改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)器材　拓寬學(xué)生猜想空間

楊柳青　邢長(zhǎng)福

摘? 要 在初中物理教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生有效掌握物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。但一直以來(lái)，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)受限于教材，教師按部就班地帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。初中物理實(shí)驗(yàn)需要大膽創(chuàng)新，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，從而不斷拓寬學(xué)生的猜想空間，提高物理教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 初中物理;實(shí)驗(yàn)器材;創(chuàng)新意識(shí)

中圖分類號(hào)：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）15-0043-03

1 前言

物理是一門(mén)由“物”及“理”的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的基礎(chǔ)，很多物理知識(shí)的獲得都來(lái)自實(shí)驗(yàn)的觀察和實(shí)踐。但是一直以來(lái)，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的都是一種照本宣科的教學(xué)方式，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)造成不利影響。教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生不斷對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材做出改進(jìn)，從而拓寬學(xué)生的猜想空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2 初中物理改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材、拓寬學(xué)生猜想空間的方法

用簡(jiǎn)易器材裝置直觀演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象? 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了教學(xué)儀器工業(yè)的發(fā)展，并使得越來(lái)越多的新型儀器、成套儀器、高檔精密儀器走進(jìn)初中物理實(shí)驗(yàn)課堂。這不僅極大地改善了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，也更好地滿足了學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)需要。但是由于很多實(shí)驗(yàn)儀器比較昂貴，大部分學(xué)校無(wú)法多臺(tái)購(gòu)進(jìn)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為教師一人操作的課堂。此外，整齊劃一的實(shí)驗(yàn)儀器還很容易限制學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，影響學(xué)生想象力的激發(fā)。教師應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材做出改進(jìn)，促使實(shí)驗(yàn)器材向簡(jiǎn)易化的方向發(fā)展，從而更加直觀地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這對(duì)學(xué)生猜想空間的拓寬是有一定幫助的[1]。

如購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)洛倫磁力演示儀需要幾百元錢(qián)，而利用一個(gè)大燒杯、一只永磁體、一臺(tái)學(xué)生電源，在燒杯中裝入硫酸銅溶液，將電極插入，燒杯的上部放上磁鐵，這樣在電源接通后，就可以發(fā)現(xiàn)溶液之中形成環(huán)流;然后只需通過(guò)觀察溶液上的泡沫運(yùn)動(dòng)，就可以說(shuō)明左手定則。這樣的實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)方式，不僅省去了高昂的儀器購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，拓寬了學(xué)生的猜想空間，對(duì)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)有諸多益處。

用新產(chǎn)品改進(jìn)、優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)? 物理作為學(xué)生在初中階段學(xué)習(xí)的一門(mén)重要學(xué)科，新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出“物理演示實(shí)驗(yàn)要貼近現(xiàn)代生活，反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)生的智慧思維”。因此，教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)時(shí)，應(yīng)多關(guān)注新興物理材料、物理產(chǎn)品，從而用新材料和新產(chǎn)品改進(jìn)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，這樣不僅可以更好地幫助學(xué)生加深對(duì)現(xiàn)代物理技術(shù)的認(rèn)識(shí)，而且有助于學(xué)生猜想空間的拓寬。

發(fā)光二極管是一種常見(jiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，它與普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，卻比傳統(tǒng)發(fā)光原件體積更小，工作電流、電壓更低，發(fā)光更加穩(wěn)定。因此，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師若是可以使用發(fā)光二極管替代普通發(fā)光原件，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器裝置改進(jìn)，往往可以實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。如把兩只顏色不同、方向相反的發(fā)光二極管串聯(lián)在電路之中，并將其代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)光原件檢流計(jì)，這樣就可以更好地用其演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象。由于發(fā)光二極管比傳統(tǒng)發(fā)光原件響應(yīng)速度快，因此得到的實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更加理想，不僅優(yōu)化了初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還在很大程度上拓展了學(xué)生的猜想空間。

