利用教材資源 挖掘實驗素材

【摘 要】物理創新實驗有利于培養學生的動手能力和綜合思維能力。概念與規律的形成實驗、將習題轉化為實驗和綜合實踐活動的重新設計是學生創新實驗選題的三個來源。

【關鍵詞】創新實驗；教材資源；物理教學

【中圖分類號】G633.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）83-0047-03

【作者簡介】湯金波，南京師范大學附屬中學樹人學校（南京，210036）教師，高級教師，江蘇省特級教師。

物理是一門實驗學科，學生創新實驗有利于學生動手操作能力與綜合思維能力的培養。學生在設計與動手的過程中增強了自己的學習興趣與理解能力，也提高了學習物理的效率。但不少教師在與筆者的交流中提到一個困惑：不知道從哪里可以引導學生生發出創新實驗的思維火花。筆者理解教師對創新實驗設計技巧的渴望，這里談一談自己的實踐。

一、創新實驗源于概念與規律的形成實驗

新課程理念倡導要變“教教材”為“用教材教”，以此呼喚教師結合教學實際對教材進行創造性的使用。由于教材實驗設計方面存在不足，學生在觀察、實驗、制作和搜集數據以及分析數據的過程中，往往會遇到實驗現象、數據與預設不符的情況，而此時正是培養學生設計創新實驗的難得契機，也是培養學生嚴謹、求真、求實的科學精神的好時機。下面這個關于冰的熔化實驗（二次水浴法）能夠很好地說明這個問題。

題目：做冰的熔化實驗發現的問題與解決辦法。

實驗中發現：當我在做冰的熔化實驗（水浴法）時，測量出的冰的熔點不是0℃，每次都會有2℃左右的誤差，那么有沒有什么方法來減小這個誤差呢？

猜想與假設：在實驗過程中，我們曾經使用水浴法使得冰受熱均勻，那么多次運用水浴法是否可以減小誤差呢？

實驗器材：許多碎冰、開水、鐵絲球、金屬易拉罐、鍋、透明玻璃容器。

實驗過程：利用金屬（鐵）良好的導熱性，在透明玻璃容器和易拉罐之間加入許多鐵絲（鐵絲球），并將這個整體放入鍋中，在鍋中倒入開水。在易拉罐中放入碎冰，并放入溫度計測量其溫度，靜待其熔化（可用筷子將冰塊搗得更碎，加速其熔化），待冰塊熔化成冰水混合物時，仔細觀察溫度計的示數，可發現其極為接近0℃，大大減小了誤差。

實驗結論：冰的熔化實驗，可以說明多次的水浴法可以減小對熔點的測量誤差。雖然我只用了二次水浴法，誤差就減小到了0.2℃以內，如果用三次、四次呢？想必可以不使用現代精密溫度計也可以測得冰的準確熔點了吧。

學生成功設計出這個創新實驗，至少有三個收獲：一是真正體驗了冰熔化時溫度保持不變的特性，物理老師都知道冰的熔化實驗不容易成功，按照教材介紹的傳統方法，冰熔化前后溫度計示數一般相差2℃～3℃，而兩次水浴法巧妙地解決了這個問題；二是真正理解了水浴法加熱的優點，而不是停留于記憶教材中的注解文字；三是學生得到啟發，創新實驗設計并不是高不可攀的，有時就像捅破一張紙那么簡單，關鍵是有沒有想到去捅。

物理概念的建立與規律的總結離不開物理實驗，教材中的實驗在物理教學中的作用舉足輕重。教師在引領學生觀察實驗、分析實驗和研究實驗的基礎上，要努力挖掘學生的潛能，找到優化實驗的切入口。創新實驗的設計不但可以加深學生對概念和規律的理解，而且對學生創新思維的培養意義重大。

二、創新實驗源于對習題的轉化

世界上最簡單的學習方式是模仿，但如果模仿沒有經過學生大腦的深思熟慮、冥思苦想，沒有經過學生的大腦深度加工，就會顯得機械。如果教師精選教材的習題，讓學生一邊完成習題，一邊通過實驗來驗證，一定會帶來美妙的學習享受，更能為學生打開創新實驗的大門。

