開發自創性實驗的策略

王愛生，丁長泰

（1.前郭縣蒙古族中學，吉林松原131100；2.四平市第十七中學，吉林四平136000）

物理教學離不開實驗.從教師教學的角度來說，實驗承載著物理知識，是呈現知識的手段.從學生學習的角度來說，實驗為學習物理知識提供了方法，并能提高學生的學習興趣、培養學生的科學世界觀和創新思維.因此，實驗的開發與創新顯得尤為重要.本文結合教學實踐，談談開發自創性實驗的幾種策略.

1 加，添加必要因素

為了提高演示實驗的效果，可根據需要添加必要的實驗或實驗因素，如光的反射學習中只有反射規律的探討實驗，沒有反射現象的演示和欣賞，特別是“光路可逆”的知識點，教材只用了一句話代過，而在實際教學時，可以將較大的平面鏡立在講桌上，讓學生相互找同桌，這個實驗很好地闡釋了光路可逆現象.在教授氣體壓強與體積的關系實驗時，教材的方法是教師將注射器的活塞抽出一半后，用手堵住出氣氣口，在注射器內封住了一定質量的空氣，活塞向外拉使注射器內空氣的體積增大，活塞向內壓使注射器內空氣的體積縮小，通過手作用在活塞上力的方向，感受到體積越小，壓強越大；體積越大，壓強越小.而學生無法感受到注射器內的壓強變化.若注射器內放入比注射器內徑小的充氣球，演示時，活塞向外拉，小氣球的體積明顯增大；反之，活塞向內壓時，氣球的體積明顯減小.該實驗可以形象直觀地說明：一定質量的氣體，溫度不變時，體積越小，壓強越大；體積越大，壓強越小.

2 減，減少繁雜

對于現有實驗，無論是器材，還是步驟，或是裝置組成等，都存在一些沒有必要或過于繁瑣的因素必須要精減.如：過去阿基米德實驗中使用的溢水杯，實驗繁雜，為此，可改用燒杯傾斜的裝置來完成.筆者認為，這樣的處理依舊繁雜，主要是中間環節有1個接水的小桶.如果用質量可以忽略的塑料袋直接接收從燒杯中溢出來的水，則物體在液體中減少的重力與物體排出在塑料袋中的液體的重量一樣.這種方法，在思維上更簡捷明了，有利于對阿基米德原理認識與理解.

3 簡，簡化實驗

有些實驗涉及器材較多，演示過程過于繁瑣，應進行改進，擯棄復雜、不穩定的實驗過程，選擇簡單明快的實驗裝置，將干凈利落的釋疑效果展示給學生.如在教授簡諧運動圖像的教學中，教材采用勻速拖動擺動的漏沙擺下方的木板的方法演示該現象，需要器材多，且漏有沙的木板只能水平放置，影響觀察.若利用廢棄的塑料飲料瓶和針頭自制一只較大的漏斗，教學時，教師提著振動著的漏斗在學生座位過道中勻速走動，在地面上就留下其振動正弦圖像，方便地演示頻率、振幅、波長等現象.實驗簡便直觀，讓教與學變得輕松易行.再如用如圖1所示的裝置[1]來演示離心現象的本質，雖然效果好，但搬運起來很麻煩，還要考慮用電安全等因素.后經過反復實驗制成簡單的演示裝置，即找1個約180cm長的軟透明塑料管，內裝1個紅色鐵球和1個綠色的木球，在內充滿水，再將管子的兩端用鉗子通過細鐵線擰緊.豎著時，木球在上面，鐵球在下面，這時用手握住塑料管中部，將鐵球一端向上對折，稍靜止，鐵球就下落到手處的位置.然后，握住中間的透明塑料管，繞豎直面高速旋轉約2min，停止時觀察到木球就落到了手握處，而鐵球離開了手握處，跑到了一端.

圖1 對比式離心現象演示裝置

4 代，替代策略

用其他學科的實驗代替已有的物理實驗，或用其他生活用品代替實驗器材，有時會起到意想不到的效果，如用化學的氨氣使酚醛變紅，代替演示分子無規則運動實驗的實驗材料；用廉價的材料代替昂貴的材料，如高壓氣筒代替氣墊；用新的材料或儀器代替舊的材料或儀器，如用無毒的硫代硫酸鈉代替有毒奈，精確的火花儀代替不穩定的打點計時器等.

