多角度、多用途、多方法挖掘低成本物理演示實驗

黃花香

【摘要】開發(fā)低成本物理演示實驗不僅解決了貧困地區(qū)物理實驗教學(xué)的燃眉之急，而且促進了整個物理實驗教學(xué)的新發(fā)展。為了讓物理課堂更加貼近生活，更加生動活潑，更能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，我們應(yīng)該從“多角度、多用途、多方法”來全面審視低成本物理演示實驗，發(fā)揮教師的能動性和創(chuàng)造性，挖掘生活中潛在的物理知識，創(chuàng)造親切有趣的物理實驗。

【關(guān)鍵詞】演示實驗;低成本;多角度

開發(fā)低成本物理演示實驗不僅解決了貧困地區(qū)物理實驗教學(xué)的燃眉之急，而且促進了整個物理實驗教學(xué)的新發(fā)展。低成本演示實驗，既能為教師開拓一條自主創(chuàng)新實驗的道路，可以彰顯個人風(fēng)采，又為學(xué)生搭起了一條物理和生活的橋梁，可以充分開發(fā)學(xué)生的智力因素。

低成本演示物理實驗不是實驗器材的簡單替代而是實驗裝置的進一步簡化， 這種簡化是高智慧、高技術(shù)和高教育價值的創(chuàng)新。為了讓物理課堂更加貼近生活，更加生動活潑，更加能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，我們應(yīng)該從“多角度、多用途、多方法”來全面地審視低成本物理演示實驗，發(fā)揮教師的能動性和創(chuàng)造性，挖掘生活中潛在的物理知識，創(chuàng)造親切有趣的物理實驗。

一、挖掘同一材料的多種用途

低成本物理演示實驗的材料來源于生活中，生活用品、廢舊物品、廉價材料、兒童玩具、報廢儀器等，都可以成為設(shè)計者手中的寶。這些不僅增加了實驗的真實感、可信度，提高學(xué)生的環(huán)保意識，而且縮短了實驗與學(xué)生間的距離， 讓學(xué)生感覺到物理就在身邊，只要留心生活，自己也能成為一個創(chuàng)造者。

生活中一個硬幣、一個玻璃杯、一個礦泉水瓶……對我們來說是再普通不過的了，但是經(jīng)過一番“拼拼湊湊”，就能成為演示某個知識點的實驗，而且換個角度，可能又是另外一個實驗，這就是低成本實驗的精妙之處，所以多角度地去挖掘材料，成為開發(fā)低成本實驗的一個重要環(huán)節(jié)。

下面是關(guān)于利用同樣的材料，可以演示不同實驗的兩個例子。

1.自制陀螺的應(yīng)用

陀螺是一種常見的兒童玩具，用一個帶螺母的螺絲和一張硬紙片，也可以制成一個簡易的陀螺。在演示顏色的混合時，可以將自制陀螺用色筆平均地涂上紅黃藍或紅藍綠等三種顏色（如下圖），轉(zhuǎn)動陀螺，就可以看到三種顏色的混合會產(chǎn)生什么顏色。這個實驗不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且可以啟發(fā)學(xué)生去探究不同顏色之間的混合。

相同的裝置，可以用于制作演示圓周運動方向的“墨水旋風(fēng)”。轉(zhuǎn)動簡易陀螺，等陀螺旋轉(zhuǎn)了一會逐漸穩(wěn)定后，從陀螺的正上方用滴管滴墨水，墨水由于離心作用飛出陀螺灑在白紙上，在白紙上顯示的就是圓周運動的切線方向（如圖）。學(xué)生很容易被灑在白紙上的墨水吸引，其實，這是和旋轉(zhuǎn)雨傘，雨水沿切線方向灑出來的原理是一樣的，通過這些像玩具一樣的有趣的實驗，使學(xué)生對物理更感興趣，建立一種從玩具中也能發(fā)現(xiàn)物理知識的意識。

2.礦泉水瓶的妙用

礦泉水瓶，是開發(fā)低成本演示實驗的一個重要的資源，在一個礦泉水瓶的底部用針刺幾個小孔，就是一個可以多用的實驗器材。作為“魔瓶”，可以用于引入大氣壓強，旋緊瓶塞，由于大氣壓強的存在，下面的小孔不會漏水。在教學(xué)中可以設(shè)置一個情境，“打開魔瓶會出現(xiàn)什么呢？”可以調(diào)動學(xué)生的積極性。

在演示超重失重實驗的時候，可以提出疑問，當(dāng)魔瓶做自由落體運動，水是否會漏出來？通過演示這個實驗，可以說明在失重狀態(tài)下，水和瓶之間是沒有相互作用的。