例如，教材有道經典習題：水蒸氣和水哪個燙傷更嚴重？孫遜同學經過一個星期的設計交來他的實驗報告。

實驗準備：蒸籠、鍋、硬紙板并在上面開了一個小口、兩只癟了相同面積的乒乓球、一個計時器、一支溫度計。

實驗操作：①加熱蒸籠內的水蒸氣，溫度計穿過硬紙板上的小口插入測量水蒸氣的溫度，控制火焰大小，使溫度計讀數穩定在100℃。

②放入乒乓球，同時開始計時。

③觀察癟了的乒乓球，當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為5.08秒。

④將鍋里的水加熱至沸騰后，放入另一只癟乒乓球，同時開始計時。

⑤當乒乓球恢復原形時，立即停止計時，并將乒乓球拿出，記錄時間為16.33秒。

實驗現象：放入蒸籠的乒乓球恢復原形的時間遠遠比放入鍋里的短。

實驗結論：100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水更嚴重。

本實驗中運用了“轉換”的思想，將燙傷程度轉換為乒乓球膨脹快慢。100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水燙傷更嚴重是生活中的常識，也是一道經典的物理習題。原來，蒸籠里的水蒸氣遇到較冷的乒乓球時，首先要液化為100℃的水，此時會放出大量的熱，然后100℃的水在降溫過程中還要向乒乓球放熱，所以水蒸氣向乒乓球放出的熱量比水向乒乓球放出的熱量更多，根據熱脹冷縮的原理，蒸籠中的乒乓球就會膨脹得更快。

習題教學是物理教學的重要組成部分，怎樣利用習題提高教學效率是值得研究的課題。水蒸氣燙傷是生活的常識，學生卻無法直接感受，自然增加了學生答題的困難。孫同學的創新實驗為實驗過程中滲透物理方法（本實驗用到了“控制變量法”和“轉換法”）提供了范例，給這類習題的高效教學提供了一條清晰的思路，對培養學生在解決實際問題中順利建立物理模型也有積極的意義。

三、創新實驗源于對綜合實踐活動的重新設計

綜合實踐活動是指在教師的指導下，由學生自主進行的綜合性學習活動，它是基于學生經驗，密切聯系學生的生活和社會實際，體現對知識綜合應用的學習活動。它最大的特點是生活性、實踐性、開放性，這決定了它是學生創新實驗的大舞臺。

題目：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離成反比嗎？

實驗準備：分貝儀1個、米尺1把、手機1部。

實驗操作：①關好門窗，盡量避免噪音的干擾。

②在手機上下載一個響度相同的鈴聲，將手機平放在地板上。

③用米尺在距離手機5cm，10cm，15cm……45cm，50cm處在地板上分別做好標記。

④在無發聲源的情況下將分貝儀先后放置在各標記處，測量正常情況下的響度，發現其都為33dB。這樣，每個區域噪音的干擾都相同。

⑤分別將分貝儀放在距離手機0cm，5cm，10cm……45cm，50cm處，依次播放手機鈴聲。

根據每個點的測量數據，匯總成統計圖和統計表，如下：

實驗結論：距離聲源不同點的響度與該點到聲源的距離并不成反比，它像熱水降溫時的“溫度-時間”曲線一般，變化規律可以總結為先快后慢。

本實驗利用手機、米尺等簡單的器材進行定量探究，過程不復雜，不但完成了教材設置這個活動的目的，而且活化了基礎知識、豐富了實驗手段。通過對上面的統計圖與統計表的觀察，可以發現：距手機0cm～25cm處響度一直是在減弱的，但之后響度卻忽上忽下，有時甚至比前面的響度還要高。這與生活常識相違，顯然是有什么因素干擾了實驗。其實聲音的傳播受溫度、濕度以及傳播介質的影響。經與小作者交流得知：他做實驗的那個走廊不透風，溫度相對較高，濕度也較大，以上因素也會影響到聲音的傳播。

教學過程離不開教材，利用教材資源挖掘學生創新實驗素材，使學生創新實驗有了明確思路。更重要的是這樣的學習過程，學生不是被動的、有待填充的“物”，而是一個有思想、有個性、不斷地進行創新活動的主體。學生在教學過程中的積極參與，使我們的教學成為一個充滿活力、富有創造性的生命成長過程。由于學生知識經驗存在不同程度的差異，他們往往會對相同的教學內容產生不同的、個性化的理解，來自于學生多元視角的實驗設計在一定程度上豐富了課堂教學內容，成為教師反思課堂的源泉，為課堂教學提供了鮮活的素材。當然，這些鮮活的素材又為所有學生的實驗創新提供了沃土。