提升初中物理演示實驗可視性的策略探討

姚俊松 袁海泉

(1. 河南省濮陽市第四中學，河南 濮陽 457000；2 .蘇州大學物理科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

實驗是物理教學的不可或缺的組成部分，無論是學生學習興趣的激發，還是科學探究的推進，都須通過實驗進行落實。演示實驗的效果在很大程度上受制于可視性，筆者結合實驗創新與實踐，從實驗器材、實驗現象和實驗過程的可視性三個方面對演示實驗設計的策略進行探討。

1 增加實驗器材的可視性

實驗器材是實驗操作的載體，也是實驗教學實施的源頭，器材的可視性將會直接影響到整個實驗的可視性。為了增強演示器材的可視性，我們可以從器材的大小、材質和形狀來進行優化。

1.1 增大體積

演示實驗多是以教師的操作為基礎，讓學生觀察現象從而得出結論。要使全體學生都能清楚地觀察到實驗現象，就要增大演示器材的體積，以滿足全體學生觀看的基本需求。

在初中物理“研究帶電體性質”的實驗中，用毛皮(或絲綢)摩擦過的橡膠棒(或玻璃棒)去吸引輕小的碎紙屑，因為紙屑太小而導致演示實驗的可視性較低。實驗結論里出現了“輕小”的描述，實驗器材選擇多局限于“小”物體上，實驗的可視性較差。如果從“輕”上想辦法，只要我們能找到一個質量輕、受到阻力小的“大”物體，就可以增強實驗的可視性。

為此，我們將一個空易拉罐置于水平桌面，易拉罐質量小，可以滾動，受到的阻力很小。如圖1所示，用帶電的氣球去靠近易拉罐，它會因電荷間的相互作用而運動。用易拉罐代替碎紙屑，體積變大，可視性得到了極大提升。

實驗器材的放大，可以讓實驗現象擁有更清晰、更直觀的視覺效果。當然，體積的增大是在實驗的需要和條件允許的情況下進行的，并非所有的實驗器材都要一味地增大體積。

圖1

1.2 改善材質

演示實驗的目的是讓學生通過觀察，清晰地捕捉到實驗現象，從而發現物理規律。而實驗現象的呈現，在很大程度上又取決于演示器材的材質，我們可以通過改變材質的方法來改善演示實驗的可視性。

在學習“電阻與變阻器”時，由于電阻箱是黑色、不透明的。對于電阻箱學習的要求，只是掌握正確的讀數方法即可，在平時的電學實驗中也不常用到。但學生在學習的過程中，對其內部結構及其工作原理往往有一種特別的好奇，但電阻箱的不透明導致學生對電阻箱的學習只能停留在膚淺、模糊的層面上。

為增加實驗的可視性，我們可以從材質上做文章，打破原有電阻箱的封閉結構，利用透明的亞克力板將其內部結構清晰地予以展示(圖2)。將各電阻旋鈕連同后面的電阻組合單排鑲嵌，清晰顯示內部電阻的串聯關系，增強實驗的可視性。能夠清晰觀察到通過旋轉旋鈕接入不同電阻的過程，展示電阻箱的原理和結構(圖3)。

圖2

圖3

本實驗的材質選擇突顯了透明度的特性，在光學實驗中為增加光路的可視性也多利用這一特點。除了材料的透明特性以外，還可根據材料的其他性質提高實驗的可視效果。比如，用什么樣的材質進行摩擦時更容易使物體帶上電荷，因為電荷量大小是影響靜電實驗可視性的重要影響因素。

2 提高實驗現象的可視性

實驗現象是實驗觀察與記錄的主要對象，也是實驗成敗的關鍵所在。所以，讓實驗現象更加明顯，是增強實驗可視性的關鍵，我們可以從實驗現象的放大、轉化方面進行開發與創新。

2.1 科學利用轉換法

在“探究聲音產生原因”的實驗中，用激光可以將聲振動轉化為便于觀察的光斑振動，同時還可以顯示振動的圖像。如圖4所示，在音叉的基礎上加入兩塊小平面鏡、小電動機、激光筆和鐵架臺等，讓激光束照射到粘貼在音叉叉股上的小平面鏡上，光線經過反射正好射到小電動機上方的小平面鏡上。敲擊音叉，隨著音叉的振動，反射的光也隨之發生變化，射向轉動的小平面鏡，并經過再次反射，就可以在白墻上呈現聲振動的波形。

圖4

圖5

2.2 巧妙利用放大法

有的物理實驗呈現的現象只適合近距離觀看，但演示實驗要滿足全體學生的觀看要求，放大實驗現象就顯得非常重要。

比如在學習“溫度計”的知識時，我們可采用自制溫度計，其原理為“熱脹冷縮”。為了讓液柱升降得更加明顯，我們必須選用更細的吸管，但太細的吸管不利于學生觀察，我們可以巧妙利用放大法，如圖5所示，將吸管粘附到圓柱形玻璃管的后面，再向玻璃管內注入水。此時，粗玻璃管起到了放大鏡的作用，吸管內液柱被放大，演示的可視性得到了很大的提升。

2.3 積極利用信息技術

隨著信息技術的不斷發展，演示實驗的可視性提升也有了新的渠道。我們可以利用網絡和多媒體的交互、信息處理等功能提升演示實驗的可視性。

在學習“聲音的特性”的時候，我們可利用手機下載“示波器”等軟件。如圖6所示，利用手機接收瓶子裝水前后發出的聲音，再將這種聲音通過軟件轉化為圖像，從而讓實驗的可視性大大增強。

圖6

我們在進行“搖繩發電”的實踐活動時，因為產生的電流非常小，一般的實驗器材沒有辦法呈現出電流。利用DIS的微電流傳感器可以清晰地將搖繩時產生的電流圖像呈現出來，大大增強了演示實驗的可視性。

3 改進實驗過程的可視性

實驗過程是學生經歷規律探究的重要途徑，增強實驗過程的可視性也是我們需要關注的重要方面，重點體現在實驗器材位置的選擇、操作方式和觀察途徑上。

3.1 實驗器材位置的選擇

實驗器材擺放的位置很重要，我們可以選擇距離學生較近的地方放置，同時考慮器材的高度、角度等，可通過利用吸盤、開發與制作懸掛支架等方式實現(圖7)。

圖7

如圖8所示，在電學實驗開發“磁吸式器材”，在每個電學元件的底座上都加裝了磁性材料，在實驗中可以和磁性黑板聯合使用，在黑板上進行擺放、連接，從而大大增強了實驗過程的可視性。

圖8

3.2 觀察途徑的選擇

為了讓學生更好地觀察到實驗現象，觀察途徑的選擇也非常重要。尤其對于特殊的實驗或者場所，我們就必須考慮實驗觀察途徑的優化與創新，包括特殊實驗視頻的錄制回放和手機、電視的同步播放。

比如用水銀測量大氣壓強，考慮到實驗的安全性，我們可以在特殊的環境里進行實驗錄制，用視頻呈現在學生面前。再比如鋼鐵的熔化等實驗，實驗條件不允許，我們也可以用視頻進行呈現。

還有一些實驗，實驗現象只能在近處觀察，比如用鐵屑描述磁場分布，沸騰實驗中氣泡的變化特點等。我們可以利用“希沃助手”等多媒體的互動功能來增強實驗的可視性，將實驗現象通過手機投屏到電視或屏幕上。這樣不僅可以增加實驗的可視性，也可以解決大班、大場地的實驗觀察需求。