論微型實驗在物理教學(xué)中的應(yīng)用

田素云

摘? 要： 物理是一門以觀察和動手實驗為主的基礎(chǔ)學(xué)科，學(xué)生在物理課堂中通過觀察與操作，獲得對知識的理解和應(yīng)用，從而培養(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。在物理教材中有很多物理微小實驗，有的是簡易分組小實驗，有的是演示小實驗。小實驗因其簡單、快捷、直觀、易操作、有趣等特點，是提升物理課堂教學(xué)效率、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效手段。文章主要從理論上闡述微型物理實驗的特點和作用，并結(jié)合筆者在物理教學(xué)中的實例，對微型實驗的幾個具體問題進行探討。

關(guān)鍵詞：微型實驗;物理教學(xué);科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）4-0070-3

所謂微型實驗，指的是器材成本低、操作簡易、現(xiàn)象明顯的實驗。它可以是隨堂演示的小實驗，也可以是課外家庭小實驗;可以是教師課堂演示學(xué)生參與觀察分析的“演示小實驗”，也可以是由學(xué)生根據(jù)個人興趣愛好自主探究的趣味小實驗。微型實驗由于其獨特的特點，是提升物理課堂效率、培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效手段。

1? ? 微型物理實驗的特點

與常規(guī)實驗相比較，微型物理實驗具有明顯的特點，并逐漸被人們所重視，在物理習(xí)題教學(xué)和課堂教學(xué)領(lǐng)域中占有重要的地位。微型實驗具有以下特點。

1.1? ? 微型實驗儀器成本較低，取材方便

微型實驗所利用的器材，基本上都是日常生活用品、玩具或廢舊物品，比如易拉罐、橡皮、氣球、直尺、細繩、乒乓球、彈簧、水杯等常見的物品都可以成為實驗的材料。這些材料在身邊隨處可見，這大大降低了實驗成本，使得學(xué)生人人參與到物理實驗中成為可能，能真正發(fā)揮學(xué)生的主體性。

1.2? ? 微型實驗操作簡單，現(xiàn)象明顯

簡單易做是微型實驗的鮮明特點，學(xué)生可以根據(jù)物理實驗的目標(biāo)，自己參與實驗方案的設(shè)計，親自進行操作，或者在教師的指導(dǎo)下進行實驗，而不需要按部就班地進行繁雜的實驗過程。其次，這些微型實驗現(xiàn)象比較明顯，易于觀察，明顯的實驗現(xiàn)象讓學(xué)生在動手實驗中感受到樂趣，從而提高學(xué)生做實驗和學(xué)習(xí)物理的熱情。

1.3? ? 微型實驗貼近生活，體現(xiàn)自創(chuàng)

微型物理小實驗可以拉近物理與生活的距離，讓學(xué)生理解物理來源于生活而服務(wù)于生活，從而感受到學(xué)習(xí)物理就是體驗、理解和發(fā)現(xiàn)周圍世界的過程。另外，由于生活物品本來都有各自的價值和功能，用生活物品來做實驗本身就是創(chuàng)新的過程。比如，同一種常見的生活材料可以做哪些實驗，一個物理實驗課題可以利用哪些材料等問題，都是具有發(fā)散性的，可體現(xiàn)教師教學(xué)的個性和自創(chuàng)性。即使教師采用的是他人的實驗方案，對學(xué)生而言同樣具有很好的啟迪作用。例如，對于超重、失重的判斷中，總會有部分學(xué)生混淆速度方向和加速度方向的關(guān)系，對此可以布置學(xué)生回家進行小實驗體驗。比如回家嘗試在臺秤上進行下蹲，觀察臺秤上的示數(shù)變化，增加生活體驗，并用物理知識分析解釋。

