知識 趣味 探究
——物理趣味實驗的設計

康良溪

（廈門同安第一中學 福建 廈門 361100）

科技游園活動中的趣味物理實驗部分，是課堂教學的重要補充與延伸，是開放實驗室的一種形式，也是科技游園活動的重頭戲.設計、組織良好的趣味物理實驗，為學生創設賞心悅目、富有情趣的物理意境，誘發他們去思考與探究，并對實驗現象或結果作出科學的解釋，不僅能幫助他們復習、記憶、理解學過的物理知識，培養聯系實際的能力，而且還能開闊眼界，豐富知識，吸引其探索新的物理現象和規律，增強學習物理的志趣，同時也會給他們留下終身難忘的印象.下面擬談我們在實驗的設計上主要做的幾方面工作.

1 精選與設計適合游園活動的趣味實驗

趣味性是科技活動的重要特點，科技活動就是要讓青少年在娛樂中受教育，在愉快的氣氛中把學習科學技術這一艱苦的智力活動，由好奇、興趣轉化為喜好、熱愛、追求，進而上升為自覺探索.為此，我們抓住學生好奇的心理，巧妙地設計、組織、表演新奇有趣的實驗，使他們在愉快的氣氛中探討問題，接受知識.例如，表演手立雞蛋（圖1）.

圖1 表演手立雞蛋

學生會想：橢圓形雞蛋怎樣立起來？表演者用手扶著雞蛋，不停地輕旋著，雞蛋立起來了！提出問題：手立雞蛋包含什么物理知識？請學生參與，一旦表演成功還可以獲一份獎品.于是學生就自動排隊等候，躍躍欲試.

趣味實驗設計的要求：

（1）項目實驗表演的時間不宜過長，因為是活動，表演人員流動性大；

（2）選擇較大的場地，因為參加活動的人不僅有主持人，有參與做實驗的同學，每次做實驗都有一個或多個同學，而且旁邊還會圍著許多觀眾；

（3）實驗的可見度要高，要能夠使所有參與人員都觀察清楚，即能把物理過程的變化現象或規律清晰展示出來；

（4）提供的器材要大一些，不能過于微小，因為場地大，人員多；

（5）被觀察或感受的主體對比要強烈，要有明顯的效果，例如，通過聲音、色彩、圖像等手段來表現；

（6）要確保實驗儀器在活動期間不出或少出故障，實驗操作方法除了技巧外，不能繁瑣；

（7）實驗的難易程度要適宜且要有安全性.難度小，學生不易有興趣；難度大，學生易失去興趣，不愿意再探究下去.

圖2 感受自感現象

例如“自感現象”實驗游戲，參加人數可以是5個、10多個或是全班學生，大家手拉手，首尾的學生各自用一只手接觸串聯電池的兩端.當開關閉合后再斷開，結果大家沒有異常感覺.而當在電路中并聯一個鎮流器，電路如圖2（a），當開關閉合后再斷開，學生有觸電的感覺，幾乎同時叫或跳了起來，但不危險.學生感到這個物理實驗的刺激性、趣味性，又了解其中蘊涵的物理知識，可謂終身難忘！學生實驗如圖2（b）.

在歷史上，刺激的實驗游戲，如大家所熟知的馬德堡半球實驗，旨在證明有大氣壓力存在.1654年5月8日，德國馬德堡市的市民們看到一件令人既驚奇又困惑的事情：他們的市長奧托·格里克把兩個直徑30多厘米的空心銅半球緊貼在一起，用抽氣機抽出球內的空氣，然后用兩隊馬向相反的方向拉兩個半球，“連16匹馬都不能把它們拉開……”市民們驚奇地問：“是什么力量把它們壓合得這么緊呢？”……又如，最壯觀的是18世紀法國人諾萊特在巴黎一座大教堂前所做的表演，諾萊特邀請了路易十五的皇室成員臨場觀看萊頓瓶的表演，他讓700名修道士手拉手排成一行，隊伍全長達900 ft（約275m）.然后，諾萊特讓排頭的修道士用手握住萊頓瓶，讓排尾的握瓶的引線，一瞬間，700名修道士，因受電擊幾乎同時跳起來.在場的人無不為之口瞪目呆，嘆為觀止.諾萊特以令人信服的證據向人們展示了電的巨大威力.

總之，精心設計與組織趣味性強的物理實驗，讓物理科技游園活動呈現的許多新奇的物理現象和近代技術，自然地引起學生濃厚興趣，激發他們的探究心理；活動一旦有收獲，有創新，就會使興趣穩定，就會繼續探究，從而開發智力，提高能力，起到“興趣是最好老師”的作用.