實(shí)驗(yàn)儀器一物多用，激發(fā)創(chuàng)新精神? 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、一物多用的能力，因此，教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)時(shí)，可以進(jìn)一步擴(kuò)大傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的用途，從而使陳舊的教學(xué)儀器發(fā)揮出新的作用。這將會(huì)為教學(xué)注入更多的生機(jī)活力，并促使學(xué)生的創(chuàng)新精神得到激發(fā)。如在熱機(jī)的原理實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)中，特級(jí)教師宋維軍老師就曾帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作改進(jìn)：使用生活中常見(jiàn)的廢舊易拉罐作為實(shí)驗(yàn)器材，把易拉罐密封，找一個(gè)適當(dāng)位置打一個(gè)小孔，通過(guò)小孔用注射器向易拉罐中注入少量的水;在小孔的上方固定一個(gè)小葉輪;將易拉罐放在酒精燈上加熱，當(dāng)產(chǎn)生水蒸氣時(shí)，借助蒸汽的噴射力量，小葉輪就會(huì)飛速旋轉(zhuǎn)。這樣的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方式極大地拓寬了學(xué)生的猜想空間。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，不同角度演示物理實(shí)驗(yàn)? 在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生從不同角度、不同側(cè)面去觀察物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征，從而加深對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)體會(huì)。因此，教師在帶領(lǐng)學(xué)生改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，應(yīng)確保改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器裝置可以從不同角度演示物理實(shí)驗(yàn)，這是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化創(chuàng)新的重要體現(xiàn)。如在講解“受熱碰撞”方面的物理原理時(shí)，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做出改進(jìn)，嘗試用固體、液體、氣體等不同材料去對(duì)熱脹冷縮的現(xiàn)象做出說(shuō)明，這樣可以幫助學(xué)生更加全面地認(rèn)識(shí)理解知識(shí)，從而拓寬學(xué)生的猜想空間。

需要注意的是，多角度實(shí)驗(yàn)演示的實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)，并不是機(jī)械重復(fù)、無(wú)效重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，教師每一次的實(shí)驗(yàn)儀器材料改進(jìn)，都應(yīng)該確保為學(xué)生提供一個(gè)新的信息，確保學(xué)生在原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上增添新的知識(shí)內(nèi)容理解[2]。如在“布朗運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示中，筆者就從教學(xué)目標(biāo)要求出發(fā)，通過(guò)對(duì)原有實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，綜合運(yùn)用三種實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段說(shuō)明布朗運(yùn)動(dòng)機(jī)理，得出“布朗顆粒不停做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)”這一結(jié)論，從而使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理產(chǎn)生更加深刻的理解。

3 初中物理改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材、拓寬學(xué)生想象空間的案例

觀察“水沸騰實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)? “水沸騰實(shí)驗(yàn)”是學(xué)生初步接觸物理知識(shí)時(shí)學(xué)習(xí)的一個(gè)很基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)。以往帶領(lǐng)學(xué)生觀察“水沸騰實(shí)驗(yàn)”時(shí)，一般是按照教材實(shí)驗(yàn)操作要求按部就班地進(jìn)行，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，教材中提出的實(shí)驗(yàn)方法存在一定缺陷，需要進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器做出改進(jìn)。

1）原實(shí)驗(yàn)缺陷。原實(shí)驗(yàn)使用大燒杯盛水，用酒精燈隔著石棉網(wǎng)加熱，若要使水達(dá)到沸騰的狀態(tài)，需要很長(zhǎng)的時(shí)間。雖然可以直接用熱水加熱，以縮短實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，但是一旦水溫達(dá)到95 ℃，上升就會(huì)變慢;若將實(shí)驗(yàn)中使用的水量減少，氣泡現(xiàn)象又變得不明顯。此外，在撤去酒精燈時(shí)，由于石棉網(wǎng)還有一定的余熱，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)燒杯中的水不會(huì)立刻停止沸騰，導(dǎo)致他們產(chǎn)生誤解 [3]。由此可以看出，教材中的原實(shí)驗(yàn)方法不但操作時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還不夠明顯，因此有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器及方法進(jìn)行改進(jìn)。

2）實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)方法。將大燒杯換成4 cm的大試管，并在其中裝入25 ml左右的冷水，然后將溫度計(jì)置于其中，并用酒精燈進(jìn)行加熱;每隔30 s進(jìn)行一次數(shù)據(jù)記錄，這樣就可以在10 min內(nèi)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作。具體實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)裝置如圖1所示。