2? ? 微型物理實驗在物理教學(xué)中的應(yīng)用

2.1? ? 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲

愛因斯坦說過，“興趣是最好的老師”。物理學(xué)中的概念、規(guī)律都是借助于實驗得到的，因此簡易、真實、形象、生動、直觀、體驗深刻的小實驗?zāi)芙o予學(xué)生豐富的感性認(rèn)識，能通過感官刺激喚起他們對物理學(xué)習(xí)的興趣以及物理問題的深度思考。由于微型實驗儀器可以在生活中找到替代品，學(xué)生面對這些熟悉的實驗儀器，從心理上縮短了與實驗的距離，消除了做實驗的畏懼感，從而激發(fā)學(xué)生的興趣及做實驗的欲望。

【案例1】? 靜電實驗

在進行起電方式的教學(xué)時，可以使用學(xué)生熟悉的物品進行簡易實驗的演示，比如直尺、氣球、兵乓球等。

如圖1所示，將塑料尺懸掛在鐵架臺上，細線應(yīng)系在尺子的中點，并用膠帶在細線與尺子的系點處環(huán)繞2～3圈。將帶電橡膠棒靠近，檢測塑料尺帶上何種電荷。實驗中可以將塑料尺與毛皮摩擦，使塑料尺帶上負電荷，毛皮帶上正電荷。再將塑料尺與塑料袋摩擦，結(jié)果塑料尺帶上正電荷，而塑料袋上有過量負電荷。在課堂上，還可以用氣球簡單展示摩擦起電，將氣球與頭發(fā)摩擦之后，可以輕松吸附在黑板上，學(xué)生看到吸在黑板上的氣球，進而對本節(jié)課的學(xué)習(xí)充滿了興趣和求知欲。

如圖2，可以讓學(xué)生課后進行小實驗，因為在教室里不一定有水源，讓學(xué)生回家嘗試想辦法使塑料尺或者玻璃棒帶上電，靠近細小的水流，會觀察到什么？能否解釋清楚這一現(xiàn)象？

【案例2】 機械能守恒實驗

在講授機械能守恒定律時，可設(shè)計一個小實驗：水桶一個，裝有半桶水，用繩子懸掛，如圖3。請一個學(xué)生在地上站好，雙手扶住水桶，讓它距學(xué)生的鼻子1 cm，然后將小水桶無初速度放開，水桶在重力作用下會擺動起來，水桶遠離學(xué)生以后又會靠近學(xué)生，向?qū)W生撞來。學(xué)生如果沒學(xué)習(xí)過機械能守恒定律，肯定會逃走，如果學(xué)生學(xué)習(xí)過機械能守恒定律，一定會坦然地站在原地。這個實驗必須對科學(xué)有足夠的信任才能保持紋絲不動。我們學(xué)習(xí)了很多科學(xué)知識，但自己對很多知識并不是十分相信，通過這個實驗可以加深學(xué)生對機械能守恒定律的體驗和理解。

2.2? ? 提供豐富的感性材料，突破教學(xué)難點

微型實驗可以針對課堂教學(xué)中的難點進行設(shè)計。例如，在《光的色散》一節(jié)，對于三棱鏡對白光的色散，我們可以利用多媒體投影儀，在背景上用Word或在PPT黑色背景中留出一條白帶，然后將三棱鏡放到上面，就會看到真實的色散現(xiàn)象——人造小彩虹。這樣會讓學(xué)生感受到科學(xué)的神奇。針對學(xué)生的疑難問題或某些思維障礙，可以設(shè)計一些具有引導(dǎo)、啟發(fā)、再現(xiàn)作用的課外小實驗，幫助學(xué)生理解物理教學(xué)中的難點。

【案例3】? 水會灑出來嗎？

如圖4，用細繩系住一塑料桶，在桶內(nèi)裝上半桶水，然后到室外試一試，能否讓水桶在豎直平面內(nèi)做圓周運動，而水桶里的水不會甩出來，并分析、解釋其中的道理。

評析：將裝有水的水桶倒過來，學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗，斷定水一定會流出來。但是，通過實驗卻發(fā)現(xiàn)不管水桶處于豎直平面內(nèi)的任何位置，水都不會流出來，與自己的猜想結(jié)果恰好相反。使學(xué)生對實驗產(chǎn)生了濃厚的興趣，從而引發(fā)思考和探索。

