小議物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

劉昌鳴

摘 要：本文闡述跳出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的俗套，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的途徑，從實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜ジ倪M(jìn)實(shí)驗(yàn).

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科，教師的“教”要得心應(yīng)手，學(xué)生的“學(xué)”能心服口服，實(shí)驗(yàn)是重要手段.在初中階段根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的好奇心、認(rèn)知能力的特點(diǎn)，積極開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的信息收集和整理等基本技能，而且可以培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、動(dòng)手能力.而實(shí)驗(yàn)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使教師的教學(xué)達(dá)到了事半功倍的效果.反之，教學(xué)乏力，學(xué)生厭學(xué).縱觀初中物理的實(shí)驗(yàn)，有的過于平凡，激發(fā)不出學(xué)生的興趣，如“乒乓球放入水里顯示其受浮力的實(shí)驗(yàn)”；有的過于深?yuàn)W，如“氣體對(duì)外做功，水蒸氣的內(nèi)能減少的實(shí)驗(yàn)”，這樣也不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，誘發(fā)不出學(xué)生的潛能.俗話說：“跳一跳能摘到桃子才好”.所以，實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新大有裨益.而現(xiàn)行有的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，不外乎從可視效果、方便操作、因陋就簡(jiǎn)方面入手，這大大地束縛教師的手腳.實(shí)驗(yàn)的思路不開闊，方法不對(duì)路，作品就上不了檔次，效果就不好.要改變這種局面，教師除了要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，深入研究，更重要的是跳出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的俗套和樊籠，敢于叛精離道，才會(huì)產(chǎn)生創(chuàng)新的點(diǎn)子，制作出有新意的作品.

一、實(shí)驗(yàn)思想的改進(jìn)

全日制九年義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）中課程基本理念關(guān)于驗(yàn)證性、演示類和探究性實(shí)驗(yàn)都作這樣的描述：關(guān)于實(shí)驗(yàn)請(qǐng)你做出猜想，然后用已有的儀器或身邊的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證（或否定）你的猜想.從實(shí)驗(yàn)思想上改進(jìn)入手，利用一些簡(jiǎn)單器材，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，可視度大，甚至在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生良好的聽覺效果，學(xué)生才容易記住，增強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)的理解.例如“探究重力勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，以下是“人教版”八年級(jí)物理教學(xué)中一些設(shè)計(jì)：

案例1 在一個(gè)透明的玻璃容器內(nèi)裝上沙子，如圖1所示.實(shí)驗(yàn)一：用一個(gè)鋼球先后從不同高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度（圖1甲）；實(shí)驗(yàn)二：用大小相同質(zhì)量不等的鋼球、玻璃球從同一高度釋放，觀察兩球落在沙子中的深度（圖1乙）.

現(xiàn)象 在實(shí)驗(yàn)一中，鋼球的釋放高度越大，落在沙子中的深度越大；在實(shí)驗(yàn)二中，質(zhì)量大的鋼球落在沙子中的深度大.

結(jié)論 重力勢(shì)能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢(shì)能就越大.

事實(shí) 曾用細(xì)沙子、面粉都做了此實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都不理想.原因是這兩種物品的阻力大，鋼球掉在沙子、面粉里的較淺，學(xué)生無法從正面和側(cè)面看到，教師只能從上面俯視才可比較.由于整個(gè)教室里面的學(xué)生根本看不到，實(shí)驗(yàn)的可視度就差，加上面粉還會(huì)濺出，污染環(huán)境，故此實(shí)驗(yàn)的效果要打上大大的折扣；于是有人進(jìn)行如下兩種的改進(jìn)：

改進(jìn)（一）如圖2所示

（1）重力勢(shì)能的大小無法直接觀察到，所以采用轉(zhuǎn)換法，通過觀察方桌陷入沙中的深淺來判斷重力勢(shì)能的大小；

（2）由實(shí)驗(yàn)可知，圖2甲、乙中物體的質(zhì)量相同，但是從不同高度落下，結(jié)論：物體的質(zhì)量相同時(shí)，高度越大，具有重力勢(shì)能越大.

（3）由實(shí)驗(yàn)可知，圖2乙、丙中物體的質(zhì)量不同，但是從相同高度落下，結(jié)論：物體的高度相同時(shí)，質(zhì)量越大，具有重力勢(shì)能越大.

問題 真正這樣去實(shí)驗(yàn)，讓物塊砸中小方桌的正中難以控制.砸歪了方桌傾倒陷下去的深淺無法比較.即使砸中了有現(xiàn)象但不夠刺激，學(xué)生無法從聽覺和視覺同時(shí)感受到.

改進(jìn)（二） 如圖3所示，用物塊砸插入沙子中相同深度的木樁.

（1）該實(shí)驗(yàn)是通過比較木樁陷入沙中的深淺來判斷重力勢(shì)能的大小.

（2）由圖3實(shí)驗(yàn)可知：物體的高度相同時(shí)，質(zhì)量越大，具有重力勢(shì)能越大；物體的質(zhì)量相同時(shí)，高度越大，具有重力勢(shì)能越大.

