例談初中物理實驗創新

(1. 江蘇省鎮江市丹徒區三山中學,江蘇 鎮江 212143;2. 江蘇省鎮江市丹徒區教師發展中心,江蘇 鎮江 212143)

1 化繁為簡

麥克斯韋曾經說過:“演示實驗的教育價值常常與儀器的復雜性成反比,學生用自制儀器,即使老是出錯,也常常比人們用細心調整的儀器易于學到更多的東西。”所以初中物理實驗應做到操作簡單、器材便于收集和制作,讓實驗與學生更親近。

案例一:靜摩擦力方向的判斷

靜摩擦力方向的判斷是學生在學習中普遍存在的難點,其主要原因是學生在日常的生活體驗中缺乏這方面的感性認識,往往沒有留意靜摩擦力現象,更難想象兩個相對靜止而又存在相對運動趨勢的物體接觸面間的受力情況。在教學中,可以取兩只毛色不同的牙刷,使刷毛相對交叉疊放,一起平放在粗糙的木板上,通過實物展臺將畫面投影到屏幕上,讓學生清晰地看到刷毛。沿水平方向輕推上面的牙刷,可以看到上、下物體間刷毛形變的方向與彼此相對運動的方向相反(如圖1),由此遷移到具體情境問題的分析上。如果要進一步優化教學方式,可以讓學生自帶電動玩具車、算盤、毛筆、細沙和紙張等,讓學生通過游戲的方式來研究,效果會非常好。

圖1

案例二:演示懸浮現象

有老師是這樣做懸浮的演示實驗：先調配低濃度的鹽水,雞蛋放入水中下沉,接著往鹽水中繼續加鹽攪拌,通過提高鹽水濃度找到一個平衡點,實現懸浮。還有老師反其道而行之,先配置好足以讓雞蛋漂浮的濃鹽水,在做演示懸浮時,只需要緩緩加入清水即可。雞蛋的重力和浮力絕對相等是很難做到的,第二種方法的好處是先稀釋上層鹽水,雞蛋受到的浮力逐漸減小,于是下沉,但是雞蛋在浸入下層更濃的鹽水過程中,更容易找到這個平衡點,實踐證明第二種方法簡單易行，效果更佳。這里推薦一種快捷的演示方法:往燒杯中注入一半配置好的濃鹽水(足以讓雞蛋漂浮),然后利用漏斗沿燒杯內壁緩緩加入適量色拉油,雞蛋放入后會快速懸浮在當中(如圖2)。

圖2

2 變靜態、被動為動態、主動

注意力是指人的心理活動指向和集中于某種事物的能力，俄羅斯教育家烏申斯基指出：“‘注意’是我們心靈的唯一門戶,意識中的一切,必然都要經過它才能進來。”注意是指人的心理活動對外界一定事物的指向和集中。課堂的教學經驗告訴我們：學生更容易被動態的事物所吸引，我們的實驗應該更動態一點,增強互動性。

案例三:演示大氣壓的存在

為了表明大氣壓的存在,老師們喜歡通過“覆杯實驗”來驗證。很多老師為了快速引入或者擔心實驗的失敗,往往簡單地把紙片蓋在裝滿水的杯口再倒轉過來,讓學生看到“水沒有落下”的事實即了事。反思這個演示實驗,這樣有沒有激發學生思考?如果不是老師后面“回過頭來”解釋各種奧秘,學生對“水沒有落下”的原因僅僅停留在“大氣壓作用”上。我們不妨這樣設計:讓每個小組帶好平口的普通玻璃杯、臉盆、大小足以遮擋杯口且薄而平的塑料片(用它替換紙片的好處是不會遇水變形),引入的環節布置成任務：比一比,誰能完成覆杯實驗？讓學生在分組完成任務的過程中帶著問題思考和討論：水不裝滿行不行？薄片不水平行不行？薄片在什么情況下落下了？引導學生對實驗結果和條件進行深層的對比分析,進而發現杯子內外的氣壓關系。老師最后可以利用學生的器材做精彩的“轉動”演示,讓水杯緩慢的朝不同方向旋轉,發現薄片牢牢蓋住杯口而不落下，相信這一系列的互動會讓學生收獲更大。