用一個還沒打孔的礦泉水瓶，加一條繩子綁在瓶頸上，保持瓶蓋打開，就可以演示“水流星”， 用手牽引著繩子的另一端圓周甩動繩子使瓶子進行圓周運動。當(dāng)達到一定速度時發(fā)現(xiàn)即使瓶子達到最高點倒立過來時。當(dāng)在瓶子底部穿一些孔，用手牽引著繩子的另一端圓周甩動繩子使瓶子進行圓周運動，水就會從小孔飛出，形成水流星。

相同的演示器材，從不同的角度上，根據(jù)器材的多種特性，有時候做出一點點改動，適當(dāng)?shù)靥砑踊驕p少一些物品，可以創(chuàng)造出多個物理演示實驗，帶給學(xué)生很多的意外驚喜，也讓學(xué)生在潛移默化中形成一種多角度去看待問題，多角度去思考實驗的能力。

二、挖掘同一實驗包含的多個知識點

同一個演示實驗往往包含不止一個知識點，但是很多教師在上課的時候只看到跟課時相對應(yīng)的知識點。帶著挖掘一個實驗的多個知識點這個想法去看待低成本實驗時，更能發(fā)現(xiàn)實驗的價值。同時在教學(xué)中，也更能抓住學(xué)生的眼光，為后面知識點的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，消除學(xué)生學(xué)習(xí)的陌生感。例如，“自己會走的杯子”這個實驗就能夠說明此問題。找一塊玻璃板，放在水里浸一下，然后一頭放在桌上，另一頭用幾本書墊起來（高度3～4 厘米）。將一只玻璃杯，杯口沾些水，倒扣在玻璃板上。（如圖）

手拿點著的蠟燭去熏燒杯子的底部，就會發(fā)現(xiàn)玻璃杯竟會自己往下走去。（如圖）

這個實驗首先涉及到氣體的熱脹冷縮和重力的知識，當(dāng)燭火熏燒杯底的時候，杯內(nèi)的空氣漸漸受熱膨脹，要往外擠。但是，杯口是倒扣著的，又有一層水將杯口封閉，熱空氣跑不出來，只能將杯子頂起。在自身重量的作用下，就自己下滑了。同時，此實驗也涉及到摩擦力的知識，這就跟模擬氣墊船的原理相似了，當(dāng)還沒有燭火熏杯底的時候，玻璃杯靜止在斜面上。當(dāng)用燭火熏杯底的時候，杯內(nèi)的空氣膨脹，就形成氣墊頂住杯子，杯子所受摩擦力減小了，由于重力的作用往下滑。從不同的角度和知識點去分析實驗，可以讓學(xué)生學(xué)會如何更好地應(yīng)用所學(xué)知識，同時，也可以讓學(xué)生在潛移默化中養(yǎng)成這種分析問題的習(xí)慣。

三、挖掘同一知識點的多種演示方法

在開發(fā)低成本演示實驗的時候要挖掘同一知識點的多種演示方法，使實驗在不斷的改進與創(chuàng)新中得到完善，對課堂形式的多樣化，以及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高是很有幫助的。對于某個新知識的學(xué)習(xí)不要在學(xué)生毫無思想準備時冒然地強加給學(xué)生，而應(yīng)想辦法通過一些對學(xué)生來說簡單但熟悉的材料把有趣的意料不到的現(xiàn)象擺在他們面前，使他們的認知結(jié)構(gòu)發(fā)生激烈沖突，在他們感覺到尋找其它知識來解釋他們所面臨的現(xiàn)象必要時，再開始新知識的學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)聲音的時候，我們最常用自制樂器來引起學(xué)生的注意，讓他們尋求新知識來解釋這些樂器發(fā)聲的原理。

1.自制樂器，用酒瓶來制作水瓶琴是比較常見的，將幾個酒瓶根據(jù)經(jīng)驗裝上不同體積的水使其依次發(fā)出1 2 3 4 5 6 7 1然后將它們掛在支架上，用一支鐵棒敲擊酒瓶就可以發(fā)出悅耳的聲音。（如圖）

上面的水瓶琴例子是由于由于瓶子的振動，裝上水后，杯壁的振動受到阻礙，改變了杯壁的振動情況，裝水越多敲擊時發(fā)出的聲音的音調(diào)就越低。

2.除了用酒瓶制作水瓶琴以外，還可以試著用吸管等物品制作笛子，可以用這樣的笛子來吹奏出樂曲。

制作方法：把吸管的一端壓扁后，剪成右圖中的形狀。用嘴唇夾緊吸管并往里吹氣。吸管發(fā)出聲音。把吸管的下端剪短1～2cm后，吸管發(fā)出的聲音變得比剛才尖銳了。隨著吸管不斷被剪短，聲音也會不斷地變得更尖銳。

下面，用原來長度的吸管進行實驗。把吸管接在一起，接口處用透明膠帶固定。這時，吸管發(fā)出的聲音變低沉了。繼續(xù)連接吸管，2支、3支......

