新型實驗添趣物理課堂

陳連余

【摘 要】微型化實驗豐富教學手段，奠定了有效教學的基礎；體驗性實驗創設教學情境，激發了學生思考的動力；DIS實驗創新實驗教學內涵，提升了實驗教學的品質。這些新型實驗賦予了物理實驗教學嶄新的魅力。

【關鍵詞】中學物理 實驗教學 微型化實驗 體驗性實驗 DIS實驗

1997年獲得諾貝爾物理學獎的朱棣文先生，在回憶他的中學物理課堂時這樣說道：“我在高中最后一個學期里做得比較好的一件事就是制造了一個物理擺，并用它‘精確地測量了重力加速度。此前多年的動手經歷，使我學會了許多技能，這次都用在了物理擺的制作過程之中。頗具戲劇性的是，25年后，我又用激光冷卻原子的技術研制出一種新的測量重力加速度的方法。”若干年后他對物理課堂印象依然深刻的是物理實驗，動手能力、思維能力的培養載體也是物理實驗，所以說，物理實驗在物理課堂教學中具有舉足輕重的地位。

2004年秋季試行的全國高中新課程改革，給高中物理教學帶來了新的理念，實驗教學煥發了勃勃生機。廣大物理教師在繼承傳統實驗的基礎上，充分地發揮了改革創新的積極性和創造性，豐富和發展了實驗資源、實驗手段、實驗項目、實驗功能等，賦予了實驗教學嶄新的魅力。出彩的實驗成為優質物理課堂的必需，重視實驗教學成為物理教師的共識。下面我從三個方面對一些新型物理實驗做出示例和剖析。

一、微型化實驗豐富教學手段，奠定了有效教學的基礎

微型實驗的特點是器材簡省、內容簡單、效果明顯。在實驗時一下子就能吸引學生的注意力，激發學生思考的積極性，增強了教學效果。

【示例1】旋轉陀螺上飛出的水滴

在分析做曲線運動的物體的運動速度方向時，南京師范大學的劉炳昇教授制作了一個小陀螺，如圖1所示。在陀螺內部裝上紅墨水，陀螺轉動后，在離心力作用下紅墨水滴沿輪緣切線方向飛出，得到如圖1所示的效果。引導學生觀察水滴灑落的圖像，啟發思考圖像說明的問題。通過實驗，抽象問題形象化，“做曲線運動的物體在某點的運動方向總是沿著曲線上該點的切線方向”的結論自然形成。學生參與實驗的興趣濃厚，思維活躍，教學目標輕松達成。

【示例2】最先熄滅的蠟燭

如圖2，在密閉的容器中，有兩支相同的蠟燭，一支放在容器內的高處，另一支在低處。將兩支蠟燭同時點燃，那么最先熄滅的是哪支？問題一經拋出，學生的意見首先出奇地一致：“低的。”接下來，是一片寂靜。過了一會兒，又一個聲音響起：“不一定。”再后來，教室里就是嘰嘰喳喳、七嘴八舌。此時，教師點燃兩支蠟燭，大家屏住呼吸，觀看結果，實驗結果出來后，大家反應各異。教師再取出另一只大小不同的玻璃罩再次罩住兩支蠟燭，重新實驗，得到了與第一次不同的實驗結果。比較兩次實驗結果，思考不同的原因。學生最初一致的結論其依據是初中物理知識：“二氧化碳密度大于空氣，將會在低處堆積。”但是，容器的體積、形狀是否允許高處的二氧化碳對流到低處？在某一具體容器中存在變數，這也是高處蠟燭可能首先熄滅的原因。經歷了這樣的實驗，通過感性的手段讓學生的認識上升到理性高度，傳統思維習慣受到挑戰，理性思維的習慣得到培養。

【示例3】在裝滿水的杯里放回形針

如圖3所示，將水注入杯內，直到水面與杯口相平，然后將回形針一枚接一枚地輕輕放入杯中。猜猜看，最多能放入多少枚回形針而杯內水不溢出，嘗試解釋看到的現象，分析能影響放入的最大數目的因素。

通過實驗，讓學生對液體內部存在空隙有了深刻印象，對液體的表面張力有了初步認識。從審美角度來看，用簡單的實驗、簡要的設備獲得清晰的實驗效果，為科學結論的形成創設情境，這就是美。

