核心素養(yǎng)視域下物理實(shí)驗(yàn)生活化應(yīng)用
——以易拉罐的應(yīng)用為例

陳海深 王 帥

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣西 桂林 541004)

物理實(shí)驗(yàn)生活化對(duì)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)、探究精神的培養(yǎng)具有重要意義.物理實(shí)驗(yàn)生活化也能夠進(jìn)一步地提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[1-2].

本文主要介紹幾個(gè)巧用易拉罐的實(shí)驗(yàn)來(lái)演示和探究物理知識(shí),使用生活中常見(jiàn)的易得材料進(jìn)行教學(xué)能夠拉進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)與學(xué)生生活的距離,推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)生活化應(yīng)用,符合學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程,有助于學(xué)生的核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

1 演示大氣壓強(qiáng)的存在

1.1 神奇的魔力(如圖1)

圖1

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示大氣壓強(qiáng)的存在

實(shí)驗(yàn)器材:空易拉罐1個(gè).

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法:將易拉罐倒置,手自然垂落放置在易拉罐底部,然后手掌心緊貼易拉罐底部并用力張開(kāi)手掌,另一只手在該手掌上用力按壓排出部分空氣,即可把易拉罐吸起來(lái),用于演示大氣壓強(qiáng)的存在.

實(shí)驗(yàn)探究:到底可以吸附起多重的物體呢？可以接著在易拉罐下掛鉤碼等重物,在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步提問(wèn),如何測(cè)量大氣壓強(qiáng)的值?此實(shí)驗(yàn)與塑料吸盤(pán)掛鉤較為相似,同樣可以利用p=F/S,測(cè)出所能承受的總的拉力與作用的面積大小,從而近似測(cè)出當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):該實(shí)驗(yàn)具有一定的創(chuàng)新性,相比于吸盤(pán)吸附等具有一定的操作性和技巧性,出乎意料,而又發(fā)人深省,現(xiàn)象直觀,符合學(xué)生認(rèn)知生活化特點(diǎn),潛移默化中提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力.

1.2 威力爆癟罐(如圖2)

圖2

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示大氣壓強(qiáng)的存在.

實(shí)驗(yàn)器材:空易拉罐,自來(lái)水,裝水容器.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法:易拉罐內(nèi)部加入少量水,用夾子夾著易拉罐在酒精燈上加熱,待瓶口有大量水蒸氣冒出,倒扣入裝有自來(lái)水的容器中后水就把會(huì)易拉罐口封住,會(huì)聽(tīng)到易拉罐被壓癟的聲音,可以非常直觀的觀察到易拉罐發(fā)生了明顯的形變.

實(shí)驗(yàn)探究:為什么易拉罐會(huì)突然爆癟,如果內(nèi)部水比較多,易拉罐還會(huì)突然爆癟嗎?

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):與書(shū)本上鐵桶被爆癟相比,實(shí)驗(yàn)材料易得,操作簡(jiǎn)單,效果震撼,實(shí)驗(yàn)前后對(duì)比鮮明,學(xué)生回到家中即可以動(dòng)手重復(fù)實(shí)驗(yàn).

1.3 簡(jiǎn)易抽水機(jī)(如圖3)

圖3

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示大氣壓強(qiáng)的存在.

實(shí)驗(yàn)器材:空易拉罐,自來(lái)水,塑料吸管.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法:一只手扶住吸管,另一只手手掌心抵在吸管口,當(dāng)手扶吸管往上移動(dòng)時(shí),另一只手與吸管呈一定角度不貼合;吸管往下移動(dòng)時(shí),手掌心貼合吸管,壓提幾下,便可出水.該實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫哪M抽水機(jī)的上提和下壓過(guò)程.

實(shí)驗(yàn)探究:這是用兩只手抽水,可不可以用一只手完成實(shí)驗(yàn)?大拇指控制與吸管口閉合與張開(kāi),四指握住吸管做上下運(yùn)動(dòng).

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):如今在生活中難覓水泵、抽水機(jī)的蹤影,通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以建立水泵的模型,了解水泵抽水的過(guò)程并探究抽水機(jī)的原理,可化科學(xué)知識(shí)為親身體驗(yàn)的魔術(shù)表演.

2 重心與平衡應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):比薩斜罐(如圖4).

圖4

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示與探究重心與平衡問(wèn)題.

實(shí)驗(yàn)器材:不同品牌的330 mL易拉罐若干.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法:打開(kāi)全新易拉罐,喝掉部分之后,需要將易拉罐斜立在桌面而不傾倒.該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚰M比薩斜塔傾斜而屹立不倒的震撼效果,非常有趣,而且在調(diào)節(jié)易拉罐斜立的過(guò)程中,引發(fā)學(xué)生探究重心與穩(wěn)定平衡之間的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)探究:易拉罐能夠斜立的原因是什么?最大能裝水的體積為多少?

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):該實(shí)驗(yàn)取材方便,操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯,互動(dòng)性好,探究性強(qiáng),實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及科學(xué)知識(shí)的探究,能夠激發(fā)學(xué)生好奇心和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的欲望.

3 演示內(nèi)燃機(jī)做功

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):簡(jiǎn)易沖天炮發(fā)射.

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示內(nèi)燃機(jī)的做功沖程.

實(shí)驗(yàn)材料:易拉罐,紙杯,酒精,打火機(jī).

