初中物理課堂演示實驗的創新實踐

汪阿運

[摘要]初中物理主要以觀察和實驗為主。教材設計的現有實驗，有時不能滿足學生深度學習的需求，主要表現為：很多實驗不易產生明顯的實驗現象;不能很好地指引學生在科學探究的過程中自主生成科學結論。為此，需要教師針對不同的科學探究，設計不同的實驗，并使實驗現象更加明顯，指向更加明確，與學生的前認知聯系也更加緊密。

[關鍵詞]初中物理;演示實驗;創新;實踐

[中圖分類號]G633.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0050-02

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的學科，演示實驗是物理教學的重要組成部分，在實際教學過程中有著不可替代的作用，也是踐行和落實物理學科核心素養的關鍵所在。但在實際教學過程中，有些課本實驗難以達到預期的效果，給學生的深度學習帶來障礙，如果對教材提供的演示實驗不加取舍，一概照本宣科，就會受到原有實驗設計和實驗裝置等方面的制約，使學生在學習過程中對概念一知半解，不能很好地與學生的前認知結合起來，甚至扼殺學生對未知知識的創造性思考。在教學過程中，恰當、靈活地進行演示實驗，不僅能夠充分調動學生學習的積極性和主動性，消除神秘感，激發學生的創造性思維，而且有利于學生對重點知識的把握和對難點知識的突破，使學生能加深對規律的認識和理解，提高學生的探究能力。為此，很多一線教師在沿用教材中的實驗進行教學的同時，又在不斷思考實驗的改進與創新，力求收到顯著的效果。筆者結合教學實踐，針對演示實驗中存在的一些問題，進行一些創新和改進設計。

一、依據物理原理使演示實驗現象更明顯

從演示實驗的作用來看，大致可分為導入課題、得出結論、原理應用等三種類型。要想演示實驗發揮出應有的效果，就必須讓演示實驗的現象足夠明顯。有些演示實驗只能大概觀察到一些現象，學生在觀察的時候不易發現問題，有時微小的實驗變化未能引起學生注意而導致實驗失敗，讓教師的權威受到挑戰。例如在“氣體浮力”教學中，教材中安排了一個籃球給氣球充氣的實驗，以驗證大氣中的物體會受到浮力作用。如圖1.實驗設計是讓杠桿兩端分別懸掛鉤碼和籃球，籃球上的充氣口連接有氣球，先調節杠桿平衡，然后讓籃球中的氣體給氣球充氣，意圖實現氣球受到大氣的浮力而打破平衡，從而驗證氣球受到大氣的浮力作用。這個實驗一般很難看到明顯的浮力作用效果，究其原因，我們可以進行一個簡單的數據分析：

氣球充氣后產生的浮力大小與物體總重力之比只有萬分之六。如果想要浮力和物體重力之比變大，只有讓氣球的體積變大，也就是讓氣球充入更多的氣體。考慮到籃球的體積有限，再充入更多的氣體難度較大，也不具備很強的可操作性。為此，筆者做了一些改講：

前一個實驗操作需要給籃球充氣后，放氣給氣球。往籃球中加壓打氣就有一定的操作難度，打少了難以充起氣球，打多了氣容易讓籃球爆炸。后者利用vc泡騰片與水反應瞬間產生大量氣體，反應快速，短時間內就可以獲得大量的氣體給氣球充氣。此實驗對器材要求低，通過改進，能夠讓氣球所受的浮力與重力的比值從萬分之六提升至千分之四，約七倍的跨越讓實驗現象更加明顯，同時讓實驗現象可視性更佳，給學生帶來更好的視覺體驗，從教師層面上看可操作性也更強了。

