利用生活化元素改進物理演示實驗的實踐與思考

施學斌　黃文俊

近年來隨著人們的教育思想與教育觀念的不斷更新，學生認知主體地位逐步得到教學工作者的重視.高中物理教育也逐步發生了從生活走進物理，從物理走向社會的變化.現階段物理教學過程注重保護探索興趣，致力于讓學生“領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅.有參與科技活動的熱情，有將物理知識應用于生活和生產實踐的意識，勇于探究與日常生活有關的物理學問題” .

學生在自主建構知識體系，強調掌握探究的方法和程序，經歷探究的體驗和感悟，形成良好的情感和品格，在學習知識的同時，逐步掌握終身學習的本領 .這就意味著一線教師不能只過分強調書本上的理論知識，忽視學生動手能力方面的培養.但目前教學實踐中，各種原因導致教師不做或少做實驗，放棄運用實驗進行直觀教學的做法普遍存在，而這一現象的嚴重后果是培養具有創新能力的人才越來越困難.

1 物理演示實驗面臨的尷尬與挑戰

眾所周知“興趣是最好的老師”.物理是一門實驗科學，各種各樣有趣的實驗現象，本應該讓一群正處于“好奇寶寶”階段的高中生對此相當感興趣的.但是為什么會有相當一部分同學見到物理題就發怵？物理課如“緊箍咒”一般讓他們痛不欲生？這些其實跟教師愿不愿意用實驗來打動他們很有關系.另外，通信技術、交互技術、虛擬技術等快速發展能使90后、00后的學生們用各種各樣的渠道獲得足夠豐富的信息，交互技術能使得他們的感官“逐步”獲得強烈的刺激反饋，通過虛擬技術、人機交互技術等學生可以獲得一樣的信息，但體驗更佳，學生們因此而樂此不疲.漸漸習慣這些技術帶來新鮮感的學生們，很難滿足枯燥乏味的“一言堂”、“講練式”教學模式.一些原本可以讓學生動手做實驗，有的老師讓學生“看黑板”；有的老師用多媒體展示，或運用各種軟件“做實驗”，例如“仿真物理實驗室”之類的，并稱之為是“現代技術的運用”；還有相當一部分老師更樂于布置實驗試題給學生做，通過在學生的課外《練習冊》中的練習來考察學生實驗方法或原理掌握程度情況 .這些類似現象加劇了學生與物理之間的距離，因此導致上述學習現狀.

事實上這樣做增加了學生的學業負擔，澆滅了學生對物理的積極性，傷害了學生動手實踐的積極性，更是違背了新課程改革的初衷.長期下去就使實驗教學在“應試”的泥潭里越陷越深，這一現象在高考總復習的時候表現的更為突出.奇妙有趣，奧秘無窮的物理課漸漸的變成了依靠公式和定理堆積起來的大量計算和推理，過于抽象的思維使得學生對物理學習的興趣慢慢降低直到消失.失去了長久動力的學習興趣，再優秀的同學也只是教師們培養的一批“高分低能”的學生，顯然這是不符合國家新課程改革的初衷的，長期下去對國家的未來發展百害無一利.

但如果能換個角度想一想：如果我們的物理課像游戲一樣花樣百出，教學中注重學生學習的每一步變化，鼓勵學生大膽動手實踐，認同并鼓勵支持他們.那么教師就不用為學生學不會而發愁，再也不用為學生上課開小差，成績上不去，能力得不到提高而苦惱.因此一線教師必須要設法通過豐富多彩的教學活動方式，提高學生對物理學習的積極性，使得學生主動參與物理課堂教學和實驗，從一個課堂旁觀者變成課堂參與者，從知識的被動接受者變成主動探索者，充分調動學生學習的積極性.

因此物理學的學科特點決定了實驗不僅是物理教學的基礎，同時也是引發學生學習興趣，使學生主動獲取知識，發展能力，提高科學素質的基本途徑.一線教師在進行物理教學的時候，應該在傳授知識本身的同時，更多的是了解學生的興趣愛好，了解知識特點，轉變教學方法，想法設法使課堂內容豐富化、多樣化，改變原有的單一化教學模式，使學生學有所獲，并且有充足的信心，由被動接受變為主動學習、快樂的學習.

2 開發生活化元素物理實驗的實踐思考

為了更好的提高、提升學生學習物理的興趣，教師應當充分利用各種實驗、小制作，尤其是各種生活化元素的課外小制作，使之成為學生在科學探究中所不可或缺的基本內容或手段.通過簡便易行、生動有趣的課外小實驗與小制作，激發學生主動探究的熱情，啟發引導學生將所學的知識轉變為實際創造能力，對于培養學生熱愛科學、熱愛生活的良好情感，培養學生的探究意識、創新精神和動手能力，都將是很有意義的.

2.1 利用生活化元素改進演示實驗應注重科學性

不能用假象代替真實的物理現象，不能用錯誤概念歪曲物理概念.不論是學生實驗、演示實驗等，實驗原理的科學性是其前提，都需要注重實驗原理的正確性和表述實驗的確切性.

