用“高見度”創新實驗突破演示實驗的疑難點

黃建林 朱春鳳

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312000； 2. 浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312000)

用“高見度”創新實驗突破演示實驗的疑難點

黃建林1朱春鳳2

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312000； 2. 浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312000)

通過課堂觀察,分析教師課堂中一些演示實驗存在的疑難點,借此問題為突破口,利用生活中的一些器材開發一系列“高見度”創新實驗,并以此來突破演示實驗的那些疑難點,從而提高教學效果．

高見度； 創新實驗；演示實驗； 疑難點

物理是一門以實驗為基礎的學科,有關知識的傳授、概念的建立、規律的得出都是建立在實驗基礎上的,可以說實驗在物理教學中有著不可替代的作用,但一些存在疑難點的實驗不但起不到應有的作用,反而會對知識的建構產生一定的負作用,如流速與氣壓的關系、摩擦生電的現象、絕緣體與導體、液化實驗等等,此類演示實驗有的現象不明,有的概念不清,有的疑點太多,有的太繁瑣,嚴重影響了上課的效率．

1 具體案例及其改進

案例1.流速與氣壓的關系.

圖1

(1) 課堂觀察.

一位教師講解流速與氣壓時,因為書本上的實驗存在著或多或少的缺點,他用自己改進的實驗來演示流速與氣壓的關系,具體裝置如圖1所示,右邊用一臺電風扇吹,發現3往上運動了,而2不動,1卻往下運動了,分析1、2、3的運動情況,從中得出流速越大壓強越小,流速越小壓強越大．

(2) 問題分析.

這個演示實驗對于初中學生存在以下幾個疑難點.

① 學生是怎么知道流速大小的,例如,電風扇吹在3上,學生是怎么知道3上面的流速一定比下面的大的呢?同樣1也是這樣．

② 因為問題①的存在,導致思維的不可視化,學生反而在用結論推理流速大小,即因為3往上運動了,所以推出作用在3這個泡沫上的力是往上的力大于往下的力,再推是因為流速大壓強小,本末倒置,不利于培養思維的邏輯性和順序性．

③ 一些教師是這樣解釋的:因為風從3上、下面的一端到另一端時間相等,而上面路程長,所以速度就大．(對于初中學生來說,沒學過流體力學,他是無法接受上下的時間是相等的這個前提．)

(3) 開發實驗.

創新實驗1.

① 材料： 1個U型管(稍大點),1塊泡沫板,1臺吹風機.

② 制作方法及操作：

第1步，找來一個U型管,把泡沫板碾碎成一顆顆的小泡沫,然后放一些小泡沫到U型管中．

第2步，用吹風機對準U型管一端,打開吹風機,這時可以看到小泡沫顆粒是往吹風的地方跑出來的．

創新實驗2.

① 材料：1個中型氣球,1個廢棄的光盤,1個塑料接口,502膠.

圖2

② 裝置圖:如圖2所示.

③ 制作方法及操作：

第1步，找一個塑料接口,稍大點,把它和光盤中間的口對齊,用502膠使它們連接在一起．

圖3

第2步，把氣球口按圖3所示包扎在塑料接口處,用橡皮筯捆好．

第3步，用嘴往光盤中間的洞中吹氣,把氣球吹到一定大小,如圖3所示．

第4步，這時你把這個裝置放在黑板上、墻壁上都可以,隨著它一邊往光盤口漏氣,一邊卻吸在墻上．

創新實驗3.

① 材料：502膠1支,1塊泡沫板，1臺電吹風機，1個塑料接口.

② 裝置圖:如圖4所示.

③ 制作方法及操作：

第1步，用502膠把塑料接口跟光盤中央連接并粘在一起,并按圖4把吹風機插入塑料接口上．

第2步，用另一只手把泡沫板拿到光盤下,不打開電吹風機,此時泡沫板由于受到重力而掉下．

第3步，同樣把泡沫板拿到光盤下,這時打開電吹風機,泡沫竟沒有掉下來,你想電吹風機開多久它就多久不會掉下來,關掉開關后,它竟又掉下來了．

(4) 改進評估.

學生評:筆者與幾個學生進行訪談:你對這個實驗有哪些看法或表達?

生1:科學實驗竟可以這樣玩，痛快，我喜歡.

生2:利用這些創新實驗，使我真正理解了流速大壓強小，流速小而壓強大的原理.

生3:這些實驗太刺激了，想不到光盤和氣球竟有這么大的作用.

教師評:課后大家對實驗的一致觀點如下.

(1) 高見度.實驗現象明顯，視覺沖擊強，對比明顯.利用U型管、氣球和電吹風吹氣前后的對比，實驗結論更準確可靠.