圖5

圖6

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法:在易拉罐底部打一小孔,如圖5所示大小即可(大了實(shí)驗(yàn)效果不明顯,小了不容易點(diǎn)燃內(nèi)部酒精)之后通過(guò)易拉罐罐口往內(nèi)噴一些酒精,用手捂住易拉罐3～5s,讓酒精與罐內(nèi)空氣混合均勻,蓋上紙杯(注意不要讓紙杯壓在易拉罐上太緊),再用火機(jī)靠近小孔點(diǎn)燃瓶?jī)?nèi)氣體,隨后可聽(tīng)到“砰”的一聲,罐內(nèi)氣體瞬間爆破后推動(dòng)紙杯對(duì)外做功,紙杯能夠飛到若干米外.

實(shí)驗(yàn)探究:如何能讓紙杯飛得更遠(yuǎn)?

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):易拉罐沖天炮實(shí)驗(yàn),操作簡(jiǎn)單,效果好.以“炮”的形式展示,符合學(xué)生生活中追求刺激的天性,同時(shí)易拉罐能夠承受高溫高壓,是很好的實(shí)驗(yàn)材料,又不至于產(chǎn)生“炮”發(fā)射的安全問(wèn)題.

4 離心力的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):簡(jiǎn)易棉花糖機(jī)(如圖7).

圖7

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?離心力的應(yīng)用.

實(shí)驗(yàn)器材:馬達(dá)(電動(dòng)機(jī))、電池、易拉罐、釘子、自行車(chē)輻條、電線絕緣皮、白砂糖、酒精燈、竹簽(筷子).

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法: (1) 在空易拉罐下半部分邊緣用圖釘鉆幾排小孔,用自行車(chē)的車(chē)輻條在易拉罐上、下底穿孔后穿過(guò),中間與瓶口接觸位置可用鐵絲稍稍固定,上端用電線絕緣皮連接小電動(dòng)機(jī),再將電動(dòng)機(jī)連接電池通電; (2) 然后將白砂糖放入罐內(nèi)加熱直至熔化成液態(tài)糖,通過(guò)電池盒連接啟動(dòng)的馬達(dá),使易拉罐告訴旋轉(zhuǎn)使液態(tài)糖從孔中高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被抽成細(xì)絲從細(xì)孔中甩出; (3) 再用竹簽收集甩出的糖絲即可.

實(shí)驗(yàn)探究:如何能夠看到白砂糖融化后出絲的過(guò)程,進(jìn)而研究如何使棉花糖出絲均勻.

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn): 簡(jiǎn)易易拉罐棉花糖機(jī)使用材料簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,學(xué)生特別喜歡,符合物理實(shí)驗(yàn)生活化,在動(dòng)手實(shí)踐的同時(shí)能夠品嘗到棉花糖,符合新課標(biāo)下中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念,也較好的演示了離心力的應(yīng)用[4].通過(guò)建立簡(jiǎn)易棉花糖機(jī)模型讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中養(yǎng)成對(duì)生活的熱愛(ài).

5 氣缸的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):簡(jiǎn)易爆米花機(jī)(如圖8).

圖8

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示氣缸的應(yīng)用.

實(shí)驗(yàn)器材:易拉罐,剪刀,無(wú)煙蠟燭,玉米油等.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程與方法: (1) 取一個(gè)空易拉罐,用剪刀將其側(cè)面的左右和下部剪成(如圖8所示); (2) 然后找一個(gè)中間空心的支架,把圖8的易拉罐放在支架上,支架底部放一個(gè)酒精燈,將生玉米和少量玉米油放入易拉罐后再點(diǎn)燃酒精燈,幾分鐘后聽(tīng)到易拉罐噼里啪啦的聲音時(shí),新鮮的爆米花就出爐了.

實(shí)驗(yàn)探究:黃豆、綠豆等種子可以像玉米一樣爆開(kāi)嘛?為什么?

實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):以易拉罐為主體充當(dāng)氣缸,利用其導(dǎo)熱快和用鋁皮制成的特點(diǎn),并能在高溫下承受瞬間的爆燃,演示簡(jiǎn)易氣缸模型在生活中的應(yīng)用.通過(guò)生活中原型爆米花機(jī)出發(fā),增強(qiáng)學(xué)生利用物理知識(shí)聯(lián)系生活實(shí)踐的應(yīng)用能力,使原來(lái)老師要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn)演變?yōu)閷W(xué)生利用所學(xué)物理知識(shí)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)制生活實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在做中學(xué),在玩中學(xué)并且能夠品嘗到創(chuàng)新實(shí)踐的成果.

我國(guó)物理教育界前輩朱正元先生提倡“壇壇罐罐當(dāng)儀器,拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”.其實(shí)用易拉罐做的實(shí)驗(yàn)還有很多,例如小孔成像、土電話、靜電實(shí)驗(yàn)、探究物體顏色與吸熱能力的關(guān)系、壓強(qiáng)與深度的關(guān)系、探究滑動(dòng)與滾動(dòng)摩擦的大小等[5].實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值與儀器的復(fù)雜程度成反比.學(xué)生利用生活中的易得材料,借助課內(nèi)所學(xué)習(xí)到的物理知識(shí),開(kāi)發(fā)和創(chuàng)制生活中的各類(lèi)實(shí)物模型或裝置,有助于強(qiáng)化物理知識(shí)與生活實(shí)際的聯(lián)系,提升物理實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值.雖然這些簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)裝置可能不耐用,但它卻會(huì)比購(gòu)買(mǎi)的精密實(shí)驗(yàn)?zāi)軐W(xué)到更多的東西.若物理教師善于引導(dǎo)學(xué)生利用這些廢舊和簡(jiǎn)易材料進(jìn)行生活化的應(yīng)用與開(kāi)發(fā),可以很好地培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新的能力,從而啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索思維,這也是物理實(shí)驗(yàn)承載的實(shí)踐育人價(jià)值所在.