例如在學習過《動能定理》一節之后，教學內容過渡到《機械能守恒定律》的分析上.兩節內容均為必修2甚至整個高中物理知識上的難點：動能定理適用范圍廣，適用情形多，且往往能夠簡化計算過程，對同學們的能力提出了很高的要求；機械能是從能量守恒角度對物體經歷的物理過程的總體把握，而能量對高一同學而言還是屬于比較抽象難理解的概念.在分析機械能守恒條件時并課本上僅僅是通過一副卡通插圖（圖1）來說明彈性勢能和動能可以相互轉化.我們可以設計一個簡單的實驗用于幫助同學們理解動能和勢能的相互轉化，并吸引同學們的關注.

實驗方案設計如下：每位同學發一根橡皮筋，然后用草稿本裁剪出一塊5×3 （cm2）的紙片，經過折疊后對折，如圖2.松手之后橡皮筋儲存的彈性勢能轉化為“子彈”的動能，因此“子彈”能以較快速度將紙團射出，本實驗體現了彈性勢能與動能的相互轉化.另外射出之后的“子彈”從高處飛出做平拋運動，“子彈”的重力勢能可以轉化為動能（但這個過程很難直觀察覺，可以將上述過程作為人教版必修2課本78頁：“問題與練習”第3題的演示實驗）.

新課時通過利用本方案引入，能讓每個同學都親身參與到活動中來，可以很好實現諸如“該過程有哪些能量，哪些能量相互轉化等”問題順利的過渡.利用生活化元素改進的演示實驗能讓同學們親自體驗，促進學生被動學習轉變為主動學習，實現學習的自主性.

2.2 利用生活化元素改進演示實驗應注重簡易性

實驗取材過程的易得、制作過程的簡單、演示過程的便利，演示效果震撼是生活化元素開發的演示實驗教具最顯著的特征之一.制作復雜、結構復雜的實驗，不利于教師制作，也容易分散學生的注意力.不易操作、不易制作、成本過高的實驗，難以作為教師演示實驗或學生探究實驗，都不易推廣.

例如為了演示物體的慣性，可以讓學生表演一下刷牙這個過程，在刷完牙之后將動作定格在刷牙之后的甩手這個動作上，請同學分析這個甩手的動作.同學們通過這個實驗，就很感興趣“為什么要用牙刷？”“這個動作有什么特別的含義嗎？”……其實這個動作就是利用慣性，在甩手時突然停頓，這時牙刷頭上的水分由于慣性飛離刷頭，從而達到甩干牙刷頭的目的.如此貼近生活情景且又是如此熟悉的場景，學生深深體會到物理來源于生活，生活處處充滿了驚奇.

又例如在演示液體的表面張力時，可以用“如何將一口繡花針（硬幣）浮在水面上呢？”這個實驗引入.學生們躍躍欲試，可以請同學們自己動手試試看：也許有人會直接把繡花針（硬幣）放在水上；也許有人會把繡花針（硬幣）先放在碗底，然后再慢慢注入清水...在嘗試過程中，或許有同學試著將繡花針（硬幣）先放在餐巾紙上，然后再把餐巾紙輕輕的平鋪在水上，借助餐巾紙吸水快的特點，等餐巾紙吸水沉入水中，就能發現繡花針（硬幣）很容易就飄在水上，如圖3.

2.3 利用生活化元素改進演示實驗現象必須直觀性

“千言萬語說不清，一看實驗就分明”.所謂直觀性，指演示時實驗過程的各種現象易于被學生的感官感知.物理是一門嚴謹的學科，其知識、原理、規律的表述必須嚴謹，在理解這些嚴謹的語言時，教學實驗需要做到形象.為了突出教學效果，避免歧義，一個實驗最好只展示一個現象或者說明一個原理，這樣更有利于學生專注于該專注的問題上，有利于學生產生思維的火花.

例如微小形變是判斷彈力是否存在的關鍵，但往往微小形變很難觀察.微小形變可以通過放大的辦法來證明它的存在.

原方案：書本上列舉了在有機玻璃上放一個倒立的三角形有機玻璃，由于受到重力作用，而使得接觸面發生微小形變，微小形變導致有機玻璃內部的光路發生變化，從而根據光路變化來證明發生微小形變.不足：本方案涉及到光在均勻介質中傳播方向不變的光學知識，在上彈力這一課時知識點還未涉及到光學相關知識，另外有機玻璃似乎離同學們生活較遠，很難獲取.

改進方案及制作過程：找一個普通的黃酒瓶（一定要找瓶身為扁狀的），用水注滿，在水中滴幾滴紅色眼藥水（其他如黑色鋼筆墨水也可），然后用一個廢舊的家用溫度計，小心去除測溫部分（也可用細小的吸管替代），將剩余部分用泥巴裹住之后做成一個瓶塞，蓋住瓶子如圖4.用手去捏瓶身，根據溫度計（或吸管中）液面的升降就極容易判斷出玻璃瓶發生了微小形變.