二、依據教學需要使演示實驗結構化

初中物理教材選擇了很多經典演示實驗，但是有些實驗的現象不夠穩定、時有時無，這樣，實驗的說服力會大打折扣。同時從資源效用最大化的角度考慮，很多演示實驗只能研究某個特定的物理問題，功能比較單一。為此，教師可自行設計一些實驗，力爭一個實驗器材能滿足多個問題探究之用。例如，在“通過實驗，認識浮力”的教學中，教材一般設置石塊浸沒水中，用彈簧測力計示數變小來顯示小石塊受到了浮力作用。這種簡易的稱重法基本能夠說明浮力的存在，但是正因為簡易，所以也存在一些問題，比如石塊體積較小，浮力不大，示數差值較小;石塊體積不規則，學生不易對浮力大小與排開液體體積的關系產生關聯;學生看不到動態的浮力作用，靜態的示數變化難以給學生顯著的刺激。為此，筆者做了一些改進設計。

把盛水的容器改裝成連通器，通過右側的小口徑端口加水，主容器中的水位可以穩定上升，讓學生清楚地觀察到物體慢慢浸沒到水中，彈簧測力計的示數慢慢變小，直至完全浸沒后示數不變，學生能夠看到一個動態的浮力變化過程。同時，我們選取的物體形狀為長方體物塊，體積為340cm³，這樣物體受到的浮力更大，彈簧測力計示數變化更加明顯，從而對浮力的測量值也更加準確。長方體物塊我們加以標記等分，學生能夠把浮力的大小與排開液體的體積產生聯想，更容易得到其中的線性關系。此實驗器材一專多能，大致可以探究三個實驗問題：

1.二次稱重法測量浮力大小。

2.探究浮力大小與排開液體體積的關系。

3.探究浮力大小與液體密度的關系。

一套實驗器材可以做多個探究實驗，極大地發揮了器材的效用，實現了實驗資源的高效配置。

三、依據教學內容選用演示實驗，突破教學難點

物理教學一般以問題為導向，激發學生思考。為了便于培養學生的思維，我們一般會以直觀的演示實驗把難以理解的問題具體化，以實物的形式演示出深刻的物理道理，讓學生觀察實驗并思考得出相關結論。這就要求演示實驗要能夠緊扣要研究的問題，并能將需要研究的問題目標化、碎片化，讓學生自己通過實驗收集證據，尋找結論。教師只是問題的發起者和指引者。例如，在“滑動摩擦力”教學中，滑動摩擦力的方向是一個難點，學生對滑動摩擦力的方向與相對運動的方向相反難以理解，教師一般在突破這個難點的時候片面地展示了部分情況，學生大致得到了結論，要說學生真正深刻理解，還有些距離，一般的演示實驗難以直面問題，很難讓學生自己生成結論。為此，筆者做了一些嘗試：

1.設計一個透明的玻璃塊，底部粘連一個紅色的軟布條，向左拉動玻璃磚塊，可以看見軟布條向右伸展開，說明玻璃塊受到了向右的滑動摩擦力作用。這時與玻璃塊相對靜止的木板向左運動，摩擦力方向向右。

2.用細線拉住玻璃塊不動，向右拉動木板，紅色軟布條向右伸展開，說明玻璃塊受到了向右的滑動摩擦力作用，此時玻璃塊相對木板向左運動。

3.玻璃塊和木板同時向右運動，但是玻璃塊的速度小于木板的速度，發現軟布條向右伸展開，說明玻璃塊受到了向右的摩擦力作用，通過實驗觀察，玻璃塊相對于木板向左運動。

4.玻璃塊和木板同時向右運動，但是玻璃塊的速度大于木板的速度，發現軟布條向左伸展開，說明玻璃塊受到了向左的摩擦力作用，但是玻璃塊相對于木板向右運動。

通過實驗設計把發生相對運動的幾種情況進行分割，逐一演示，讓學生觀察，學生亦可分組自行探究，教師稍加引導，學生自己便可生成結論：滑動摩擦力的方向與相對運動方向相反。

物理是自然科學的組成部分，觀察和實驗是研究問題的基本方法。物理實驗可以是電視上看到的高大上樣子，也可以用生活中隨處可見的簡易物品來完成。不管怎樣，物理實驗都要有直觀的實驗現象，才能引導學生透過現象看本質;物理實驗要能直面問題本質，才能讓學生通過自身的觀察思考，完成對科學觀念和科學知識的主動建構。好的實驗設計和實驗演示就已經為學生推開了一扇科學大門，門內的艱難是學生的，門內的美景也是學生的。