用，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神能產(chǎn)生正面的影響.改進的實驗教具是低成本而智慧不低，成本低而教學(xué)價值不低.使用身邊隨手可得的物品，甚至是人們認(rèn)為失去價值的廢舊物品進行探究活動和各種物理實驗，即可以拉近物理學(xué)與生活的距離，也可以讓他們深切地感受到所學(xué)的物理知識就在自己身邊，能切身感受到科學(xué)和社會、科學(xué)和日常生活的關(guān)系，從而側(cè)面提升學(xué)習(xí)物理的興趣.

另一方面，日常教學(xué)中應(yīng)大力提倡開發(fā)或利用日常生活用品作為教學(xué)用具，這些物品本來的用途并不是進行物理實驗，然而能夠發(fā)揮創(chuàng)意將其重新利用，這種做法本身就是一種創(chuàng)新.當(dāng)然利用日常生活用品做實驗，對教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)有所要求，加強教師知識培訓(xùn)和專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)能夠起到指引方向的作用.但有教師可能會認(rèn)為這樣不僅自己要動手參與設(shè)計和制作，還需要指導(dǎo)和幫助學(xué)生進行小制作、小發(fā)明會加大自身的負(fù)擔(dān).實際上這種負(fù)擔(dān)大可不必，要相信學(xué)生的創(chuàng)造力和動手能力，放開雙手，學(xué)生們無限的創(chuàng)意將會讓你大吃一驚.