拿出1支原來長度的吸管，把另一支比它稍稍大一點的吸管套在上面。這樣，通過推拉就可以調(diào)整吸管的長度。這種調(diào)整音調(diào)的原理與長號相同。

把原來長度的吸管剪成2段。在距離吸管下端2cm和3.5cm的地方用燃燒的蚊香分別點出一個小孔。先用手指按住小孔，然后由下至上放開手指，可以依次聽到“多、來、米”三種聲音。

3.還有一些更加簡單但是卻能說明問題的例子可以演示聲音的產(chǎn)生與傳播，例如，會唱歌的紙杯。如下圖：

它所需材料只是：紙杯、火柴、線、蜂蠟在一只紙杯底穿一個孔，把一段線穿過去，然后在里面用半根火柴橫著把它固定住，線上抹上蜂蠟（用蠟燭即可）。

演示時用拇指和食指去摩擦細繩，就會聽到紙杯開始吱嘎吱嘎、嗡嗡的唱歌。

這是因為發(fā)粘的蠟在手指抽動中摩擦。這個壓力差別傳遞到了杯底，杯底像薄膜一樣發(fā)生震蕩，并在空氣產(chǎn)生聲波。

以上三個實驗中，“簡單有趣的笛子”聲音的產(chǎn)生是由于空氣柱的振動產(chǎn)生的，那么，大多數(shù)學(xué)生會認為：用棒敲瓶子發(fā)出的響聲也是瓶中空氣振動產(chǎn)生的，并且認為瓶子裝水越多瓶中的空氣柱越短，音調(diào)越高;也有的認為是水振動產(chǎn)生的，并且裝水越多的瓶子音調(diào)越高，這就引起了學(xué)生探究的興趣。敲水瓶琴發(fā)出的聲音不是空氣柱振動產(chǎn)生的。因為用嘴吹笛子和用筷子水瓶琴發(fā)出的音色不同，吹笛子是空氣柱振動，敲水瓶琴一定不是空氣柱振動。敲水瓶琴發(fā)出的聲音不是水振動產(chǎn)生的而是瓶子振動產(chǎn)生的?？捎每曜臃謩e敲空瓶子和裝水最少的瓶子，它們發(fā)出聲音的音色相同，只是敲空瓶子的聲音音調(diào)高。因此，敲水瓶時是瓶子振動，裝上水后，杯壁的振動受到阻礙，改變了杯壁的振動情況，裝水越多敲擊時發(fā)出的聲音的音調(diào)就越低，會唱歌的紙杯卻是杯底的震蕩發(fā)出的聲音。

同一個知識點的多種演示方法逐步樹立起了“實踐出真知”的唯物主義思想。長此以往，學(xué)生對探究和實驗就會越來越感興趣，進而形成志趣，達到自主學(xué)、主動學(xué)、我要學(xué)的教學(xué)境界。

四、增加趣味性，讓演示實驗與教學(xué)相輔相成

物理學(xué)中，很多現(xiàn)象是無法直接觀察到的，比較抽象，學(xué)生只能在實驗的基礎(chǔ)上通過分析推理來理解抽象概念。所以，學(xué)生最直觀的感性認識來源于教師的演示。演示實驗的趣味性會增加學(xué)生得學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)“光沿直線傳播”一課時，學(xué)生對小孔成像這一現(xiàn)象的理解較為困難。結(jié)合我校實際，筆者利用PVC水管制作了較為龐大的小孔成像演示儀。此教具可視范圍大，提高了演示實驗的可見度，給學(xué)生視覺的沖擊，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果顯著。

學(xué)習(xí)任何科學(xué)概念都需要一個認識發(fā)展的過程，只有當(dāng)科學(xué)概念形成的結(jié)構(gòu)比較符合學(xué)生的認知水平時才易于掌握。演示實驗就是讓科學(xué)概念由抽象到具體的一個過渡，發(fā)揮演示實驗的主導(dǎo)作用，可以收到事半功倍的效果。

[本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“初中物理教學(xué)中演示實驗有效性研究”（課題批準號：2017YQJK099）研究成果]

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