二、體驗性實驗創設教學情境，激發了學生思考的動力

學生是課堂教學的主體，讓學生參與實驗，那肯定受到歡迎。每當做學生分組實驗時，學生總是不聽教師的講解，迫不及待地動手實驗，盼望分組實驗。其實，在理論教學課堂上我們也可以讓學生動手實驗，這也是教學預設的一個有機組成部分。

【示例4】兩個直線運動的合成

實驗器材有鉛筆、直尺、三角板、白紙等。實驗任務：兩個同學合作，共做實驗。如圖4所示，在桌面上鋪放白紙，將直尺在課桌上平放、固定，將三角板放在桌面上，其中的一條邊抵在直尺上，鉛筆筆尖抵在三角板的另一條邊上。將三角板貼著直尺右移，同時讓鉛筆筆尖沿著直角邊上移，沿三角板的一邊畫線。觀察筆尖在白紙上留下的軌跡，嘗試讓筆尖在紙上畫出直線。在課堂上無論學生怎樣努力，筆尖在紙上留下的軌跡總是彎曲的。學生很是納悶兒：三角板貼著直尺的移動路徑為直線，筆尖貼著直角邊的移動路徑也是直線，而得到的筆尖運動的軌跡竟然會是曲線。也就是說，在筆尖的曲線運動是由兩個直線運動組成的。經過真實的過程體驗，“一個曲線運動可以是由兩個直線分運動組成”的思想得到了建構，運動分解的思想牢牢地印刻在學生的頭腦中。

【示例5】讓做平拋運動的小球準確入籃

在一節AP物理課上，執教者是一名外教，執教課題“平拋運動”。出乎我們意料的是，外教沒有直接去探究平拋運動的規律，而是為學生準備了一個分組實驗。如圖5所示，他給大家展示一根帶有凹槽的彈性軌道，將它彎折后貼著桌邊固定，確保軌道底端水平，最后拿出小球和籃筐，讓小球從軌道上某一高度貼著軌道自由下滑，調整放在地面上籃筐的位置，保證小球入籃。學生的成果匯報表演就是確保小球經過平拋運動后準確入籃。

在學生做匯報表演時，凡是實驗成功的，教師及時用卷尺量出了小球做平拋運動時的水平射程和豎直下落的高度，并作了記錄，最后帶領學生探究出其中的定量關系。

【示例6】斷電自感現象

實驗器材：40W日光燈的鎮流器一只，一節干電池。讓40W鎮流器與一節干電池連接成如圖6所示電路，并叫一名學生握住導線裸露的兩端MN，在斷開電鍵S時學生因電擊會感覺到強烈的一震。

人的安全電壓為36V，電路中的電源電動勢僅為1.5V，人遭到電擊，顯然是鎮流器線圈斷電自感產生的。通過體驗性實驗，學生以觸覺來認識到鎮流器產生了自感電動勢，從而為理論分析打下了認知伏筆。

當然，我們還可以做很多體驗性實驗，如用鉛筆、紙帶或手進行打點計時器的模擬；用自由下落的直尺來測量人的反應時間；用一組人的蹲下和起立模擬波傳播過程中質點的運動；等等。上海市進才中學王肇銘老師說，實驗具有化繁為簡的神奇作用，用實驗教學比用粉筆教學要省事得多。他曾經花5分鐘做實驗，講清了課堂30分鐘還講不清的問題。

三、DIS實驗創新實驗教學內涵，提升了實驗教學的品質

一些傳統實驗，由于實驗器材的局限、實驗數據的采集困難、實驗數據的精度不高等諸多因素的影響，得出的實驗結果不太理想。隨著DIS實驗的普及，輔以Excel工作表格處理數據，使得實驗結果十分清晰。

【示例7】探究影響導體電阻的因素

2005年秋季，江蘇省青年教師物理優質課比賽現場。我校夏廣平老師通過當堂實驗，借助于DIS實驗器材，采集數據，描繪出如圖7所示的兩組圖線。

課后，幾位聽課老師忍不住問，圖線是真的還是假的，因為圖線作得太漂亮了，以至于讓人懷疑圖像的真實性。如果采用傳統的電學實驗器材進行實驗，一是讀數的準確度達不到，二是數據處理的任務課堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律實驗的誤差分析

在2012年江蘇省教學名師優質課展示活動中，我校徐銳老師執教的課題是“玻意耳定律”。徐老師采用如圖8中所示的器材實驗，用壓強傳感器來采集實驗數據，在計算機上擬合出圖8中所示的p-1/V圖線。圖線不是嚴格地經過坐標原點，這是什么原因造成的呢？