(2) 低成本.用的氣球和光盤、泡沫等廢棄物，成本低，材料易取、易得.

(3) 趣味性.制作簡單方便，而且這些裝置都像個小玩具，易操作、易玩而且趣味性高，學生們很喜歡，真正體現在玩中學，在學中玩的理念.

(4) 思維沖擊大.這幾個創新實驗能有效降低學生的思維難度，同時極易激起學生的“頭腦風暴”，啟發性強.

案例2.玻璃從絕緣體變導體實驗.

(1) 課堂觀察.

“燒紅了的玻璃能導電”是8年級上冊第4章第3節“物質的導電性”中必不可少的演示實驗．有的教師上課時用的是酒精噴燈,有的教師把燈泡改成了二極管,最終雖然都能得出,導體和絕緣體不是絕對的,玻璃在常溫下是絕緣體,但在加熱變紅時會變成導體的結論．

(2) 問題分析.

這樣的演示實驗存在以下不足.

① 酒精噴燈不但開始時預熱時間較長,而且使用很麻煩．

② 有的教師改成二極管,雖然材料簡單了,但二極管發光小,現象不夠明顯．

③ 用上面2種方法做實驗,實驗耗時較長,而且成功率低．

(3) 開發實驗.

① 材料： 1個驗電球,1盞酒精燈,鱷魚夾和導線若干,1個燈芯.

② 裝置圖:如圖5所示.

圖5

③ 制作方法及操作.

第1步，將上面的材料按圖5所示串聯好,此時發現驗電球不亮,說明常溫下玻璃不導電．

第2步，點燃酒精燈,把燈芯放在酒精燈上燒10s左右,此時看到驗電球明顯發光了,說明此時玻璃導電了．

(4) 改進評估.

① 實驗簡單、方便,用時少,為上課節省了好多寶貴時間．

② 效果明顯,驗電球亮光,實驗現象明顯,可見度高,班里所有的學生都看得很清楚,為玻璃加熱時會導電這一結論打下了可信度．

③ 實驗安全,只要用酒精燈加熱就成．

案例3.摩擦起電.

(1) 課堂觀察.

在一次展示課上,一位教師這樣開頭:教師拿著吸管,靠近細小的水流,水流不彎曲,教師用紙巾摩擦后,再次靠近小水流,發現水流向吸管彎過來了．這時教師問學生:吸管發生了什么變化．學生的回答是:吸管產生了吸力．再問學生時,學生揣摩出教師要的答案,回答吸管產生了電,即摩擦生電．

(2) 問題分析.

① 在初二學生的前概念中,使物體運動或彎曲肯定是有力的作用的,所以那學生說產生了力,這是好多學生會說的原因,當然也有部分學生會說:是因為摩擦生磁了．

② 用這個實驗開頭,干擾因素太多,而且不夠純粹,當然在學生頭腦中的假設也很多,對于教師想要的結論,即摩擦生電不容易也不合適,當然這樣的實驗視覺沖擊力也很強,即使用了轉換法,在學生頭腦中也不能形成強有力的可視化思維,最后得出摩擦生電結論時,學生也是半信半疑的,無法全部相信．

(3) 開發實驗.

① 實驗材料： 1塊毛皮,1根橡膠棒,1個氖管.

② 裝置圖:如圖6所示.

圖6

③ 制作方法：

第1步，先用氖管接觸橡膠棒,氖管不發光．

第2步，用毛皮摩擦橡膠棒后,一只手拿著氖管,把氖管從橡膠棒的一端慢慢地滑向另一端,這時一方面聽到噼啪的聲音,另一方面會看到氖管發光．

(4) 改進評估.

① 實驗視覺效果強,沖擊力大．

② 實驗純粹、直觀,沒有任何疑惑,使學生一看就知道摩擦生電．

③ 這樣的引課能極大地調動學生學習物理的興趣和積極性．

案例4.液化.

圖7

(1) 課堂觀察.

浙教版初中《科學》第1冊第4章第6節“汽化與液化”,關于在常溫下壓縮體積可以使氣體液化的實驗,教師按教材采用玻璃注射器和乙醚來完成(如圖7所示)．實驗步驟如下.

① 將少量乙醚吸進注射器,取下針頭．用橡皮帽把注射器的小孔堵住．

② 握住注射器的下端,注射器內的乙醚________________．

③向內推動活塞,注射器內的乙醚氣體將__________．

實驗結果是看不清現象,效果不好．

(2) 問題分析.

針對原實驗,筆者調查了部分教師和學生,結合自己的感受,認為原實驗存在以下不足.