通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)，會(huì)觀察到這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：水在沸騰前氣泡小而少，且在氣泡上升過(guò)程中，氣泡的下部比上部要大一些;而在水達(dá)到沸騰時(shí)，氣泡多并且大，氣泡上升時(shí)，氣泡下部比上部要小一些;將酒精燈撤走時(shí)，試管中的水會(huì)立刻停止沸騰。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)效果更佳，可以更好地闡釋液體的沸騰現(xiàn)象。學(xué)生不僅會(huì)對(duì)物態(tài)知識(shí)有更加深刻的認(rèn)識(shí)，也可以迸發(fā)創(chuàng)新精神，思維猜想空間不斷拓寬，從而推動(dòng)物理學(xué)習(xí)發(fā)展。

探究“安培力實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)? 猜想是人們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)材料和已知事實(shí)對(duì)未知事物做出的推測(cè)性說(shuō)明。對(duì)于初中學(xué)生而言，猜想能力的培養(yǎng)可以更好地幫助他們加深物理知識(shí)探索，促使他們?cè)诓孪肱c質(zhì)疑的過(guò)程中向真理靠近。因此，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中幫助學(xué)生不斷拓寬猜想空間十分重要。筆者曾結(jié)合“安培力實(shí)驗(yàn)”，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力。

第一次實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)時(shí)，準(zhǔn)備長(zhǎng)度為5.8 cm的軌道、寬度為3.5 cm的U形磁鐵、長(zhǎng)度為8 cm的鋁棒、0～20 Ω

的滑動(dòng)變阻器、1.5 V的干電池，電路電流控制在0～0.6 A

之間。實(shí)驗(yàn)的目的是判斷安培力的大小，可以為學(xué)生提供這樣的猜想途徑和空間：是否可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器來(lái)改變電流的大小，從而對(duì)安培力的大小做出判斷？在這一提示下，學(xué)生做出如圖2所示的實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)。但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作發(fā)現(xiàn)，由于金屬棒和軌道之間具有一定的摩擦力，因此在啟動(dòng)金屬棒時(shí)必須要用手推動(dòng)，這樣就很難觀察到金屬棒啟動(dòng)的快慢。此外，由于該實(shí)驗(yàn)裝置中只放置了一塊磁鐵，因此很難判斷安培力與磁場(chǎng)中金屬棒之間的有效長(zhǎng)度關(guān)系。這一實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)還存在一定問(wèn)題，需要進(jìn)一步做出改進(jìn)。

第二次實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)時(shí)，整體實(shí)驗(yàn)原理與第一次相同，但是添加了一些實(shí)驗(yàn)裝置，如學(xué)生動(dòng)手制作了一個(gè)邊長(zhǎng)為11 cm、匝數(shù)為50匝的矩形線圈，準(zhǔn)備了四節(jié)干電池（1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V）、兩塊U形磁鐵（每塊磁鐵的寬度為3.5 cm），具體的實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)裝置如圖3所示。

這次實(shí)驗(yàn)儀器裝置改進(jìn)提供了不同的電源，在探究電流與安培力關(guān)系時(shí)，學(xué)生也不再單純依靠滑動(dòng)變阻器改變電流大小對(duì)安培力作判斷，也可以使線圈的邊長(zhǎng)不斷增大，可以在其中放置兩塊磁鐵，從而使實(shí)驗(yàn)觀察的猜想空間加大。這樣的實(shí)驗(yàn)儀器裝置改進(jìn)教學(xué)很好地發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，有助于學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)猜想空間進(jìn)一步拓寬。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要組成部分?，F(xiàn)行的初中物理教材中擁有大量的實(shí)驗(yàn)，但是從近幾年的教學(xué)實(shí)踐看，還存在不少問(wèn)題，一定程度上影響了教學(xué)效果。新時(shí)代的初中物理教師應(yīng)該具有大膽革新的精神，通過(guò)改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)器材，優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)而幫助學(xué)生拓寬猜想空間，提高物理教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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