《高中物理實(shí)驗(yàn)箱》實(shí)用性研究

周鵬　邵偉紅

高中物理實(shí)驗(yàn)是高中物理課程的一個(gè)重要組成部分，在教學(xué)中占據(jù)重要的地位。在教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)卻是最容易被忽視的一部分。究其原因，主要是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在著一定的缺陷，如模式單一、缺少更新、缺乏系統(tǒng)性等。為此，江蘇省教育裝備與勤工儉學(xué)管理中心協(xié)同江蘇省中小學(xué)教研室，開(kāi)展了教育裝備新產(chǎn)品新技術(shù)的試點(diǎn)應(yīng)用工作。2013～2014年間由南京、常州、南通和連云港4市進(jìn)行了試點(diǎn)并取得了良好的效果。2014～2015年在全省范圍內(nèi)進(jìn)行了推廣，并設(shè)立了教育裝備新產(chǎn)品新技術(shù)教學(xué)應(yīng)用實(shí)證性研究課題，由各校進(jìn)行申報(bào)。我校于2015年6月申報(bào)成功，并被列為省重點(diǎn)課題。

高中物理實(shí)驗(yàn)箱集便捷、前瞻、新穎、全面系統(tǒng)、兼容、耐用于一體，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足，可推動(dòng)和深化課堂教學(xué)改革，提高課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)教師演示實(shí)驗(yàn)的功效，提高學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱實(shí)用性研究可推動(dòng)學(xué)校教育裝備現(xiàn)代化建設(shè)，促進(jìn)現(xiàn)代化教學(xué)手段與當(dāng)代課堂教學(xué)手段的有機(jī)融合。通過(guò)初步的使用與研究，我們認(rèn)為高中物理實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)用性突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一、內(nèi)容全面，成本低廉，使用靈活、方便

我們課題研究所使用的高中物理實(shí)驗(yàn)箱一套共13類(lèi)，內(nèi)容涉及運(yùn)動(dòng)與力、相互作用、曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、靜電場(chǎng)、恒定電流、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電學(xué)傳感器、物態(tài)與物態(tài)變化、光學(xué)、氣體與熱力學(xué)定律、分子運(yùn)動(dòng)理論等，這些實(shí)驗(yàn)不僅基本涵蓋了高中物理的主要內(nèi)容，同時(shí)還涵蓋了諸如機(jī)械傳動(dòng)等課本以外的內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)箱成本低廉，便于在一般學(xué)校推廣。每一類(lèi)實(shí)驗(yàn)箱自成一體，一拎就走，是隨堂分組實(shí)驗(yàn)和各級(jí)各類(lèi)教學(xué)公開(kāi)課的首選裝備。它不占過(guò)多的空間，取用方便，和推廣使用已久的小學(xué)、初中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)箱類(lèi)似（圖2所示為運(yùn)動(dòng)和力實(shí)驗(yàn)箱）。

二、有效提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可觀測(cè)性

平常的教學(xué)中，更多的實(shí)驗(yàn)是老師在講臺(tái)上邊講邊演示，學(xué)生離得較遠(yuǎn)，許多現(xiàn)象一閃而過(guò)，只有老師和前排的同學(xué)能看得到。通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱的運(yùn)用，可以讓每一個(gè)同學(xué)都能充分接觸和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可多次重復(fù)觀察相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而更加便于老師的分析和講解，更加便于學(xué)生的觀察、理解和記憶。

三、有效增加課堂互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生積極動(dòng)手、動(dòng)腦，增強(qiáng)小組協(xié)作和師生互動(dòng)

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)以前，許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生無(wú)法觀察到，特別是坐在后排的學(xué)生很容易開(kāi)小差，跟不上老師的節(jié)奏。老師講課時(shí)大多是按照事先備好的內(nèi)容依次進(jìn)行，一定程度上就是在“瞎講”，很難做到“以學(xué)生為中心”。

在運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)箱輔助教學(xué)以后，一切現(xiàn)象就在身邊，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情被大大調(diào)動(dòng)。為了能夠完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，觀察到相關(guān)的現(xiàn)象，得出相應(yīng)的結(jié)論，學(xué)生們緊跟老師的節(jié)奏和思維，積極觀察和思考，加強(qiáng)和老師的交流。由于很多的結(jié)論和規(guī)律是通過(guò)學(xué)生自己觀察和分析和得出的，學(xué)習(xí)印象深刻，課堂教學(xué)效率得到了極大的提高。

四、增加學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)會(huì)，促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，促進(jìn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化

俗話(huà)說(shuō)“看人挑擔(dān)不吃力”。平時(shí)很多的現(xiàn)象和結(jié)論是在老師的成功演示和引導(dǎo)之下“順利”完成的，所以學(xué)生無(wú)法感受到實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)和關(guān)鍵之處，很難發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的干擾因素，從而也就無(wú)法引導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、排除干擾、建立物理模型的能力。學(xué)生所學(xué)到的知識(shí)，大多也只能是“紙上談兵”，一旦遇到實(shí)際問(wèn)題就會(huì)傻眼。

在運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)箱輔助教學(xué)以后，所有現(xiàn)象就在眼前，更為關(guān)鍵的是，這些現(xiàn)象不再像老師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)那么理想和明顯。怎樣從實(shí)驗(yàn)中歸納、抽象出相關(guān)的結(jié)論，需要學(xué)生積極思考，主動(dòng)運(yùn)用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行自主分析和小組討論。通過(guò)提高學(xué)生排除干擾、透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)、建立物理模型、理論聯(lián)系實(shí)際的能力訓(xùn)練，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。