① 教師認為原實驗操作不方便,不實用．

部分教師反映乙醚是管制藥品,學校沒有配備乙醚,實驗沒法做．同時乙醚極易揮發、有刺激性氣味、有毒,而在吸取乙醚時容器口是敞開的，加之操作不當等原因會造成部分乙醚泄漏，對人體會造成不良反應,具有一定的危險性．部分教師反映乙醚為無色透明液體,做演示實驗時,液化、汽化現象不明顯,實驗的可見性不好,學生不易觀察．部分教師認為操作時兩手齊用,操作不方便,展示也不方便．還有一些教師反映原實驗吸入乙醚的量往往偏多,即使量剛好，乙醚也不易汽化,實驗很難成功．

② 學生認為原實驗太“遠”了．

一些學生開玩笑地說課堂上最遠的距離就是實驗明明就在眼前,但我沒有看見,連那個乙醚的影子都沒有看到,更不要說汽化和液化的過程了(實驗的可見度低和可信度不高)．一些學生認為乙醚離我們的生活太遠了,我們都不知道乙醚是干什么的(實驗材料學生不熟悉,沒有貼近生活)．一些學生認為實驗都是教師一個人演示的,如果能讓我們來操作該有多好(學生的參與度不夠)．

(3) 開發實驗.

① 實驗材料： 100mL針筒,1支硅膠槍,1只打火機,1只夾子,1根輸液管,碘若干．

② 裝置圖:如圖8所示.

圖8

③ 制作方法：

如圖8所示,將去掉點火器的打火機、剪掉針頭的輸液管和針筒(教師演示用100mL)按圖示連接．為了增加演示實驗的可視性，可在100mL針筒內先放一粒碘,演示裝置壓活塞時所需的力較大,可配一個硅膠槍．

④ 操作方法:

第1步，松開夾子,打開打火機,向針筒中充丁烷氣體,活塞往后退．

第2步，待針筒中充滿氣體時(可延遲5s,以活塞不蹦出針筒為宜),關閉打火機,用夾子夾住輸液管．

圖9

第3步，把針筒裝入硅膠槍內,緩緩推動針筒活塞,注射器內出現液滴,繼續向里推進活塞,液體的量逐漸增多,碘溶于丁烷,溶液呈紅棕色(如圖9所示,可借助實物投影儀將實驗過程展示給學生看),松開硅膠槍馬上可見液態丁烷汽化,碘析出后分布在針筒內壁．

(4) 改進評估.

① 打火機內的丁烷沸點為-0.5℃,即使在冬天也易汽化,不需要用很大的力氣來拉活塞使其汽化．同時針筒內先充滿氣體再液化,不需要考慮過多的液體沒有汽化對實驗的影響．

② 打火機貼近學生生活,激發學生興趣．學生通過實驗能理解打火機中的丁烷在常溫下是如何液化的．

③ 實驗材料常見、組裝方便、可單手操作,可在室內巡回演示或用實物投影展示，教學效果好．丁烷在密閉的系統中運作,不會泄漏,更加安全,可以讓學生親自操作或課后自己組裝,強化了學生的親身體驗,進一步提高實驗教學的效果．

2 反思提高

演示實驗是為突破難點,建立概念、得出規律等起作用的,所以當我們碰到概念建立或規律得出出現困難時,可以用實驗來解決,但這種演示實驗必須符合:

(1) 高見度,即現象要非常明顯,用高見度,視覺沖擊強的實驗來演示,從而得到讓學生信服的結論.

(2) 純粹,即實驗就是為某個結論而做的,目的性明確,無別的干擾因素．

(3) 貼近生活,即所開發的創新演示實驗必須跟學生的生活緊密聯系在一起,[1]這一方面學生對于熟悉的東西更親近,更易理解;另一方面也是物理來源于生活,又應用于生活的體現．

(4) 低成本，[2]即實驗材料最好是成本低的一些生活用品或生活廢棄物,真正做到低成本實驗．

(5) 師生共做，即創新實驗的過程最好讓學生們都主動積極地參與進來,不但可以提高他們的動手能力,也能培養他們的創新思維．讓我們積極開發高見度的創新實驗,用強有力的視覺沖擊,在學生的頭腦中形成一個很直觀、理解透徹的概念或規律,從物理實驗到物理圖像到抽象知識的建構過程中,先把思維難度降低,從抽象的語言變成形象的實驗過程,從而再上升到理性的過程,這樣更有利于概念的形成和規律的得出,也有利于提高學生學習的興趣和求知欲．

1 黃建林,朱春鳳.利用生活器材開發物理小實驗的實踐[J].中學物理教學參考,2016(11):56-59.

2 趙力紅.低成本 高智慧 深探究(二)——低成本實驗在物理教學中的開發與運用[J].教學儀器與實驗,2006(3):12-15.

本文獲浙江省教研課題“‘高見度’微創實驗的開發和教學研究”(編號： 06329)基金資助.

2017-02-12)