核心素養視域下物理教學魅力體現

摘 要：本文介紹了魔術在物理新課引入環節中的應用.通過光學、熱學和力學一共五個具體的魔術來說明如何制作和演示魔術.在新課引入環節中恰當運用魔術可以激發學生的好奇心和求知欲.

關鍵詞：魔術;物理新課;課堂引入

文章編號：1008-4134（2019）16-0034 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

作者簡介：程幫軍（1984-），男，江蘇連云港人，本科，中學一級教師，研究方向：初中物理教學研究.

1 魔術在課堂引入環節中的作用

魔術是以不斷變化讓人捉摸不透并帶給觀眾驚奇體驗為核心的一種表演藝術，是制造奇妙的藝術.更簡單的說，它是一種表面上違反客觀規律的表演.魔術是依據科學的原理，運用特制的道具，巧妙綜合視覺傳達、心理學、化學、數學、物理學、表演學等不同科學領域的高智慧的表演藝術.抓住人們好奇、求知心理的特點，制造出種種讓人不可思議、變幻莫測的現象，從而達到以假亂真的藝術效果.如果將魔術運用到物理課堂的引入環節將達到事半功倍的效果.在課堂開始恰當運用魔術表演可以激起學生的好奇心和求知欲，大大提高物理課堂效率.筆者將魔術和物理教學新課引入環節有機結合設計了以下幾個魔術教學案例和同仁一起分享.

2 魔術在初中物理新課引入環節應用案例

案例1 “平面鏡”課堂引入設計——隔物滅火魔術

魔術材料：透明玻璃板40cm×40cm、不銹鋼支架、兩根白色蠟燭、兩個打火機、吸管一根.

魔術制作：如圖1（a）所示，在不銹鋼支架下面鋪上硬紙板，在距離玻璃板等遠處，在放置蠟燭位置處用剪刀裁剪出大小與蠟燭橫截面相等的圓孔.兩個圓孔關于玻璃板對稱，在魔術表演之前將兩根蠟燭燃燒至長度相同.魔術具體操作步驟：（1）教師說明中間是一個透明玻璃板，然后用左右手將兩個打火機同時打火點燃玻璃板兩側的蠟燭，如圖1（a）所示，然后用吸管吹滅前面蠟燭，如圖1（b）所示，說明玻璃板后面蠟燭無法被吹滅，然后將玻璃板后面蠟燭熄滅;（2）下面是見證奇跡的時刻，教師用手去撫摸玻璃（吸引學生注意力制造懸念）讓玻璃板具有魔力;（3）同時左右手拿兩個打火機，把在玻璃板面前的蠟燭點燃，而玻璃板后面的蠟燭不點燃，看到的效果如圖1（c）所示;（4）用吸管對著玻璃前面蠟燭吹，會看到玻璃前面和后面的蠟燭同時熄滅了，如圖1（d）所示.

魔術現象：第一次吹玻璃板前面點燃的蠟燭，前面的蠟燭熄滅，玻璃板后面的蠟燭沒有被吹滅.第二次同時點燃蠟燭以后，用手撫摸玻璃板，吹滅玻璃板前面的蠟燭，玻璃板后面的蠟燭也跟著熄滅了.

魔術原理：根據平面鏡成像特點：正立、等大、等距的虛像.第一次是將玻璃板前后兩根蠟燭都點燃了，所以只能吹滅玻璃板前面的蠟燭.第二次只點燃了玻璃板前面的蠟燭，由于平面鏡成像特點看上去玻璃板后面的蠟燭也被點燃了.第二次再吹玻璃板前面的蠟燭看上去把玻璃板后面的蠟燭也吹滅了.

點評 此實驗構思巧妙，恰當地將平面鏡成像原理應用到小魔術當中，在上“平面鏡”一課開始引入部分來演示，會起到畫龍點睛的作用，極大地激發起學生的興趣和好奇心.

案例2 “機械能與內能的相互轉化”課堂引入設計——瓶中云霧魔術

魔術材料：高度白酒（二鍋頭）或醫用酒精（藥店有賣）、礦泉水瓶.

魔術制作：（1）將少量白酒（或者酒精）倒入到瓶子里面（少許就可以不用太多）;（2）擰緊瓶蓋，使勁搖晃瓶子，使得酒精與空氣充分混合（也可以用熱水燙一下使得混合充分）;（3）然后像擰麻花一樣使勁來擰塑料瓶（對氣體做功），使得瓶子空間被壓縮一半左右;（4）然后用一只手握住被擰緊的部分，迅速打開瓶蓋（會聽見呯的一聲），瓶內出現白色云霧（如圖2所示）.

魔術現象：教師用手搖晃以后用力擰緊礦泉水瓶末端，然后打開蓋子，瓶子內部出現白色云霧.

