物理實驗的設計與改進

中學物理教學離不開演示實驗和學生實驗。加強物理實驗教學可以幫助學生形成概念，理解和鞏固物理知識，又能提高學生學習物理的積極性，激發學生學習物理的興趣，獲得物理實驗技能。物理實驗也是驗證物理理論的尺度，在培養學生研究科學的方法和形成辯證唯物主義世界觀中起重要的作用。因此，在物理教學中，在抓好課本的演示實驗的基礎上，進一步根據學生的實際問題結合教材的有關知識設計某些物理演示實驗和學生實驗，是提高物理教學質量的一個課題。現就對有關設計和改進物理實驗內容方面談一點看法。

一、根據疑難設計一些有針對性的實驗

學生在學習物理時，往往在某些章節的內容上遇到困難，原因之一就是雖能看到一些表觀的物理現象，但是對其潛在的物理過程缺乏具體的感知，這就妨礙了對問題的細致分析和深入認識，在學習中造成心理障礙。例如初中物理光學中“光的直線傳播”是基礎，其條件“在均勻介質中”則是本節不可回避的重點。由于學生知識所限，教師講解不宜過深，大多數同學對“均勻”、“不均勻”缺乏理解和比較，對該條件的重要性缺乏認識。針對這種情況，我們在教學中要找出學生在學習上產生困難的癥結之處，想辦法用物理實驗使其顯示出來，學生通過物理實驗的觀察，能順利地理解和掌握有關的學習內容。我們在教學中做了這樣的處理。首先以空氣這種物質為例，介紹通常情況下空氣是均勻的，但在受熱等特殊環境下是不均勻的，然后以圖1所示裝置進行演示：

1 用鐵架臺固定一激光電筒，打開開關，讓其在屏幕上或教室墻壁醒目處(后墻最佳)投一光斑，觀察光斑位置。由于光此時經過的介質——空氣是均勻的，所以沿直線傳播，光斑靜止不動。

2 將點燃的酒精燈放置在激光傳播路徑的正下方。觀察光斑位置有何變化，光在此時經過的介質——空氣不再是均勻的，因而不再沿原來的直線傳播，發生微小偏折，且隨火焰的跳動，空氣的不均勻程度不斷變化，于是，看到光斑在原來位置跳動不定。

3 移出酒精燈，再觀察光斑，光斑又恢復原狀。通過對比不難得出“光在均勻介質中是沿直線傳播”的結論，而其中“在均勻介質中”的條件是必不可少的。

此實驗簡單，現象明顯，很能吸引學生的思維，加深了對重點的理解，實驗也很好地揭示了夜晚星星“眨眼”的奧秘，同時還為學生理解下一章“光的折射”中的“早晨太陽還在地平線以下我們就看到了它”及“海市蜃樓”打下了基礎。

二、以認識規律，設計引入性實驗

初中學生年齡一般在13—15歲之間，尚處在少年時期。心理學告訴我們，少年期抽象邏輯思維的發展雖然占有主要的地位，但具體形象思維仍起重要的作用。針對這些特點，上新課時，可巧妙地設計和選擇一些有趣的小實驗，首先“表演”一次，可迅速集中學生注意力，把學生情緒激發到興奮狀態，有利于新課的教學。

1 在講物體的慣性時，可演示“巧打雞蛋”實驗。

器材：玻璃茶杯(內裝三分之二的水)一個，長方形塑料板一塊，雞蛋一個，小木棒一根。

方法：將塑料板放在盛有水的玻璃茶杯上，盛水的目的是不讓雞蛋落下損壞茶杯。小心地把雞蛋平穩地放在塑料板上，用木棒果斷有力地敲擊塑料板，此時，塑料板被打飛，雞蛋卻豎直落入杯中。看完這一表演，學生的心情由緊張(怕摔壞雞蛋)變為激動，注意力被吸引住了，聚精會神地聽老師講解新課。

2 講平面鏡成像時，可演示“魔術蠟燭”實驗。

器材：帶底座的平板玻璃一塊，等高相同的蠟燭兩支。

方法：把平板玻璃正對學生放在教師講桌中央，在玻璃的對稱直線上且與玻璃等距處，前后各直立一支蠟燭，用火點燃前邊(靠學生的一邊)那支蠟燭，學生會看到后邊那支蠟燭同時燃了起來。這一奇怪現象，使學生興奮起來。

新課完畢，學生已有平面鏡成像的基本原理，教師再次點燃蠟燭。隨后拿走玻璃，學生會恍然大悟。

3 設計和選擇引入新課的實驗應注意三性：

A 科學性：設計和選擇引入新課的實驗要圍繞培養學生學習的興趣，開發智力，培養能力，提高教學質量這個中心。因此，引入新課的實驗，一要緊扣教材內容，二要原理正確有科學性。反對為實驗而實驗，做那些嘩眾取寵而與課文內容毫無關系的實驗。

B 趣味性：由于引入新課的實驗兼有吸引學生注意力的功能，所以這些實驗應具備一定的趣味性。

C 時間性：一堂課的時間短暫，因此，引入新課的實驗時間不宜過長，一般以不超過3—5分鐘為好，以免影響教學任務的完成。

三、設計探索性實驗，培養學生創造性思維

我們在教學實踐中，通過積極探索培養學生物理創造性思維能力的“引導——探索——實驗一掌握”教學模式，把驗證性實驗改為探索性實驗，充分發揮學生的主體作用，努力做到課本讓學生看，實驗讓學生做，思路讓學生想，疑難讓學生議，錯誤讓學生析。例如：彈簧伸長與力關系F=kx，可以設計為探索性實驗。在過程中，引導學生設計實驗、改進方法、分析誤差，讓學生在動手中掌握知識，以培養學生的動手能力，科學探索能力，和獲取信息、傳遞信息、處理信息的能力。

再如，在測電流計內阻的實驗中，我們有意識地把這一實驗改為設計探索性實驗，通過教師引導，由學生自己設計一些實驗電路來完成實驗。一些學生從教材中介紹的方法得到啟發，發揮自己的創造性思維，設計了多種實驗方案，如有的用“替代法”來測，方法如下：先將待測電流計G與另一靈敏電流計G。按圖2-(a)所示電路串聯起來，調節滑動變阻器的滑片P，使G₀滿偏，再用一個電阻箱(標準電阻)R₀取代待測電流計G，其電路如圖2-(6)所示，保持滑動變阻器R的電阻值不變，逐漸調節電阻箱的電阻值，使之由大變小，直到靈敏電流計G₀滿偏。此時電阻箱的讀數值就等于待測電流計G的內阻。有的學生還設計了如圖2-(c)的實驗電路，實質上就是創造性地把圖2-(a)、(6)兩個電路合并為一個，先把單刀雙擲開頭撥到“1”位置，調節R的滑片P，使G₀滿偏，然后把K撥到“2”位置，保持R不變，調節電阻箱風電阻值，直到G₀恢復滿偏，此時電阻箱R₀的讀數值即為待測電流計G的阻值。

在該實驗中，學生設計了多種實驗方案，其中都閃爍著創造思維的火花。老師再對學生提出的各種方案組織學生通過討論、辯析，對合適的加以肯定，不恰當的指出問題，對無法完成的方案說明原因。這類實驗不但鍛煉了學生的實驗能力，而且有效地訓練了學生思維的靈活性，達到培養學生創造性思維的目的。

總之，對物理實驗的設計和改進，調動了學生的主體意識，強化了學生的自我反饋過程，增強了他們從事科學研究和思維發展的自我鑒控，對開發學生的智力是有利的。