巧用創新實驗 助力物理課堂

吳佳林

（浙江師范大學附屬蘆江書院，浙江 寧波 315800）

筆者有幸觀摩了兩屆寧波市初中科學教師創新實驗評比和一些區級創新實驗比賽，對它們進行了分析、歸類，發現創新實驗大體可分為兩類：（1）對原有實驗的改進；（2）教師自行開發的實驗.結合課堂教學實際，筆者以自己原創的幾個實驗為例，對這兩類創新實驗展開說明.

1 對教材原有實驗的改進、優化

現行的各版本初中物理教材中實驗較多，有些實驗看起來簡單，然而要真正把它做好卻不易，有的演示實驗效果欠佳，有的實驗受材料限制，有的實驗受天氣影響等等.［1］因此，有必要對部分教材實驗進行改進和創新.

1.1 真空不能傳聲實驗

初中階段對聲學知識的要求主要體現在對聲現象的了解和認識.真空環境是初中生無法接觸、不曾了解的，而且，由于部分科幻電影的誤導，一些學生頭腦中甚至存在“真空也能傳聲”等錯誤的前概念.因此在課堂上，對“聲音能否在真空中傳播”實驗的演示是必要的.多數教材中本實驗是利用抽氣泵和大型“真空罩”進行，但該套裝置很多農村學校并未配備，且實驗時有不少的弊端：如密封圈容易老化變形；裝置過于笨重，攜帶不方便；抽氣時所需時間過長；抽氣泵噪聲過大，導致電鈴聲音被噪聲淹沒等.［2］

為了突破教材實驗器材的限制，筆者設計了如圖1所示的裝置進行實驗.該裝置由家用真空封口機、真空包裝袋、隔音墊、藍牙音響組成.

圖1

家用真空封口機和真空包裝袋是保鮮食材的常用物品，與抽氣泵、玻璃罩相比，具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作極其簡單等優點.本裝置用透明的真空包裝袋作為容器，利用封口機“一鍵真空”功能，快速抽去袋內空氣，制造空氣相對稀薄的微氣體環境，且在抽氣時，包裝袋袋面形態的變化可反映出袋內空氣量的變化，簡化了氣壓表這一裝置.由于大氣壓的作用，隨著袋內氣體量的減少，最終包裝袋將以褶皺狀緊貼在藍牙音響表面，表明袋內氣體量已接近真空.用藍牙音響取代電鈴的好處在于：通過觀察電腦、手機屏幕上的音樂界面和藍牙音響表面閃爍的燈光可清晰地判斷出音響仍在工作這一事實，可視性大大增強.藍牙音箱放于隔音墊上，可以避免底部直接與桌面接觸引起的固體傳聲對實驗造成的干擾.

課堂教學時，打開藍牙音響，連接手機或筆記本電腦，如圖2所示，將音響放入真空包裝袋中，夾住袋口，放于隔音墊上，播放音樂，學生可清晰地聽到聲音.將包裝袋口放入封口機，按下“一鍵真空”按鈕，學生可肉眼觀察到包裝袋體積的減小，直至袋面緊貼音響表面，如圖3所示.與此同時，能聽到的音響聲音越來越小.引導學生觀察手機端音樂界面的音量，音樂仍在播放，且系統音量未變.在包裝袋上撕開一個小口，空氣進入袋中后，耳中聽到的音量瞬間變大，與之前形成鮮明對比，得出“聲音不能在真空中傳播”的結論.

圖2 抽氣前

圖3 抽氣后

1.2 演示磁鐵周圍磁場的空間分布

磁場是一種看不見的物質，在初中物理教學中，用被磁化的鐵粉排布情況來表示磁體周圍的磁場，如浙教版教材所述，如圖4所示.