魔術原理：魔術原理是改變氣體內能的兩種方法做功和熱傳遞.對于一定質量的理想氣體，擰緊塑料瓶短時間內使得氣體體積迅速減小，對氣體做功，擰緊瓶子的過程比較快，可以看成絕熱過程，此時瓶內氣體的壓強增大.根據熱力學第一定律U=W+Q，做功和熱傳遞都可以改變物體內能，擰礦泉水瓶的過程可以看成對氣體做功，氣體內能增大，氣體溫度升高.迅速打開瓶口時，氣體對外做功內能減小，瓶內氣體壓強減小，瓶內溫度迅速降低，使得本來混合的酒精和空氣混合氣體溫度迅速降低.當溫度降低時，使水蒸氣和酒精蒸氣都液化為小液滴也就是我們看到的“白霧”.

點評 這個魔術的最大優點是取材簡單操作方便.高度白酒、礦泉水瓶都是生活中常見物品.在“內能”新課引入時教師做這樣一個小魔術，可以把學生注意力吸引到物理課堂上提高學習效率.講完新課以后教師再回顧解釋這個小魔術的物理原理，這樣會給學生留下深刻的印象，將物理與生活緊密聯系到一起.

案例3 《磁場對電流的作用 電動機》課堂引入設計——意念螺絲魔術

【魔術材料】意念螺絲套件如圖3（A）所示、紐扣電池、螺桿、螺母、拆卸環磁鐵.

【魔術制作】將拆卸環套在螺桿底部，然后向上擰緊螺母，會把螺桿底部頂出來，然后將紐扣電池放入螺桿內部，安裝好螺桿底座.將圓形小磁鐵用透明膠布粘貼在中指（或無名指）內部如圖3（B）所示.用拇指和食指拿住螺桿擰上螺母，通過中指上次磁鐵靠近螺桿底部，就會使得上面的螺母沿著螺桿運動.可以使用另外一只手的兩個手指靠近螺桿摩擦來吸引學生注意力.

【魔術現象】發現表演魔術的人可以通過意念控制螺桿上的螺母前進，直到螺母從螺桿上掉下來.

【魔術原理】在螺桿內部安裝有一個微型電動機，內部放置了一個磁控開關，當磁鐵靠近就使得電路接通電機使得螺桿振動起來.由于螺紋的存在使得螺母會沿著螺桿運動起來.當磁鐵遠離螺桿底部電路斷開，螺母就停止運動了.

點評 實驗成功率高操作性強，在表演之前要多練習幾次使得左右和右手默契配合.在新課開始的時候表演這個魔術說明魔術原理與本節課學習內容緊密聯系，這樣可以大大調動學生的學習熱情.在課程學習以后再緊扣引入的魔術進行揭秘，這樣可以使得學生通過科學來理解生活中的魔術現象，加強科學與生活的聯系.

案例3 “流體壓強與流速的關系”引入設計——隔墻滅火魔術

魔術材料：蠟燭、玻璃杯、打火機.

魔術制作：（1）將蠟燭點燃.（如果蠟燭太長用刀切短）;（2）從杯子底部上方來吹氣，氣流平行杯子側壁;（3）杯子里面的蠟燭熄滅了.

魔術現象：點燃的蠟燭在玻璃杯里面，教師從封閉的一端吹氣，杯子里的蠟燭被吹滅了.

魔術原理：魔術涉及到的物理知識是流體的壓強與流速.蠟燭燃燒產生的二氧化碳、水蒸氣，以及被加熱的空氣組成的混合熱氣，聚集在火焰上方并貼著玻璃杯上側面向外流，冷空氣從下方向內流.此實驗最大優點恰恰就是因為蠟燭燃燒會消耗氧氣，使得杯中氧氣比較稀薄.只要人用力吹氣，在杯內氣體急劇向外流出時，蠟燭會因過度缺氧而熄滅.此實驗演示氣體壓強和流速關系，用力吹氣沿著杯子上壁向右側氣體流速增大，氣壓減小，在杯子內部由于蠟燭燃燒導致氣流方向如圖3所示.吹氣導致杯子內部上方氣流突然加速向外流動，下方加速流入，使得中間交界面處相對速度急劇增大，蠟燭熄滅.

點評 這個魔術趣味性很強且操作步驟簡單.作為壓強與流速關系引入新課緊扣主題.隔著玻璃可以把蠟燭吹滅讓學生感覺到不可思議，在引入環節提高學生對流體壓強與流速關系的興趣.實驗可以進行課后拓展，從杯子的不同方向來吹蠟燭怎樣吹容易將蠟燭吹滅.

案例4 “物體的沉與浮”課堂引入設計——聽話的浮子魔術

魔術材料：小藥瓶、廣口玻璃飲料瓶、氣球、電線（銅絲或鐵絲）、橡皮筋、老虎鉗、剪刀.

