巧用創新教具解決實驗室器材存在的問題

[摘要]因各種客觀原因，按課程標準配置的實驗器材仍存在一些問題；因實驗操作或儀器管理不善，加速了器材問題的產生。針對一線教師遇到的實驗器材存在易腐化、易潮濕、易破碎等各種問題，提出重組廢棄器材、尋找日用品代替、改進實驗教具等自主創新實驗器材的多種方法，通過列舉多個翔實的案例，展現創新教具的功能，達到突破實驗器材問題瓶頸、豐富實驗資源、填補實驗室器材、有效提高課堂教學效率等目的。

[關鍵詞]創新；器材；問題；盲區

[基金項目]江西省“十三五”基礎教育課題“指向核心素養的初中物理教育教學創新實踐與研究”研究成果之一（課題編號為RJWL2018-844）。

[作者簡介]劉志標（1971—），男，江西瑞金人，瑞金第二中學，高級教師，研究方向為物理教學和STEM活動。

一、發現問題

有一次開展片區教研活動，來到一所鄉村初中聽了一堂《升華與凝華》的新授課，施教者是個老教師，對教學內容很熟悉，對教材實驗教學也是了如指掌。但課堂上一個實驗也沒做，用的是碘和干冰的升華視頻實驗，邊看視頻實驗邊講實驗完成實驗教學，現象明顯，直觀有效。視頻實驗只能是輔助實驗作用，實驗教學應當實際操作，讓學生觀察到實際的操作過程、現象，這樣才有利于提高學生的分析和動手操作能力。課后與施教者交流此實驗教學時，施教者認為碘有毒，且在“碘錘”中碘凝華后不便清洗，實驗室器材存在很多問題，不便開展教學就不做了。

二、探析實驗器材存在的問題

隨著政府加強對教育的投入，各校按標準配置裝備了實驗器材。但仍然常聽到一線教師受困于實驗器材。通過調查，發現傳統標配的實驗器材存在的問題主要有：有的器材數量少，難以滿足同一年級多個物理教師多個班級上課的需要；有的器材易老化，有的器材易碎化，有的器材易潮化，有的器材易生銹，有的器材操作繁雜，有的器材或實驗現象可見度很小。因此，實驗設計往往受這些問題的影響，難以形象、生動地呈現知識點，難以創設學生自主探究的實驗環境。鑒于此，需要教師因地制宜，創新器材，突破儀器本身存在的缺陷。

三、自主創新教具，解決實驗器材問題

（一）將廢棄的器材加以重組

實驗室每隔幾年就要清理一些因老化、潮化、碎化而自然耗壞或操作損壞的器材，這些器材，棄之可惜，留之礙眼。如果將它們巧妙地加以重組，并拓展原實驗器材的功能，優化原實驗器材的操作方法，就能收到很好的實驗教學效果。

教學案例1用來“探究電流發熱與哪些因素有關”的配套器材是J2375型演示器，使用這種標配的帶“U”管的“焦耳定律演示器”時，不方便往u型細管中注水，實驗做完后清理也麻煩，而且易使發熱電阻受潮生銹；時間一長，連接u型管的橡膠極易老化腐蝕，更換橡膠也極不方便；U型玻璃管也是易碎品。因此，這個演示器通常兩年后基本就要報廢處理。為解決標配的“焦耳定律演示器”這些問題，可以將若干個廢舊的J2375型器材中仍有用的電阻和密封塑料殼拆下來，用電子溫度計代替U型管，從而實現重組使用。

1.具體的制作方法是：取4個電阻，R1阻值為5Ω，R2、R3、R4阻值均為10Ω，將R3、R4兩個10Ω的電阻并聯起來后，再依次與R1、R2兩個電阻串聯；將三支電子溫度計直接用塑料扎絲分別固定在電阻R1、R2、R3上，最后將三個密封塑料殼蓋在電阻R1、R2、R3上。

2.使用方法：先記錄三個電子溫度計的初溫，通電1min時，再比較三個溫度計的變化示數，可以分別得到的結論是——通過導體的電流一定時，通電導體產生的熱量與電阻有關；導體阻值一定時，通電導體產生的熱量與電流有關。再通電1min，還可以得到導體產生的熱量與通電時間有關的結論。再進一步深入分析，R1的阻值比R3的阻值小，但通過R1的電流是通過R3電流的兩倍，比較R1與R3的發熱升溫情況，發現電阻R1比R3升溫高，因此，還能發現在通電時間相等的情況下，電流比電阻對導體發熱的影響程度更大。

這個重組的“新型焦耳定律演示器”，比原器材操作更簡單，現象更明顯，節約了教學前的準備時間，也節約了課堂實驗時間，并增加了一個探究功能，教學效果更顯著。與此同時，充分合理利用廢棄材料，也是倡導了環保節能的理念，間接對學生做了正能量教育。