五、促進(jìn)學(xué)生在課余時(shí)間積極進(jìn)行自主探究和小型的課題研究

高中物理實(shí)驗(yàn)箱具有“一拎就走”的高度靈活性和適當(dāng)?shù)耐卣剐?，大大地方便和滿(mǎn)足學(xué)生在課余進(jìn)行進(jìn)一步的自主探究和小型課題研究的需求。一般學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室在課余時(shí)間鮮有向?qū)W生開(kāi)放的，導(dǎo)致學(xué)生缺乏進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究的意識(shí)和條件，更別說(shuō)能變通相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理，充分利用身邊的物品進(jìn)行簡(jiǎn)易的探究實(shí)驗(yàn)。高中物理實(shí)驗(yàn)箱正好可以彌補(bǔ)這一缺陷，相當(dāng)于是給學(xué)生準(zhǔn)備了一系列標(biāo)準(zhǔn)工具，能夠保證學(xué)生隨時(shí)用到標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)器材，使研究結(jié)果更具科學(xué)性和可信，也為學(xué)生的研究提供了一些設(shè)計(jì)導(dǎo)向。

例如，機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱的使用，就可以幫助學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和原理，豐富了學(xué)生對(duì)傳動(dòng)連接體系的感知，學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行機(jī)器人等相關(guān)研究設(shè)計(jì)時(shí)，就可能設(shè)計(jì)出更加合理、流暢的運(yùn)動(dòng)型機(jī)械裝置。

六、有效地啟發(fā)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的更新和開(kāi)發(fā)

通過(guò)對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)箱的運(yùn)用，借助于它的設(shè)計(jì)思想，可以啟發(fā)老師們更快更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的更新和開(kāi)發(fā)。例如，在人教版《高中物理教材選修3-2》第28頁(yè)有一道習(xí)題，如圖3所示，用于演示電磁阻尼現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)時(shí)因?yàn)樾A柱形磁鐵磁性不強(qiáng)，并且是被遮擋在不透光的管材內(nèi)部，可見(jiàn)度很差。即使是利用實(shí)驗(yàn)箱中的器材也是如此，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)箱中的器材尺寸太小。但是，實(shí)驗(yàn)箱中是將一個(gè)環(huán)形磁鐵套在鋁管外面來(lái)展示其受阻尼的下落過(guò)程的，這就給了我們很大啟示：至少可以將磁鐵套在金屬管外面來(lái)增大可見(jiàn)度！結(jié)果我們自制成了長(zhǎng)度約為1m的演示器材，可見(jiàn)度高，實(shí)驗(yàn)效果好。

當(dāng)然，任何事物都具有兩面性。通過(guò)隨堂使用和研究發(fā)現(xiàn)，高中物理實(shí)驗(yàn)箱也存在一些明顯的不足（不實(shí)用）之處。

1.尚處于研發(fā)階段，制作較為粗糙，不夠美觀和耐用

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)為初期產(chǎn)品，很多實(shí)驗(yàn)器材制作尚較粗糙，例如，“氣體與熱力學(xué)定律”實(shí)驗(yàn)箱中驗(yàn)證“玻馬定律”的類(lèi)似于醫(yī)用注射器的裝置，由于推桿是用塑料制成，跟外筒間的摩擦就較明顯，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，且不夠結(jié)實(shí)耐用，如果能改成光滑的金屬管會(huì)更美觀、實(shí)用些。

2.部分實(shí)驗(yàn)器材尺寸過(guò)小，不利于充分展示相關(guān)現(xiàn)象

考慮到是分組實(shí)驗(yàn)用，所以實(shí)驗(yàn)器材的尺寸相對(duì)都不大，例如前文中提到的電磁阻尼演示裝置，由于演示時(shí)間太短，對(duì)相關(guān)現(xiàn)象的展示就顯得不夠充分。

3.部分實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)并不科學(xué)

由于考慮到方便實(shí)驗(yàn)和整體的美觀性，很多器材都采用了卡通插頭和插座，但跟現(xiàn)實(shí)生活中的連接情景就相去較遠(yuǎn)，不夠直觀，不夠?qū)嶋H。例如“恒定電流”實(shí)驗(yàn)箱中的電路連接實(shí)驗(yàn)，相關(guān)的器件做得過(guò)于粗大，插裝好后，重疊過(guò)多，明顯缺乏電路的整體感。

4.課題的研究周期太短，不利于應(yīng)用和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，商業(yè)性明顯

由于實(shí)驗(yàn)箱的推廣帶有一定程度的商業(yè)利益，所以盡管本課題于2015年11月才申報(bào)成功并順利進(jìn)行開(kāi)題論證，但江蘇省教育裝備與勤工儉學(xué)管理中心和江蘇省中小學(xué)教研室給我們的研究周期只有一年，有部分實(shí)驗(yàn)箱尚不能經(jīng)過(guò)課堂的充分實(shí)踐論證，從而不利于問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和裝置的改進(jìn)，并有相當(dāng)?shù)囊恍┭芯砍晒茨艿玫匠浞煮w現(xiàn)。