演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與開發(fā)

張燦明

內(nèi)容摘要：通過(guò)對(duì)初中八年級(jí)、九年級(jí)物理（北師大版）教材上的七個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與開發(fā)過(guò)程介紹闡述做好演示實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，等能力的重要性。

關(guān)鍵詞：演示實(shí)驗(yàn)、紙桌子、暖水壺、廢筆桿和乒乓球、廢日光燈燈絲、靈敏電流計(jì)、泥娃娃、氣體膨脹

物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門自然科學(xué)，觀察和實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)家探究自然現(xiàn)象，研究物理問題的基本方法。特別是初中物理學(xué)科，面對(duì)的是從形象思維向抽象思維過(guò)度的群體，做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)顯得尤為重要。在初中物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和課堂演示實(shí)驗(yàn)，并且課堂演示實(shí)驗(yàn)占主要地位，一共有200多個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，做好每一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)不僅是完成教學(xué)任務(wù)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的基本要求，也是考驗(yàn)物理老師教學(xué)基本功的大課題。

所謂演示實(shí)驗(yàn)，就是教師為學(xué)生演示，并且在操作過(guò)程中對(duì)出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行講解、分析、說(shuō)明。這就要求演示實(shí)驗(yàn)必須操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，可見度大，視覺沖擊效果強(qiáng)。這樣才能將枯燥的物理演說(shuō)變得生動(dòng)有趣，將抽象的概念變得直觀形象，使學(xué)生便于理解記憶，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究物理知識(shí)的興趣。但是在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)北師大版教材配發(fā)的實(shí)驗(yàn)特例中有的演示實(shí)驗(yàn)缺乏趣味;有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不太明顯;有的能見度低不適合教師演示;有的操作困難;有的實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng);有的甚至存在嚴(yán)重的安全隱患，給老師和學(xué)生使用帶來(lái)困難，演示教學(xué)效果大打折扣，為此我通過(guò)自己的摸索研究對(duì)教材中的一些演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大膽的改進(jìn)和拓展，在教學(xué)中取得了滿意的演示效果。下面是我對(duì)幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)歷程與同行分享，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

（1）壓強(qiáng)概念的建立是學(xué)習(xí)壓強(qiáng)知識(shí)的重點(diǎn)，它是描述壓力作用效果的物理量，是對(duì)學(xué)習(xí)力的概念時(shí)，力的作用效果由力的三要素決定的說(shuō)法的補(bǔ)充和完善。壓強(qiáng)概念的合理引入有助于學(xué)生正確建立壓強(qiáng)概念、理解壓強(qiáng)概念。教材上的“利用鉛筆做實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便易行，但視覺沖擊力不夠，大的壓強(qiáng)能夠破壞物體表面的結(jié)果更是難以表現(xiàn)。我使用一個(gè)空的紙箱，不要蓋子，在蓋子的位置糊一張報(bào)紙當(dāng)作上表面，上課時(shí)把紙箱放在講桌上，第一步將一塊實(shí)心黏土磚平放在報(bào)紙上，全班學(xué)生都能看到磚塊穩(wěn)穩(wěn)地靜止在上面，這時(shí)提出一個(gè)問題：如果把磚塊豎起來(lái)放在報(bào)紙上會(huì)怎樣？學(xué)生非常期待看到自己的猜想結(jié)果，第二步，我將磚塊豎起來(lái)慢慢放到報(bào)紙上，松手，結(jié)果磚塊穿過(guò)報(bào)紙砰地一聲跌落箱子中，報(bào)紙被壓破裂了。這樣震撼的視覺沖擊效果使學(xué)生理解了既是壓力相同，當(dāng)受力面積不同時(shí)壓力的作用效果也不相同，順利地引入了壓強(qiáng)概念。

（2）八年級(jí)教材中有聲現(xiàn)象知識(shí)，其中的雙耳效應(yīng)知識(shí)教學(xué)有點(diǎn)難，讓表演的學(xué)生捂住或塞住一只耳朵，利用一只耳朵判斷發(fā)聲體的方位有時(shí)錯(cuò)誤，有時(shí)正確，當(dāng)你期待他做出錯(cuò)誤判斷時(shí)，他偏偏說(shuō)出正確的判斷，使教學(xué)出現(xiàn)意外，原因是在班上使學(xué)生用手捂耳朵，耳朵內(nèi)塞東西等辦法進(jìn)行演示時(shí)“捂和塞”的程度很難把握，難以使這只耳朵完全聽不到聲音，后來(lái)我想到雙層玻璃的隔音作用，利用空的暖水瓶把表演學(xué)生的一只耳朵罩住，讓另一個(gè)學(xué)生站在他被罩住耳朵這一側(cè)說(shuō)話，無(wú)論聲音大還是小，離他遠(yuǎn)還是近，他都會(huì)作出錯(cuò)誤判斷，從而使學(xué)生理解了什么是雙耳效應(yīng)。