圖4 磁鐵周圍鐵粉排布圖

此時學生通過探究實驗，已經認識了條形磁鐵周圍某個面的磁場，但真實的磁場是立體的，浙教版初中科學教材并未給出磁場的空間分布，華東師大版教材有這樣描述：“把磁鐵浸放在混有鐵粉的甘油中以顯示磁場的空間分布”，但并未有詳盡的描述，很多教師進行該實驗時發現，甘油的效果并不好，且由于重力的作用，存在磁鐵難固定、鐵粉分布量不均勻等情況.因此，筆者對該實驗進行了如下改進，實驗器材為旋轉臺、胡椒粉瓶（裝鐵粉）、條形磁鐵、細線、鉛筆、二甲基硅油（100粘度，淘寶可購）、透明塑料筒.

將透明塑料圓筒放于旋轉臺上，往內倒入一定硅油，將細線一端綁定在條形磁鐵上，另一端纏繞于鉛筆上并固定，將條形磁鐵慢慢放入圓筒，如圖5所示.

圖5

利用胡椒粉瓶特制的瓶蓋，將鐵粉從上往下均勻地撒至硅油中.由于重力的作用，鐵粉在下落過程中會與條形磁鐵磁場充分接觸，且硅油恰到好處的粘度使得鐵粉的下落變得較為緩慢，保證了鐵粉被條形磁鐵磁化的時間足夠.最終效果如圖6所示，旋轉展示臺，使學生能清楚地看到條形磁鐵周圍磁場的空間分布.

圖6

2 開發創新實驗，服務課堂教學

前沿科技的進步，帶動了教育技術的發展.傳感器、同屏技術、VR等一系列的手段進入了課堂，大大豐富了物理創新實驗的資源.

物理之美，源于生活，物理課堂教學往往從一種生活現象引向一個值得探究的科學問題.但由于教學場地的限制，有些真實情境很難讓學生切身感受，如初中物理中“機械運動”一課的教學.學生在判斷運動還是靜止時，習慣性地以地面作為參照物而不自知.如何創設真實情境，引發學生認知沖突，使學生認識到參照物和參照物選擇的重要性呢？借助教育技術的東風，筆者開發了一個創新實驗.用無線攝像頭進行參照物教學.實驗器材為長木板、兩塊白色塑料板（一塊畫有條紋）、小車、小紅旗、迷你無線攝像頭、旋轉臺.

將無線攝像頭連接電腦，和紅旗一起固定于小車上，使得紅旗能出現在攝像頭視野中.如圖7所示.搭建小車運動的軌道，長木板模擬路面，將兩塊白色塑料板豎立于木板兩側.如圖8所示.

圖7

圖8

將攝像頭正對無條紋的塑料板一面，打開攝像頭，使學生觀察大屏幕中攝像頭視野，推動小車，圖9和圖10為間隔8s后兩幅視野照片.詢問學生小車是否運動（由于塑料板遮擋視野，學生無法看到小車的運動情況，只能根據攝像頭拍攝畫面判斷）.

圖9

圖10

學生回答小車未動，因為紅旗在視野中位置未發生改變（此時學生默認以紅旗為參照物，來判斷小車的運動狀態）.旋轉展臺，發現小車到了另一側，說明小車運動了，引發認知沖突.

將攝像頭正對有條紋的塑料板一面，再次實驗，圖11和圖12為間隔12s后兩幅視野照片.詢問小車是否運動.

圖11

圖12

學生回答小車運動，因為視野中條紋在移動（此時學生以塑料板上的條紋為參照物）.旋轉展臺，得以證實.對比兩次實驗，引發學生深度思考，引出參照物的概念.

引導學生分析：第1次同學們說小車“靜止”并非錯誤，若以紅旗為參照物，小車的確相對靜止，因為紅旗和小車的相對位置沒有發生改變.拿掉擋板后，腦海中出現“小車動了”的念頭，是因為頭腦中下意識地又以地面作為參照物，小車相對于地面的位置發生了改變，的確也可以說是運動的.

最后，引導學生認識到運動是絕對的，靜止是相對的.