物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和通用技術(shù)實(shí)踐融合的案例

何積蒼

摘要：通用技術(shù)融匯了物理和其他學(xué)科知識(shí)，通過(guò)綜合運(yùn)用與具體化形成解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的方法論，成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、提高學(xué)生綜合能力的一個(gè)重要載體。通用技術(shù)重在培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的能力，使學(xué)生從生活走進(jìn)物理，能使學(xué)生保持濃厚的學(xué)習(xí)和探究興趣，有助于提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

關(guān)鍵詞： 物理實(shí)驗(yàn) ?通用技術(shù) ?融合 ?案例

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.08.119

高中學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣，樂(lè)于探索物理世界的奧秘。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生希望自己能夠掌握一些實(shí)驗(yàn)操作技能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能使學(xué)生在獲得物理知識(shí)、形成良好科學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)，潛移默化地提升技術(shù)能力。物理實(shí)驗(yàn)和通用技術(shù)課程有著密切的聯(lián)系，物理學(xué)科中的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等都在通用技術(shù)學(xué)科中得到了完美的體現(xiàn)。通用技術(shù)側(cè)重于在實(shí)踐活動(dòng)中進(jìn)行設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，物理學(xué)科在讓學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，也注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)在新教材中有不少實(shí)驗(yàn)是利用傳感器和電腦圖表進(jìn)行精細(xì)分析，這雖然有利于數(shù)據(jù)的采集和分析，得出結(jié)論，但缺乏直觀定性的實(shí)驗(yàn)展示，所以有些情況下最好能用常規(guī)或者自制教具，做一些取材容易、貼近生活、簡(jiǎn)單明了、便于操作的“小實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生近距離接觸實(shí)驗(yàn)器材，觀察儀器的構(gòu)造，體會(huì)工作原理，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出物理規(guī)律，體驗(yàn)物理世界的奧秘，消除對(duì)物理知識(shí)的神秘感，使學(xué)生想學(xué)、善學(xué)、易學(xué)、樂(lè)學(xué)。課外科技活動(dòng)、小實(shí)驗(yàn)、小制作更容易讓學(xué)生接受，拓寬了學(xué)生之間交流、學(xué)習(xí)、討論問(wèn)題的平臺(tái)。這樣不僅能使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)探索物理知識(shí)，使學(xué)生加深所學(xué)知識(shí)的理解，而且能極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，鍛煉他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，從而實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和通用技術(shù)的融合，真可謂“一舉多得”。下面介紹幾個(gè)采用物理實(shí)驗(yàn)和通用技術(shù)課程融合技術(shù)而改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)案例。

實(shí)驗(yàn)一：氣體的等溫變化。

實(shí)驗(yàn)器材：

透明塑料瓶（可樂(lè)瓶）、水槽、帶玻璃管的橡膠塞。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1.給塑料瓶?jī)?nèi)灌一定量的水，用帶玻璃管的橡膠塞塞住瓶口，然后用力擠壓瓶子，觀察水的變化。

現(xiàn)象：玻璃管口有水噴出。

分析：擠壓瓶子，瓶子內(nèi)氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，把瓶子內(nèi)的水向下壓，水從管口噴出。

2.把瓶子內(nèi)的水倒出來(lái)，壓扁后將玻璃管插入裝有水的燒杯中，松手膨脹。

現(xiàn)象：管口有“噴泉”現(xiàn)象出現(xiàn)。分析：壓扁瓶子后讓其膨脹，瓶子容積增大，有“噴泉”出現(xiàn)，說(shuō)明瓶子內(nèi)空氣體積增大而壓強(qiáng)減小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

溫度不變的情況下，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)P與體積V成反比。

即PV=C（C為常數(shù)）——玻意耳定律。

實(shí)驗(yàn)二：氣體的等容變化。

實(shí)驗(yàn)器材：

帶膠塞的玻璃瓶、中性筆芯桿（拔掉筆尖，把它穿過(guò)膠塞插入瓶子中，筆尖座向上）、燒杯、酒精燈、水槽、易拉罐。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1.給玻璃瓶?jī)?nèi)裝入少量稀釋的紅墨水（沒(méi)過(guò)筆芯桿下端），用熱水澆灌瓶子四壁，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：筆尖座孔有“噴泉”噴出。分析：玻璃瓶?jī)?nèi)氣體體積可以認(rèn)為不變，有“噴泉”出現(xiàn)，說(shuō)明當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)增大。