2.4 利用生活化元素改進演示實驗要注重安全性

安全性指實驗制作及演示過程中，確保實驗儀器和師生的人身安全.生活化元素改進的實驗，由于材料易得，材料沒有做過嚴格的安全測試，加上學生極易模仿，有危險性的實驗必須排除.有些實驗演示時并不危險，但學生如果課外模仿制作容易產生不安全的因素，此類實驗也應該盡量通過諸如安全教育等予以排除.所以設計實驗時必須學會排除多種可能性，以適應學生的年齡特征.

例如人教版選修3-3教材關于壓縮氣體做功的演示實驗，如圖5所示，在有機玻璃筒底放置少量易燃物，例如蓬松的棉花，迅速壓下筒中的活塞，觀察筒底物品的變化.但是課本上演示實驗在實際操作過程中存在以下問題：由于活塞和圓筒需要左右手分開固定，因此可能會因下壓動作過猛導致實驗者手腕受傷；有時下壓過猛，內部氣壓迅速增加，還未穩定時若恰好松手，活塞甚至會可能反彈傷人；往往會出現活塞迅速下壓后，棉花球并不燃燒的現象，同時還可看到筒中彌漫著大量的乙醚“白霧”，且實驗效果并不明顯.

方案改進：將用完的簽字筆芯的筆尖用老虎鉗夾住后拔出，然后將里面殘留的墨水清理干凈.用老虎鉗將其中一端輕輕夾出一個凹槽（注意不要夾斷或者夾破）.用老虎鉗將自行車車輪的輻條有螺紋的末端剪掉，并用銼刀將末端打磨平整.用筆芯一端在桔子皮上按出一個孔，將桔子皮壓進筆芯內，用做好的輻條慢慢將桔子皮推到筆芯凹槽處，然后再次用筆芯在桔子皮上按出另外一片桔子皮，這樣氣壓桔子槍就做好了，整個裝置的示意圖如圖6.

制作好的桔子槍是通過多片桔子皮形成一段密閉的空氣柱，用輻條快速推動筆芯一端的桔子皮時，封閉的氣體體積迅速變小，氣體壓強增大，從而推動末端桔子皮做功，桔子皮“啪”的一聲，以較快速度飛出.該實驗器材簡單易得，結構簡單，課堂演示時獲得學生們的驚嘆，起到了很好的教學演示效果.實驗取材方便，制作工藝簡單，沒有任何危險性，全體同學都能動手去做，在自己制作過程中可以鍛煉動手能力，并能夠通過看誰的桔子槍射程遠等小游戲調動學生熱情，從而讓他們感受到學習的快樂，能夠充分調動學生學習積極性.

另外，上述在演示機械能守恒定律的演示實驗時，將子彈彈出還是具有一定危險，可以將其改進一下.方案：利用商品外包裝的硬塑料片，取出其中一塊大小約10×5 （cm2），對折，然后用剪刀剪成圖7形狀.使用時先將塑料卡片沿虛線對折，然后用橡皮筋通過圖中4個缺口卡住固定.將對折后塑料卡片往下壓，則卡片張開，使得橡皮筋發生形變，松手之后，卡片向上跳起，如圖8.整個橡皮筋勢能釋放轉變為塑料卡片的機械能

的過程形象直觀，且沒有危險性.上新課用該小實驗引入，同樣起到活躍課堂氛圍，為下文做了很好的鋪墊的作用.

3 利用生活化元素改進演示實驗的效果初探

生活化元素改進的實驗裝置材料來源豐富，實驗裝置結構簡單，實驗效果明顯，趣味性強，因而學生的課堂情緒以及學習的主動性被調動起來.通過廢舊物品的回收利用，加強學生節約資源、增強社會責任感，對促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考有積極的作用，對培養學生科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神能產生正面的影響.改進的實驗教具是低成本而智慧不低，成本低而教學價值不低.使用身邊隨手可得的物品，甚至是人們認為失去價值的廢舊物品進行探究活動和各種物理實驗，即可以拉近物理學與生活的距離，也可以讓他們深切地感受到所學的物理知識就在自己身邊，能切身感受到科學和社會、科學和日常生活的關系，從而側面提升學習物理的興趣.

另一方面，日常教學中應大力提倡開發或利用日常生活用品作為教學用具，這些物品本來的用途并不是進行物理實驗，然而能夠發揮創意將其重新利用，這種做法本身就是一種創新.當然利用日常生活用品做實驗，對教師的業務素質有所要求，加強教師知識培訓和專業素質培訓能夠起到指引方向的作用.但有教師可能會認為這樣不僅自己要動手參與設計和制作，還需要指導和幫助學生進行小制作、小發明會加大自身的負擔.實際上這種負擔大可不必，要相信學生的創造力和動手能力，放開雙手，學生們無限的創意將會讓你大吃一驚.