2 設計集知識 趣味 探究于一體的實驗

趣味物理實驗集知識性、趣味性和探究性為一體.在物理實驗表演與探究中，趣味性是手段，不是目的，使學生在輕松、愉快的情境中汲取知識，培養對物理的興趣和探索精神才是目的.我們切不可盲目地一味地追求趣味性，把實驗表演搞成一出毫無思想的鬧劇.我們要把表演與探究有機地結合好，設計實驗項目必須注意這些關系.運用趣味性設計方式，力求使活動內容和形式生動、風趣、幽默，以“新”引趣，以“創”引趣，以“疑”引趣，在趣中長智.例如，氣懸球實驗（或叫氣流頂球實驗，圖3），我們設計許多問題，引導學生積極思考，使他們得到訓練思維、增長知識的機會.

圖3 氣流頂球實驗

（1）問題思考與探究

1）為什么乒乓球（或氣球）會被鼓風機吸住？

2）試分析乒乓球（或氣球）懸浮在空氣中應用了什么原理.

3）試分析乒乓球（或氣球）浮在空氣中時的受力情況和球周圍的氣壓大小.

4）如果氣流豎直向上吹，球將會怎樣？此時受力情況又是怎樣？

5）為什么球同時在旋轉？為什么它會隨氣流（氣柱）在移動？在生活或生產中，有哪些地方，哪些東西利用了這一原理？或者說哪些生活、自然現象可以用這一原理來解釋？

（2）知識運用

1）氣壓的變化對物體的作用力；

2）空氣浮力的工作原理；

3）伯努利原理在氣體中的應用.

像類似實驗，通過“新奇”現象，教師創設“疑問”，引出趣味，備受學生青睞.它有三個特點：

（1）所要研究的現象，貼近生活，學生有親切感，易于引發他們通過實驗去了解其中蘊涵的物理原理；

（2）實驗現象新奇，似乎與情理相悖，但它趣味誘人，能激發學生的好奇心，引發他們探究的欲望.教師可以設計許多問題供學生思考，學生可以在探究過程中得到求知的滿足；

（3）實驗器材簡單，實驗條件及難度不高.

綜上特點，我們設計集知識、趣味、探究于一體的實驗為學生提供探究性學習，最終目的是讓學生對物理實驗探究性本質的理解和提高探究能力，也讓他們的興趣在科學探究的活動中得到發展.

3 精心組織活動 激發學生主動參與

在設計活動項目時，為了激發學生的主動性與參與性，我們根據學生求知欲強、活潑好動的特點，積極創造輕松、民主的氛圍，增強表演者與觀眾的互動關系，鼓勵學生主動參與.例如，事先讓學生自主報名當節目主持人，每個節目1～3人，然后對主持人進行集中培訓，讓他們自主進行操作.

我們要求主持人把節目主持得生動、火爆，以吸引更多的觀眾參與.每個節目都設有展板，主持人要結合展版上的節目簡介，編好解說詞，認真考慮使實驗表演與適時的解說有機地結合起來.解說對觀眾的觀察、思考等活動起著導向作用，應力求簡潔、風趣，富有啟發性.做到動情的介紹，精彩的實驗，創造高潮迭起的效果，吸引同學來參與，把知識性寓于趣味性、探索性中，使觀眾流連忘返，回味無窮.

我們還規定實驗表演與探究和游戲的規則，要求學生（參與的觀眾）在表演開始前，說出對實驗結果的預測，實驗結束后，對現象進行解釋，允許并鼓勵有不同的見解.觀眾參與不僅要會表演，還要了解儀器的結構，能說出其中的物理規律或知識，能按規則完成實驗游戲并回答相關問題就給他一份獎品.

我們組織的科技游園活動 ——趣味物理實驗部分，設計了30余個以中學物理知識為背景的實驗.這些實驗簡單易于操作、趣味性極強，在走廊、操場這些寬敞場地擺出，參與者不僅過了“游戲癮”，還消除了對理科實驗的畏懼心理，建立起對物理學的興趣.教師們說：“讓學生玩這些東西，動手又動腦，和那些幾百上千元的儀器一樣，對培養學生來講都是不可缺少的.”學生有的說，學校的科技活動給了他們展示才能的機會，也給了他們動手制作的信心，在參與中豐富了課外知識，受益匪淺；有的說是校園濃厚的科技氛圍培養了他們的興趣，提高了他們的實踐能力和科學素養.