對于這種情況，我們一般會以實驗誤差作為問題的合理解釋，一帶而過。但是，徐老師卻在課堂上抓住問題不放，循循善誘，帶領學生分析數據。觀察數據后首先發現，即使溫度不變，pV乘積總是隨體積的減小而有微小減少，這并不是偶然誤差的數據特征。進而又發現，p-1/V的圖線并未通過原點，很接近原點，反復實驗得出的圖線出現的都是正截距。學生經過熱烈討論后提出兩個可能原因：活塞與筒壁間漏氣；少考慮或多考慮了某一誤差因素。

單純地從數據分析，似乎原因可能是由于活塞與筒壁間漏氣。但活塞是雙層，且有油密封，壓強并不足夠大，不應當出現漏氣的現象。簡短的理性分析后，接著的是短暫的沉默，學生之間再次實驗并相互交流，真的是少考慮了什么物理量嗎？多次實驗后終于發現：氣體壓強的實驗數據是精確的，活塞對應的刻度也是準確的，問題出在測量實際氣體的體積只考慮了針筒內的氣體，而傳感器管道部分的少量氣體卻被忽略了！正是因為現代測量儀器的精密，才可能細細推敲針筒連接段細管內氣體帶來的“誤差”。

在新課程背景下誕生的新型物理實驗，既是繼承傳統的結果，更是思維創新的成果。這些靈動的創新實驗為我們的物理課堂插上了騰飛的翅膀，使得物理課堂精彩紛呈、創意無限。

（作者系江蘇省特級教師，現為南京市金陵中學教師）

人的安全電壓為36V，電路中的電源電動勢僅為1.5V，人遭到電擊，顯然是鎮流器線圈斷電自感產生的。通過體驗性實驗，學生以觸覺來認識到鎮流器產生了自感電動勢，從而為理論分析打下了認知伏筆。

當然，我們還可以做很多體驗性實驗，如用鉛筆、紙帶或手進行打點計時器的模擬；用自由下落的直尺來測量人的反應時間；用一組人的蹲下和起立模擬波傳播過程中質點的運動；等等。上海市進才中學王肇銘老師說，實驗具有化繁為簡的神奇作用，用實驗教學比用粉筆教學要省事得多。他曾經花5分鐘做實驗，講清了課堂30分鐘還講不清的問題。

三、DIS實驗創新實驗教學內涵，提升了實驗教學的品質

一些傳統實驗，由于實驗器材的局限、實驗數據的采集困難、實驗數據的精度不高等諸多因素的影響，得出的實驗結果不太理想。隨著DIS實驗的普及，輔以Excel工作表格處理數據，使得實驗結果十分清晰。

【示例7】探究影響導體電阻的因素

2005年秋季，江蘇省青年教師物理優質課比賽現場。我校夏廣平老師通過當堂實驗，借助于DIS實驗器材，采集數據，描繪出如圖7所示的兩組圖線。

課后，幾位聽課老師忍不住問，圖線是真的還是假的，因為圖線作得太漂亮了，以至于讓人懷疑圖像的真實性。如果采用傳統的電學實驗器材進行實驗，一是讀數的準確度達不到，二是數據處理的任務課堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律實驗的誤差分析

在2012年江蘇省教學名師優質課展示活動中，我校徐銳老師執教的課題是“玻意耳定律”。徐老師采用如圖8中所示的器材實驗，用壓強傳感器來采集實驗數據，在計算機上擬合出圖8中所示的p-1/V圖線。圖線不是嚴格地經過坐標原點，這是什么原因造成的呢？

對于這種情況，我們一般會以實驗誤差作為問題的合理解釋，一帶而過。但是，徐老師卻在課堂上抓住問題不放，循循善誘，帶領學生分析數據。觀察數據后首先發現，即使溫度不變，pV乘積總是隨體積的減小而有微小減少，這并不是偶然誤差的數據特征。進而又發現，p-1/V的圖線并未通過原點，很接近原點，反復實驗得出的圖線出現的都是正截距。學生經過熱烈討論后提出兩個可能原因：活塞與筒壁間漏氣；少考慮或多考慮了某一誤差因素。