（二）巧用日常用品代替實驗室器材

有些實驗易做，但實驗后難于清洗，甚至有刺激性氣味。對這種實驗，實驗教師和儀器管理員都是敬而遠之，避而不做。如果用日常用品來代替原實驗室的玻璃容器，可當作一次性實驗器材處置，避免清洗之勞苦。

教學案例2物態變化中的“升華與凝華”實驗，因“碘”在常溫下易升華且有紫色氣體生成，稍加熱現象更加突出，所以，教材中常用“碘”來做“升華與凝華”。教材中選擇的燒杯或試管做容器，甚至還推介了專用器材——“碘錘”（玻璃制品）做容器，但實驗后難以清洗。如果用“保鮮袋”裝一些碘顆粒，扎緊袋口后，常溫下仔細觀察，可以發現淡淡的紫色氣體慢慢地出現；將盛有點顆粒的“保鮮袋”袋底浸入熱水后，一股濃濃的紫色氣體飄然升起——這是碘的升華現象。從熱水中取出“保鮮袋”一會兒，“保鮮袋”內壁上有紫色粉末物出現——這是碘蒸氣凝華現象。此實驗時間短，效果明顯，防止了碘的刺激性氣味的影響，實驗后不必清洗也不必回收，直接將塑料袋當作特殊垃圾處置就可。此實驗器材還可分組進行，解決“碘錘”的數量不足不便分組的問題，讓學生通過積極主動仔細觀察這一實驗現象的，再經歷概括總結，很容易建立起“升華和凝華”的概念。

瓶瓶罐罐皆儀器。用來源于生活中的“器材”可以代替許多實驗室的器材，只要用得恰當，符合科學，常讓學生感覺似乎意外又不意外。學生感到意外的是：教師所選器材超越課本，身邊這么多東西可以用來做物理實驗；學生感到不意外的是：這些器材的實驗效果、結論與教材上的相同。這樣，將學生身邊的事物與學習的內容緊密結合，使學生在自己熟悉的環境中進行探究實驗、把握新知，讓學生體會物理知識的學習并不是那樣的空洞，而是實實在在，深刻體會身邊就是物理。

（三）改進實驗器材，規避學生觀察實驗的盲區

教師演示實驗時，因實驗現象微小或觀察角度等原因，教室中有某幾排或某幾列的學生觀察不到實驗現象，這個幾排或幾列的區域便稱為“學生觀察實驗的盲區”。教學時，需要教師創新教具，規避這些學生觀察實驗的盲區，讓全體同學都能看到實驗現象。

教學案例3學習平面鏡成像特點，學生通過分組探究觀察，能理解到平面鏡所成的像與物體大小相等的特點。但當問及“人遠離穿衣鏡時，所成的像有什么變化”時，大多數同學認為“像變小”，這是因為大家在平時觀察到的“人遠離穿衣鏡時”，所成的像確實是在變小。為了克服這一定勢思維的影響，教師有必要再演示平面鏡成像，如果教師用一塊透明玻璃板豎立在水平臺面的白紙上，教室中只有坐在中間的幾列學生容易觀察到，而坐在兩側邊的學生難以看到。此時，教師可制作三個透明玻璃板連體的“平面鏡”，讓教室內左中右的同學都能觀察到像。

1.制作方法：取一塊40cm×30cm的薄透明玻璃板，放在平整的桌面上，用透明膠將兩塊20cm×30cm的薄透明玻璃板分別粘到長玻璃板兩側，注意玻璃塊之間要留有1mm的間隔。

2.使用方法：將“平面鏡”豎直立在平整木板上，調整大玻璃板兩側的小玻璃板的角度，使其夾角為120°左右；在三個玻璃板圍成的區域內取合適的點A，分別找到三個豎立的玻璃板的對稱點B、C、D。取4支相同的蠟燭，點燃3個，分別放在B、C、D三點上，教師手持未點燃的蠟燭到A處，讓學生觀察到虛像后，再將此裝置遠離學生1-2米，學生看到的虛像變小了，但虛像仍與A處蠟燭重合等大，而A處蠟燭并沒有變小！從而確定虛像大小并沒有改變。

教師針對學生易受思維式勢的影響，改進實驗器材，造成強有力的視覺沖擊引發強大的認知沖突，破解思維定式的束縛，打破原有思維定式的那部分錯誤內容，從而構建正確的認識。

盡管實驗室器材有專門的維護與保潔制度，但因客觀因素導致的器材問題是無法避免的。而物理創新實驗在物理教學教學中有著舉足輕重的作用，針對實驗教具、方式、操作的不斷改進，教師巧用創新教具，開發新型實驗，既能解決器材問題，豐富實驗資源，又能啟迪學生智慧，提高課堂教學效率，開闊學生的創新視野！

參考文獻

[1]夏彪.創新實驗設計突破教學難點[J].中國現代教育裝備，2014，（18）：45-47.

[2]陳晨，陳立其，陸建榮.初中物理教學滲透物理思想教育的內容選擇與實踐探索[J].物理教學，2019，（02）：46-49.