問題 小物塊砸中木樁比圖2砸方桌更難，此實(shí)驗(yàn)原理的題目可用作學(xué)生練習(xí)或考試.

改進(jìn)（三） 用雙球、雙軌道進(jìn)行實(shí)驗(yàn).如圖4所示.

（1）用做功的大小判斷勢(shì)能大小代替用破壞力大小判定重力勢(shì)能大小.

（2）學(xué)生可觀察到質(zhì)量不同的兩個(gè)小球從同一高度同時(shí)下滾，碰撞相同木塊，移動(dòng)的距離不同.

（3）學(xué)生可觀察到質(zhì)量相同的兩個(gè)小球從不同高度同時(shí)下滾，碰撞相同木塊，移動(dòng)的距離不同.

問題 前面探究動(dòng)能的大小也是這樣做，只不過是單軌而已，重復(fù)后對(duì)學(xué)生的吸引力差了，激發(fā)不出學(xué)生的興趣，實(shí)驗(yàn)還要涉及做功和能量轉(zhuǎn)化的知識(shí).

改進(jìn)（四） 由于課本對(duì)能量是這樣說：“一個(gè)物體能夠做功，我們就說它具有能量.” 而對(duì)功是這樣描述：“物體在力的作用下，沿力的方向上通過了一段距離，這力就對(duì)物體做了功.”所以，從物體下落時(shí)的破壞力來判斷它的勢(shì)能大小.如圖5所示，是對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的改進(jìn).

取兩個(gè)透明的塑料桶，用橡皮筋把白紙?jiān)o桶口.（1）將體積相同、質(zhì)量不等的塑料球和鐵球分別從同一高度釋放，鐵球砸穿白紙掉入桶中產(chǎn)生“噗”和“嗵”的兩下響聲，塑料球落在塑料桶口的白紙上（圖5甲、乙）；（2）再將塑料球舉高些釋放，塑料球也可將白紙?jiān)掖┞淙胪爸胁a(chǎn)生“噗”和“嘭”的聲音（圖5丙、?。?

評(píng)估

該實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，能直觀地顯示物體重力勢(shì)能與物體質(zhì)量和高度有關(guān).

實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象明顯，可視度大，效果非常理想，學(xué)生反映非常強(qiáng)烈.

二、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

管理學(xué)的二八定律告訴我們20%叫關(guān)鍵因素.做事情時(shí)把20%的關(guān)鍵點(diǎn)抓住了，也許你的工作就事半功倍.實(shí)驗(yàn)方法既具有普遍性又具有特殊性，方法是技巧的樞紐和抓手.教師要打破思維定式，敢于質(zhì)疑，不要盲從權(quán)威，跳出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的俗套.在注重提高實(shí)驗(yàn)的安全性、可靠性的同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)方法上有所創(chuàng)新，極其簡(jiǎn)單的方法，實(shí)驗(yàn)的操作、過程和現(xiàn)象都很新穎，給學(xué)生啟發(fā)或啟迪，學(xué)生課后會(huì)模仿老師開展一些力所能及的實(shí)驗(yàn)，大大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.如“密度與溫度的實(shí)驗(yàn)”.物質(zhì)的密度與溫度有關(guān)，大多數(shù)物質(zhì)在溫度升高時(shí)，體積膨脹，密度變??；在溫度降低時(shí)，體積縮小，密度變大，即熱脹冷縮.為了揭示這一物理規(guī)律， “人教版”教材設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：endprint

案例2 在室溫下吹鼓兩個(gè)氣球，分別把它們放在冰箱的冷藏室和爐火附近，過一會(huì)兒，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？

筆者發(fā)現(xiàn)：把氣球放在爐火旁和冰箱冷藏室?guī)缀蹩床怀鍪裁醋兓?，且不便于課堂演示.

改進(jìn)（一） 有的教材是用“風(fēng)的形成實(shí)驗(yàn)箱”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn).實(shí)驗(yàn)中用蠟燭作熱源，目的是形成溫差，讓空氣流動(dòng)形成風(fēng).但實(shí)驗(yàn)效果也不夠理想，而且有的學(xué)校沒有這一實(shí)驗(yàn)儀器.

改進(jìn)（二） （1）用一個(gè)大塑料瓶，如高橙、雪碧等去底去蓋，再在側(cè)壁用小刀挖一小洞.將一個(gè)小塑料瓶，如娃哈哈等去底，瓶口卡進(jìn)側(cè)壁洞口，并用橡皮泥封嚴(yán).以上材料也可用玻璃小瓶、如口服液瓶、眼藥瓶等代替（如圖6）.

（2）用上述裝置罩在燃燒的蠟燭上，瓶口正對(duì)著火苗，可清晰地看到火苗向一定方向飄動(dòng)，如圖6所示.說明這時(shí)在瓶?jī)?nèi)外形成了溫差即形成了風(fēng).如果再在小瓶底口處點(diǎn)燃蚊香也可看到煙流向大瓶?jī)?nèi).轉(zhuǎn)動(dòng)大瓶，火苗也隨著改變飄動(dòng)的方向.