（3）在學(xué)習(xí)流速與壓強(qiáng)關(guān)系知識(shí)時(shí)，我準(zhǔn)備了這樣一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，器材：一只空了的筆桿，一段橡皮管，一個(gè)乒乓球。裝配：橡皮管的一端套上筆桿，另一端套上筆頭。表演：上課時(shí)我用嘴含住筆桿那一端，筆頭一端朝上，用力吹氣時(shí)，把乒乓球放筆頭上，乒乓球能浮在筆頭上方一定高度不掉下來(lái)，邊吹起，邊行走，從講臺(tái)一端走到另一端，乒乓球也隨著運(yùn)動(dòng)到講臺(tái)另一端，而不掉下來(lái)。學(xué)生看到老師的表演掌聲雷動(dòng)，群情激動(dòng)，成功達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)的轟動(dòng)效果，起到了為學(xué)習(xí)流速與壓強(qiáng)知識(shí)激趣造勢(shì)功能。

（4）在學(xué)習(xí)導(dǎo)體和絕緣體之間沒有嚴(yán)格界限時(shí)，教材中安排了一個(gè)玻璃導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)。器材：一個(gè)廢燈芯，一個(gè)220V 10W的燈泡，一個(gè)酒精燈，導(dǎo)線和插頭組成圖示中電路，實(shí)驗(yàn)時(shí)把電路接入家庭電路中，點(diǎn)燈沒有發(fā)光，使用酒精燈加熱玻璃心到紅熾狀態(tài)，可以看到燈泡的燈絲發(fā)出微弱的光象通電的電爐絲。證實(shí)玻璃這種材料常溫下是絕緣體，高溫時(shí)變成了導(dǎo)體，即導(dǎo)體和絕緣體沒有嚴(yán)格的界限。該套實(shí)驗(yàn)器材利用家庭電路電源，電壓太高，酒精燈加熱玻璃芯時(shí)玻璃芯常常無(wú)規(guī)律碎裂，給演示操作帶來(lái)極大的安全隱患，我在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都膽顫心驚不知道那一個(gè)時(shí)刻碎裂的玻璃芯會(huì)將帶電的銅絲挑到哪里，很多老師干脆不做演示直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)應(yīng)該的現(xiàn)象和結(jié)果，我做實(shí)驗(yàn)時(shí)還擔(dān)心學(xué)生在家模仿實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)事故，反復(fù)叮囑學(xué)生不得模仿。由于這樣的演示實(shí)驗(yàn)違反了安全性原則，演示起來(lái)很難達(dá)到預(yù)期的效果。我研究了該實(shí)驗(yàn)的目的后將實(shí)驗(yàn)作了修改，器材：兩節(jié)個(gè)干電池，一個(gè)試教電流表（選靈敏電流計(jì)檔），一個(gè)廢燈芯，一個(gè)酒精燈，一個(gè)開關(guān)。組成圖示實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開關(guān)電流表示數(shù)為零，用酒精燈加熱燈芯時(shí)電流表指針慢慢偏轉(zhuǎn)直至滿偏，燈芯離開酒精燈火焰后電流表指針又慢慢回轉(zhuǎn)，直到零刻度位置，再次加熱，電流表指針又開始偏轉(zhuǎn)，這套裝置安全可靠，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，我們組的老師都愿意使用這套器材，這不是也便于推廣嗎。