案例四:演示流體壓強與流速的關系

在學習“流體壓強與流速的關系”時,有些現象和習題情景都是學生沒有經歷過的,學生沒有豐富的感性材料來理解和消化,其實很多實驗可以現場演示。以乒乓球為例,可以演示足球運動中的“香蕉球”。在教室中,利用球拍用力擊打乒乓球的側邊,球在無風的教室中劃出明顯的弧線軌跡;將乒乓球放在高腳杯中,朝杯口斜上方猛起吹氣,乒乓球能跳出來(如圖3);再比如“吹不落的乒乓球”,這是一道經典的習題,操作如圖4所示,老師可以照樣演示。

圖3

圖4

學生的注意力在實驗上,何愁激發不了他們的求知欲。在解釋完其中的物理原理之后，來一場如圖5所示的游戲也未嘗不可,“求勝心”會讓學生積極地應用物理知識。

圖5

3 變平面為立體

實驗展示了客觀的現象,如何理解平面這一說法？筆者舉幾個例子:在“探究聲波的形成”實驗中,教材從水波、繩子一端固定甩動另一端時的運動形態、彈簧振動時的波動形態等方面引導學生理解聲波的產生,但是無論是教材配圖和水波演示,我們能看到的波動是在某一個平面的;“探究光的反射定律實驗”和“探究光的折射規律實驗”中,光線始終呈現在一個平面紙板上;“探究磁體的磁場分布實驗”中,我們是在平面的玻璃上看小鐵屑的分布,從而聯想到磁場的分布情況……如何讓學生認識到這些現象是處于立體空間的？實驗的改進值得大家思考。

案例五:“探究光的反射定律實驗”的改進

圖6

這是筆者從聽課中獲得的經驗,有位青年教師對實驗器材進行了改進，如圖6所示,將卡片(提前畫好量角器刻度線)設定到小轉盤中間,用自拍桿綁定好激光電筒,將自拍桿的手柄端固定到大轉盤上,以固定處為轉軸,然后調節入射光線對準硬紙卡的對折線的最低點(鏡面上的入射點),演示時轉動大轉盤，帶動自拍桿上的激光電筒做水平圓周運動,這樣入射光線和反射光線就可以360°旋轉起來,小轉盤也可以轉動,讓作為“量角器”的卡片能運動到恰當的位置，來承接光線和讀取角度。這個復雜的實驗儀器花費了老師不少心思和時間,但是制作的材料全都取材于生活,學生樂于接受并感覺親切。學生在看了演示之后,提升了對光的反射定律的認識層次。

4 化險為夷,巧妙解決困難實驗

在初中階段,師生接觸到的實驗一般危險系數不高,但也不能忽視,比如在家庭安全用電中“短路的危害”的演示,可以嘗試這樣改進:用錫箔紙代替熔絲,錫箔紙在5mm左右,用鱷魚夾夾住,將電源電壓降為3V,短路時可看到錫箔紙燃燒,效果很好,散發的味道也不難聞。

還有一些實驗,演示有技巧和難度,年輕教師往往找不到竅門。記得一位新教師做壓縮引火實驗時,一連壓了十幾下都沒成功,老師急得滿臉通紅,最后只得硬生生地把實驗現象和結論描述給學生,學生一片嘆息,一臉索然無味,這樣的演示也就失去了意義。這個實驗按照教學進度,一般安排在十月份,氣溫變低了,加大了實驗難度。可以改進實驗如下:用小刀刮下火柴頭的藥粉,倒入引火儀的管底,用力下壓活塞一次(以便預熱,升高溫度),提升后換氣并用力迅速壓下活塞,火柴被壓燃,效果很好,即使冬天也同樣能成功。改進后的實驗成功率大幅提高,更具說服力,還排除了危險性。

5 結語

在初中物理教學中對實驗改進的原則:一是“直觀”，讓學生能從演示實驗中直接觀察到物理過程，認識物理現象本質,避免拐彎抹角。二是“明顯”，提高實驗現象可視化程度。三是“簡單”，演示器材盡量少,結構盡量簡單,操作盡量簡便,不必過分追求儀器的精密、先進和結構的復雜。四是“可靠”，確保演示實驗一次成功。

教師應在物理教學中對實驗不斷優化和創新,充分發揮實驗在科學探究中的積極作用,引導和幫助學生構建物理觀念,提高其科學思維能力,順利地進行科學探究,進一步培養他們的科學態度與責任。