魔術制作：（1）取一段細金屬絲纏繞在小藥瓶上，要注意對稱纏繞，在水槽里放水，然后將小藥瓶放入到水中，恰好浮起來為合適狀態.可以先多纏繞一點金屬絲，然后逐漸剪短來調整重力的大小，實驗最難的地方就是制作合適的浮沉子;（2）然后將氣球口位置用剪刀剪掉.在大的玻璃瓶中放入適量的水，水不要灌滿;（3）將剪好的氣球膜套在瓶口上.然后再套上橡皮筋，使得瓶口密封.

魔術現象：向下輕按氣球膜，沉浮子就會下沉.向上輕拉橡皮膜沉浮子就會向上浮.浮子好像聽人的話一樣可以任意地向上和向下受到控制（如圖4所示）.

魔術原理：魔術涉及到的物理知識是阿基米德原理和液體壓強的傳遞.浸入靜止流體（氣體或液體）中的物體受到一個浮力，其大小等于該物體所排開流體所受的重力，方向豎直向上并通過所排開流體的重心.小玻璃瓶倒著扣入水中，瓶中空氣占據一定的體積，所受到的浮力等于排開液體所受的重力，同時金屬絲和玻璃瓶也占據了一定的空間，所以浮子總的體積等于空氣的體積、玻璃瓶體積和金屬絲體積之和.當在瓶口用手指壓氣球膜時，瓶口上方空氣體積減小壓強增大，根據液體和氣體壓強的傳遞性導致浮子內部的空氣被壓縮體積減小，所以整個浮子受到的浮力減小，重力大于浮力下沉.當移開手指或者向上拉氣球膜時，水上方空氣壓強減小，浮子內部空氣體積增大，浮力大于浮子所受重力而上浮，靜止時浮子受到的浮力等于浮子受到的重力，二者大小相等方向相反.

點評 魔術取材簡單、制作容易可操作性強.魔術的趣味性強，教師可以說里面的小瓶子有生命，問學生信不信，學生肯定說沒有.教師可以控制讓小瓶上升和下降.結果瓶子會隨著教師的操作不斷上上下下.十分有趣的魔術，魔術緊扣主題液體傳遞壓強和阿基米德原理，在講解對應的知識時都可以表演魔術.

案例5 “大氣壓強”課堂引入設計——空杯取酒魔術

魔術材料：一臺FDM（熱熔沉積型）3D打印機，打印材料為ABS，PLA，PC等塑性材料.

魔術制作：（1）設計魔術3D打印圖紙，杯子的直徑6cm、高度為7cm、內外壁厚度2.5mm;（2）根據圖紙準備好制作材料，使用ABS塑性材料進行3D打印;（3）老師當全班同學的面拿出3D打印好的杯子，然后在杯子里面倒入自來水;（4）教師用手指堵住P2位置，將杯子里的水倒空;（5）拿到下面展示給同學觀察，讓學生看到杯子變空了，教師將杯子放到講臺上;（6）用一塊紗布蓋上杯子然后喊一聲變，然后再次拿起杯子讓同學觀察，學生尖叫有水了.

魔術現象：當教師將杯中的水倒空以后，可以再倒出半杯水.學生會感覺無比的神奇.

魔術原理：魔術原理是大氣壓強和連通器原理.由于教具底部和側面都設計了小孔.當進行步驟（3）時，由于連通器的原理，水會穿過底部小孔流入空心層，使杯內與空心層內的水面同高（水面最高可達P2孔的高度，當進行步驟（4） 時，由于P2被堵住，大氣壓將作用在P1孔上，使空心層內上部的水不會從底部P1孔溢出，同時留在空心層下部的水，本身也不會從P1孔溢出，也就形成了“空杯”的效果.當進行步驟（5）、（6）時，松開手指，P1， P2孔均打開，由于連通器原理，空心層內的水會有部分從底部小孔P1溢出，也就形成了“空杯來酒”的效果.

點評 魔術的材料要求比較高，魔術本身設計比較巧妙.如果學校購買了3D打印機，這個實驗比較容易制作.實驗將大氣壓強和連通器原理運用到魔術當中.在新課引入用空杯取酒實驗會非常震撼.學完大氣壓強知識以后，教師展示空杯取酒原理讓學生分析原因可以培養學生的分析能力，通過魔術表演會吸引學生的注意力提高課堂教學效率.

3 總結

在日常生活和觀看魔術表演時教師要善于觀察和分析，分析魔術表演的科學原理.在有條件的情況下在物理課堂上重復表演，然后揭秘其中的物理原理，這樣可以堅定學生的辯證唯物世界觀，使得學生熱愛科學相信科學.

參考文獻：

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[3]吳燕.喚醒·體驗·架構·釋疑——一節初中物理復習課的現場體悟[J].中學物理，2018，36（12）：50-52.

（收稿日期：2019-05-09）