單純地從數據分析，似乎原因可能是由于活塞與筒壁間漏氣。但活塞是雙層，且有油密封，壓強并不足夠大，不應當出現漏氣的現象。簡短的理性分析后，接著的是短暫的沉默，學生之間再次實驗并相互交流，真的是少考慮了什么物理量嗎？多次實驗后終于發現：氣體壓強的實驗數據是精確的，活塞對應的刻度也是準確的，問題出在測量實際氣體的體積只考慮了針筒內的氣體，而傳感器管道部分的少量氣體卻被忽略了！正是因為現代測量儀器的精密，才可能細細推敲針筒連接段細管內氣體帶來的“誤差”。

在新課程背景下誕生的新型物理實驗，既是繼承傳統的結果，更是思維創新的成果。這些靈動的創新實驗為我們的物理課堂插上了騰飛的翅膀，使得物理課堂精彩紛呈、創意無限。

（作者系江蘇省特級教師，現為南京市金陵中學教師）

人的安全電壓為36V，電路中的電源電動勢僅為1.5V，人遭到電擊，顯然是鎮流器線圈斷電自感產生的。通過體驗性實驗，學生以觸覺來認識到鎮流器產生了自感電動勢，從而為理論分析打下了認知伏筆。

當然，我們還可以做很多體驗性實驗，如用鉛筆、紙帶或手進行打點計時器的模擬；用自由下落的直尺來測量人的反應時間；用一組人的蹲下和起立模擬波傳播過程中質點的運動；等等。上海市進才中學王肇銘老師說，實驗具有化繁為簡的神奇作用，用實驗教學比用粉筆教學要省事得多。他曾經花5分鐘做實驗，講清了課堂30分鐘還講不清的問題。

三、DIS實驗創新實驗教學內涵，提升了實驗教學的品質

一些傳統實驗，由于實驗器材的局限、實驗數據的采集困難、實驗數據的精度不高等諸多因素的影響，得出的實驗結果不太理想。隨著DIS實驗的普及，輔以Excel工作表格處理數據，使得實驗結果十分清晰。

【示例7】探究影響導體電阻的因素

2005年秋季，江蘇省青年教師物理優質課比賽現場。我校夏廣平老師通過當堂實驗，借助于DIS實驗器材，采集數據，描繪出如圖7所示的兩組圖線。

課后，幾位聽課老師忍不住問，圖線是真的還是假的，因為圖線作得太漂亮了，以至于讓人懷疑圖像的真實性。如果采用傳統的電學實驗器材進行實驗，一是讀數的準確度達不到，二是數據處理的任務課堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律實驗的誤差分析

在2012年江蘇省教學名師優質課展示活動中，我校徐銳老師執教的課題是“玻意耳定律”。徐老師采用如圖8中所示的器材實驗，用壓強傳感器來采集實驗數據，在計算機上擬合出圖8中所示的p-1/V圖線。圖線不是嚴格地經過坐標原點，這是什么原因造成的呢？

對于這種情況，我們一般會以實驗誤差作為問題的合理解釋，一帶而過。但是，徐老師卻在課堂上抓住問題不放，循循善誘，帶領學生分析數據。觀察數據后首先發現，即使溫度不變，pV乘積總是隨體積的減小而有微小減少，這并不是偶然誤差的數據特征。進而又發現，p-1/V的圖線并未通過原點，很接近原點，反復實驗得出的圖線出現的都是正截距。學生經過熱烈討論后提出兩個可能原因：活塞與筒壁間漏氣；少考慮或多考慮了某一誤差因素。

單純地從數據分析，似乎原因可能是由于活塞與筒壁間漏氣。但活塞是雙層，且有油密封，壓強并不足夠大，不應當出現漏氣的現象。簡短的理性分析后，接著的是短暫的沉默，學生之間再次實驗并相互交流，真的是少考慮了什么物理量嗎？多次實驗后終于發現：氣體壓強的實驗數據是精確的，活塞對應的刻度也是準確的，問題出在測量實際氣體的體積只考慮了針筒內的氣體，而傳感器管道部分的少量氣體卻被忽略了！正是因為現代測量儀器的精密，才可能細細推敲針筒連接段細管內氣體帶來的“誤差”。

在新課程背景下誕生的新型物理實驗，既是繼承傳統的結果，更是思維創新的成果。這些靈動的創新實驗為我們的物理課堂插上了騰飛的翅膀，使得物理課堂精彩紛呈、創意無限。

（作者系江蘇省特級教師，現為南京市金陵中學教師）