2.3? ? 培養(yǎng)學(xué)生對實驗現(xiàn)象的綜合分析能力

觀察是物理學(xué)的開端，因為人們通過對各種物理現(xiàn)象的觀察、比較、分析、綜合，才得出對一般物理現(xiàn)象的提問、猜想、解釋、推理、論證。培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察的能力是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的一個重要方面。

微型物理實驗為培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力提供了重要途徑。過去課堂上的演示實驗都是由教師一個人做，全體學(xué)生進行觀察，許多實驗現(xiàn)象只有前排的學(xué)生才能看得清楚，多數(shù)學(xué)生對實驗印象模糊。而微型實驗實現(xiàn)了學(xué)生人人動手實驗，這就意味著每位學(xué)生都能觀察到實驗現(xiàn)象。對實驗現(xiàn)象的深入觀察，可以啟迪學(xué)生的思維，是深度學(xué)習(xí)的開始。沒有真實的實驗，學(xué)生就無法深刻理解所學(xué)的物理知識。所以，觀察好實驗現(xiàn)象以后，學(xué)生會自動地分析、深入理解所學(xué)習(xí)的物理知識。

2.4? ? 發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心問題。生活中的小實驗本身就要求學(xué)生不拘泥于書本，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，獨立思考，大膽探索，學(xué)生自主提出實驗方案和方法。微型實驗改變了傳統(tǒng)實驗過于固定的格局，同一課題可以設(shè)計不同的實驗方案，或者讓學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，實驗更具有開放性，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性。

【案例4】? 自制簡易小型電動裝置

在學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)知識以后，可以給學(xué)生布置開放性實驗課題，利用電池做一個簡易的小型電動裝置，通過實驗設(shè)計，體會通電導(dǎo)線如何在磁場的作用下運動。實驗原理：根據(jù)通電導(dǎo)線在磁場中會受到安培力的作用，平行于轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)線受到不同方向的力的作用使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動。器材建議：線圈、漆包線、干電池、導(dǎo)線、磁鐵（或強磁鐵），其他器材可自己補充。在學(xué)生完成實驗探究之后，分享不同的實驗設(shè)計方案，展示實驗成果，并且補充幾個典型的設(shè)計方案。

把漆包線繞成矩形線圈，漆包線在線圈的兩端各伸出約3 cm，然后用小刀刮兩端引線的絕緣漆，一端全部刮掉，另一端只刮上半周或者下半周，按圖5安裝各裝置。電路接通后，線圈轉(zhuǎn)動。讓學(xué)生解釋實驗現(xiàn)象。如果沒有線圈，也可以按照圖6的裝置制作更加簡易的小型電動機。

在此基礎(chǔ)上，教師還可以補充制作趣味性的電動火車的方法：兩端吸有短小圓柱形鋼制強磁鐵的干電池，放入很長的固定在水平桌面的螺旋線圈（由裸導(dǎo)線繞成）內(nèi)，干電池和強磁鐵的“結(jié)合體”就會在螺旋線圈內(nèi)運動。如圖7是簡易“電動火車”的示意圖，圖中只畫出一部分線圈，強磁鐵與線圈在任何位置始終能保持良好接觸。

總之，微型實驗是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，可以讓物理教學(xué)更加生動活潑，內(nèi)容更加豐富充實，讓學(xué)生把知識學(xué)得靈活主動，發(fā)揮了教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的作用。將微型物理實驗引入到物理教學(xué)中，彌補了部分教學(xué)過程中實驗器材不足的缺點，使實驗多元化，并且讓物理知識走進生活，使得學(xué)生的各方面能力都可以得到很大提升。

參考文獻：

[1]谷春生.中學(xué)物理課外實驗與小制作舉例[J].現(xiàn)代物理知識，2010，22（1）：57-58.

[2]張治本.物理小實驗：100個物理小實驗和小制作[M].北京：華文出版社，2000：3.

（欄目編輯? ? 張正嚴(yán)）

收稿日期：2019-01-16

作者簡介：田素云（1963-），女， 中學(xué)高級教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。