2.將空易拉罐裝少量的水在酒精燈上加熱至沸騰，然后將易拉罐迅速以開口向下置入冷水的水槽中，觀察易拉罐的變化。

現(xiàn)象：易拉罐立刻被壓扁。分析：易拉罐內(nèi)氣體沒(méi)入水中認(rèn)為體積不變，被壓扁說(shuō)明溫度降低，罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

體積不變的情況下，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)P與熱力學(xué)溫度T成正比。

即P=CT（C為常數(shù)）——查理定律。

實(shí)驗(yàn)三：動(dòng)量守恒定律反沖運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)器材：

空易拉罐一個(gè)、細(xì)線。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1.為便于灌水，將空易拉罐上部開口處擴(kuò)大或去掉上部。用小鐵釘（或錐子）在罐下部邊緣鉆（4～6）個(gè)小孔，鉆好每個(gè)孔后用鐵釘向同一個(gè)方向壓一下。

2.在易拉罐上部鉆三個(gè)小孔，將細(xì)線穿過(guò)去，在高處系一結(jié)用于懸掛易拉罐。

3.準(zhǔn)備一只水桶，把易拉罐裝滿水后提起在水桶上。現(xiàn)象：水從各個(gè)小孔里噴射水來(lái)，易拉罐向相反的方向旋轉(zhuǎn)。分析：易拉罐裝滿水剛開始，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，總動(dòng)量為零，當(dāng)水在壓力作用下噴射出來(lái)，水的動(dòng)量不為零，易拉罐反向旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量也不為零。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′（等式兩邊均為矢量和）。

拓展：根據(jù)動(dòng)量守恒定律，大炮發(fā)射炮彈，炮身會(huì)向后運(yùn)動(dòng)，炮身的這種運(yùn)動(dòng)通常稱為反沖運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)榇笈诎l(fā)射前，發(fā)射炮彈時(shí)，火藥在炮筒中爆發(fā)，氣體膨脹推動(dòng)炮彈向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)膨脹的氣體也推動(dòng)了炮身。由于系統(tǒng)沒(méi)有受到外力的作用，在量值上，炮彈獲得向前的動(dòng)量與炮身獲得向后的動(dòng)量相等。

以上幾個(gè)用簡(jiǎn)易自制教具所做的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，不但十分方便地驗(yàn)證了玻意耳定律、查理定律和動(dòng)量守恒定律，而且把教學(xué)與生活問(wèn)題、間接經(jīng)驗(yàn)與直接經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生覺得物理就在他們的生活中，感到學(xué)有所得、學(xué)有所用，從而保持學(xué)習(xí)物理的興趣。同時(shí)以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)用的是技術(shù)設(shè)計(jì)方法，體現(xiàn)的是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與通用技術(shù)實(shí)踐很自然融合，達(dá)到了理科實(shí)驗(yàn)、技術(shù)教育和創(chuàng)新活動(dòng)統(tǒng)籌教育的目的。如果教師與學(xué)生經(jīng)常開展自制教具、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)等實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)，必然會(huì)提高學(xué)科教學(xué)效果，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng);必然會(huì)培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng);而且在促進(jìn)科學(xué)教學(xué)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的同時(shí)，還能推進(jìn)學(xué)校整體教育教學(xué)發(fā)展。

總之，要大面積提高物理教學(xué)質(zhì)量，全面提高學(xué)生素質(zhì)，就必須在科學(xué)課程教學(xué)中加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度。只要我們善于理順各學(xué)科之間的相互聯(lián)系，統(tǒng)籌教育資源，堅(jiān)持學(xué)科融合教學(xué)，我們的教學(xué)工作一定會(huì)做得更好。