評(píng)價(jià) 改進(jìn)（二）比改進(jìn)（一）好，但是可視度低些，學(xué)生興趣不大.

改進(jìn)（三） 我自制“孔明燈”來改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)（如圖7甲、乙所示），效果很好.具體操作如下：

酒精燈2盞，黑色塑料袋、打火機(jī)、訂書機(jī)各1個(gè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)先在塑料袋口邊緣訂一圈訂書針（增加塑料袋的重量并降低重心），再將酒精燈點(diǎn)燃，手把塑料袋撐開罩在酒精燈上方，過一會(huì)兒塑料袋中的空氣變成熱空氣，松開雙手，塑料袋就會(huì)慢慢升起來.

三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡母倪M(jìn)

教育的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生具備一定的思維和能力而終生受益；讀書的目的不是求異而是為了求同；實(shí)驗(yàn)的目的是為了使學(xué)生理解物理原理與規(guī)律.在常規(guī)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡母倪M(jìn)，來增強(qiáng)課堂實(shí)驗(yàn)的趣味性，更加吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和學(xué)習(xí)的積極性.

案例3 例在探究“流體流速與壓強(qiáng)”的關(guān)系時(shí)，教材設(shè)計(jì)了這樣幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：①硬幣跳高；②向兩平行放置的紙中間吹氣；③將乒乓球壓入漏斗內(nèi)，用嘴向漏斗細(xì)口吹氣.

實(shí)際情況 實(shí)驗(yàn)①肺活量不夠的人很難吹成功；實(shí)驗(yàn)②學(xué)生不能理解兩平行的紙里外壓強(qiáng)的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)③由于漏斗嘴吹之前要消毒，課堂上不能重復(fù)實(shí)驗(yàn).

采用改進(jìn)方法

（1）電吹風(fēng)吹平衡杠桿一端流線體的實(shí)驗(yàn)

操作方法 先將杠桿的中點(diǎn)支起來并調(diào)節(jié)使其在水平位置平衡（如圖8甲所示），然后在左邊掛上一機(jī)翼模型，然后在杠桿的右端適當(dāng)?shù)奈恢脪焐蠋讉€(gè)鉤碼，使杠桿重新在水平位置平衡.這時(shí)候，用電吹風(fēng)對(duì)著機(jī)翼模型吹風(fēng)，很快機(jī)翼模型向上升起，杠桿向掛鉤碼的那端傾斜（如圖8乙所示）.同樣，將機(jī)翼模型反轉(zhuǎn)過來（相當(dāng)于汽車的導(dǎo)流板）掛在杠桿上，另一端掛鉤碼平衡后（如圖9甲所示）.用電吹風(fēng)對(duì)著機(jī)翼模型吹風(fēng)，很快機(jī)翼模型向下降，杠桿掛鉤碼的那端翹起（如圖9乙所示）.顯然，實(shí)驗(yàn)揭示了“流體流速越大，壓強(qiáng)就越小”的規(guī)律，機(jī)翼產(chǎn)生向上的升力，汽車導(dǎo)流板產(chǎn)生向下的壓力.

創(chuàng)新之處 平衡杠桿的失衡顯示飛機(jī)的機(jī)翼和汽車的導(dǎo)流板氣流的作用下分別產(chǎn)生了升力和向下的壓力——實(shí)驗(yàn)的趣味性增強(qiáng)；這套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很好操作.

（2）電吹風(fēng)吹乒乓球的實(shí)驗(yàn)

操作方法：先將電吹風(fēng)的低檔風(fēng)速打開，讓風(fēng)口朝上，再將乒乓球小心翼翼的放在風(fēng)口上面一些，直至乒乓球懸浮在風(fēng)口上方（如圖10所示）.實(shí)驗(yàn)表明“流體流速越大，壓強(qiáng)越小”.改進(jìn)之處：這個(gè)實(shí)驗(yàn)比“用嘴吹漏斗中的乒乓球”容易操作，可視度大，趣味性更強(qiáng).學(xué)生回家后可重復(fù)演示并深入觀察和研究規(guī)律.

四、后記

初中物理教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原則：一是“直觀”.讓學(xué)生能從演示實(shí)驗(yàn)中直接觀察到物理過程，認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象本質(zhì)，避免拐彎抹角；二是“明顯”.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過程要顯著；三是“簡(jiǎn)單”.演示器材盡量少，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，操作盡量簡(jiǎn)便，不必過分追求儀器的精密、先進(jìn)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜；四是“可靠”.確保演示實(shí)驗(yàn)一次成功.只要在物理教學(xué)中通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的不斷探究、改進(jìn)和實(shí)踐，就能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中的重要作用，并能達(dá)到良好的教學(xué)效果.

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部審定的義務(wù)教育教科書九年級(jí)《物理》全一冊(cè)[M].人民教育出版社， 2015，5.

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[3]高善剛.高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)策略[J].中學(xué)物理，2016（11）：10-11.endprint