5 創，創新實驗

歌德說過：“凡是值得思考的事情，沒有不是被人思考過的；我們必須做的只是試圖重新加以思考而已.”我們所說的創新分為2種，一種是在已有的基礎上加以改進，使實驗在性能上更加優化.如：對外做功物體內能減少的實驗，按著教材中的方法，現象不明顯，更重要的是怕玻璃瓶爆炸傷著學生.為此，在一透明飲料瓶瓶蓋上安裝自行車打氣的單向閥門.這樣既解決了原裝置氣壓不夠、現象不明顯等問題，又避免了安全隱患.另一種創新是獨立思考、探索、實驗，逐漸形成自己個性的東西，甚至是教材中沒有出現過的實驗設計，能很好地彌補教材中的空白.例如，筆者研制了外觀簡捷的顯壓浮子[2]，彌補了一些實驗裝置不能直接顯示浸在水中的物體上下表面所處的壓強不同的不足，從而能直觀形象地說明了浮力產生的原因.

6 微，微型化實驗

微型實驗節約藥品、節約時間、操作安全、污染少，學生可以自己動手制作儀器，自行實驗，在對學生進行“綠色實驗”的滲透教學中具有不可忽視的作用.如觀察水的沸騰實驗，可將原來的燒杯，換成試管，則加熱時間大大縮短.節約課堂時間又節約酒精.把碘封閉在約10cm長的玻璃管中，可以重復地演示碘的升華與凝華，而且對環境無污染.

7 比，對比實驗現象

對比法是區別事物的首要方法，即把要研究的事物或現象和另一事物或現象聯系在一起，在一定的條件下加以比較，從而確定它們的異同點，達到認識事物和現象的目的.圖2所示是“對比式液體電阻實驗裝置”示意圖[3].該實驗的優勢在于：一是注射器中的液體長短、粗細類似于固體模型，符合學生的思維習慣，因此該實驗裝置具有直觀形象性，而且能比較方便地改變液柱的長短、粗細與溫度，同時采用2個電流計在觀察示數大小時具有對比性，說服力強；二是電極板用銅板制作是為了在通電時金屬在電解中不易發生化學置換反應，有助于電極板的穩定性和長期使用；三是關于歐姆定律教材中明確提及到歐姆定律也適用于液體（電解質），卻沒有提供相關的實驗，而該實驗裝置也能適合通過實驗驗證在液體中歐姆定律成立.

圖2 “對比式液體電阻實驗裝置”示意圖

8 改，改變實驗因素

變化是創新的一種有效方法，愛迪生的燈絲，就是改變了材料獲得成功的.變化有很多種，各有優勢.尺寸上的放大或縮小，有利于觀察.筆者曾經在一次實驗參展中看到特大的游標卡尺模型和豐滿水電站模型，就是在這樣的理論前提下形成的.另外，還有位置上變化和動靜變化，如圖3所示的“恒質式”液體壓強演示器[4].還有，形狀的變化，有利于造型和結構的優化；數目的變化，有利于實驗現象的豐滿等.

9 合，組合優化

組合是指按照一定的技術原理和儀器功能，把某些技術特征和功能進行新的組合，構成新的技術方案的思維策略.它有原理的組合、功能的組合、技術的組合等.如：利用木塊與彈簧秤的組合使得做摩擦力大小與哪些因素有關的實驗和斜面的機械效率的實驗都方便多了.還有溫度計與改進的止水夾結合時，夾子的一端夾在燒杯上，另一端夾在溫度計上，這樣不用手持溫度計，解放了手，又便于觀察溫度.

10 明，增加可見度

演示實驗除了科學性以外，較為重要的指標就是可見度了.通過對實驗的研究和課堂中的實踐，總結了如下的幾種增加可見度的方法.背景襯托法，一般要求實驗研究對象彩色與背景彩色有較大的反差，會引起較強的視覺印象.如，演示光通過路線實驗中，可噴有煙霧.平面鏡反射法，有些實驗現象接近講桌面發生，稍遠的學生看不見.如用旋轉的陀螺做色光合成的實驗，若將豎立著的平面鏡反射給學生看，使平面轉化為豎直面，不同位置的學生都能看清.放大法，借助工具把實驗中微小現象進行放大處理.如，用賀年片的音響作用來放大微弱電流的存在.標記法，在實驗器材上附加標記使觀察更加直觀.如，皮球從高空下落，再彈起時有形變的觀察，由于瞬間完成無法看得見.若將球面上涂黑色的圓斑，就可說明有形變的過程.增加可見度的方法，還有改變速度法、投影法、顏色變化法等.

[1] 王愛生，楊慧杰.對比式離心現象實驗裝置[J].物理實驗，2007，37（6）：37－38，41.

[2] 王愛生，佟巖.“顯壓浮子”實驗裝置[J].物理實驗，2006，26（2）：25－26.

[3] 王愛生，楊文強.對比式液體電阻演示器[J].物理實驗，2008，28（3）：26－27，44.

[4] 王愛生，佟巖.“恒質式”液體壓強演示器[J].物理通報，2006（11）：56－57.