（5）在學(xué)習(xí)溫度影響電阻大小時(shí)，教材上安排了圖示的演示實(shí)驗(yàn)，器材中使用了一段細(xì)鐵絲，但是，沒有介紹細(xì)鐵絲的粗細(xì)和長(zhǎng)短，隨手撿來(lái)的細(xì)鐵絲裝上去做實(shí)驗(yàn)，常常做不出溫度升高電阻增大的結(jié)果。我使用220V40W廢舊日光燈管中拆下的燈絲代替圖中的細(xì)鐵絲，兩節(jié)干電池做電源做實(shí)驗(yàn)，取得良好的演示效果。連好電路，閉合開關(guān)2.5V小燈泡發(fā)光電路表示數(shù)約為0.2A，把日光燈的燈絲放到酒精燈火焰上加熱立即看到小燈泡亮度變暗直至熄滅，電流表示數(shù)減小。整個(gè)演示操作一分鐘內(nèi)就能觀察到效果。一省時(shí);二效果明顯，三廢物利用取材容易。

（6）泥娃娃尿尿。在學(xué)習(xí)氣體的壓強(qiáng)與溫度關(guān)系時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究問題的欲望，我把一個(gè)陶制的玩具—泥娃娃作為課堂演示器材，一、準(zhǔn)備工作，事先把空的泥娃娃用熱水燙一下，再放入涼水中，幾分鐘后涼水會(huì)在大氣壓作用下從泥娃娃的小雞雞處吸進(jìn)它肚子里。二、上課時(shí)把泥娃娃放到講桌上的凳子上（凳子作試驗(yàn)臺(tái)），用熱水澆泥娃娃的頭部，從泥娃娃小雞雞射出的水會(huì)噴的前排學(xué)生的身上臉上，全體學(xué)生會(huì)興奮地狂笑。笑得前仰后合。老師借勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生分析，水是如何噴出來(lái)的？為什么泥娃娃頭上沒有澆熱水時(shí)水不流出來(lái)？通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和適時(shí)引導(dǎo)水到渠成地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（7）焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。上面的圖片是北師大版九年級(jí)物理中焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)套材，利用該套實(shí)驗(yàn)器材做演示實(shí)驗(yàn)，只能讓個(gè)別學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較長(zhǎng)，這套器材中三個(gè)裝了等質(zhì)量煤油的瓶子一次要使用兩只，當(dāng)利用5Ω和10Ω的電阻做完實(shí)驗(yàn)后再使用期中的10Ω和另一只10Ω的電阻作對(duì)比試驗(yàn)時(shí)兩只瓶子中煤油溫度已經(jīng)變得不同了，如果等先使用的那只瓶子中煤油溫度降回來(lái)要等更長(zhǎng)的時(shí)間，總之缺點(diǎn)主要有：能見度低，全體同學(xué)幾乎都因無(wú)法觀察在干坐著聽匯報(bào)，實(shí)驗(yàn)節(jié)奏松散，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)留給師生分析歸納時(shí)間少。

其實(shí)該實(shí)驗(yàn)的核心原理是利用轉(zhuǎn)換法通過(guò)觀察溫度計(jì)顯示的煤油溫度變化來(lái)確定電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量多少。我們知道氣體受熱體積膨脹程度更大，為什么不讓電阻直接加熱瓶子中的空氣呢？我對(duì)焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)正是基于這樣的思考開展的。原理圖如右圖所示，適當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器使得第一支路中電流是第二支路中的兩倍（或三倍）。溫度計(jì)改為U形管中加水的氣體溫度計(jì)，使用橡皮管把燒瓶和U形管連起來(lái)，橡皮管中間剪斷用三通管連接，多出的口用止水夾控制開閉。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開止水夾1，止水夾2、3止住，閉合電源開關(guān)比較與R2、R3瓶子相連的氣體溫度計(jì)的示數(shù)30秒內(nèi)就能觀察到R3=2R2時(shí)，相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量R3也是R2的兩倍。打開止水夾2、3氣體溫度計(jì)重回原始位置，再止住1、2止水夾還是30秒內(nèi)就能看到氣體溫度計(jì)1升高的溫度是2的四倍（或9倍）從而得出電熱與電流大小的平方成正比的關(guān)系。使用這套裝置一省時(shí)，二全班學(xué)生都能觀察，能見度高，三數(shù)據(jù)直觀準(zhǔn)確，四可以反復(fù)實(shí)驗(yàn)。體現(xiàn)了演示實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要素。

以上是我對(duì)教材中的演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和開發(fā)做的匯報(bào)，教學(xué)中要有教材，要信教材，但不唯教材，活用教材，以達(dá)到最大的教學(xué)效果為唯一目標(biāo)。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生特點(diǎn)有效進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，做好課前準(zhǔn)備，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，從而保證教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

（1）朱道榮《例談物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)》