加深物理實驗研究促進師生共同發展

宛玉娣

《初中物理課程標準》對義務教育物理課程的實驗提出了明確的要求。在“內容要求”中，凡是用“通過實驗”這一措辭陳述的知識內容，都必須通過實驗來學習，這些實驗是必須做的，是標準對物理實驗的基本要求。2014年上半年，南京市舉行了首屆初中物理“學生實驗能手”大賽，在培訓學生的過程中，我發現自己在實驗教學中的很多不足，在和學生一起解決問題的過程中，我對實驗教學有了些新的認識。本文通過對書本實驗、利用隨手可見的物品做實驗、實驗室的建設問題三方面的思考，加深了對物理實驗的研究，從而促進師生共同發展。

一、對書本實驗的思考

在平時的教學中，我也按照課標把能做的實驗盡量去做一遍，對很多實驗我沒有進一步的思考，當實驗現象和書本中的描述差不多時，我就覺得大功告成了。如果有些實驗比較難操作，我不是去想如何改進，而是下載一些視頻或動畫就蒙混過關了。結果在這次培訓的過程中，我發現了一些平時沒有關注到的問題。例如，探究杠桿平衡條件。

【問題】彈簧測力計倒置測量時，誤差較大。

很多教師采取的是倒過來然后進行調零的方法，我在實驗后覺得此方法還是欠妥當。我們來分析一下：將彈簧測力計水平放置，彈簧自然伸長，調節刻度板使彈簧的指針指向零刻線O（見下圖1模型），然后將彈簧倒置，用手抓住彈簧測力計的外殼，彈簧在拉桿、拉鉤的重力作用下壓縮，指針所指的位置為O1，彈簧的形變量為△OO1，再將彈簧測力計倒掛在杠桿上，彈簧在外殼的重力作用下被拉伸，指針所指的位置為O2，彈簧的形變量為△OO2，在不考慮彈簧自重的情況下，彈簧測力計的總重由拉桿、拉鉤、外殼的重力相加，所以△O1O2就等于彈簧測力計的總重作用在彈簧上使其伸長的長度，如果用手抓住倒置的彈簧測力計的外殼，將指針調為零的話，也就是倒置時調節面板將指針的位置調為O1，那么彈簧測力計倒掛在杠桿上時它顯示的讀數就為其自身重力，用這樣的彈簧測力計就可以直接測量杠桿受到的拉力了。

但事實是彈簧測力計里的彈簧不能壓縮只能拉伸（見圖2、圖3），也就是說當用手抓外殼使彈簧測力計倒置時，指針的位置應該不會發生變化，但由于彈簧掛在里面的橫桿上，位置沒有固定死，所以當彈簧測力計倒置時指針也會下移，但已不是由于拉桿、拉鉤的重力使彈簧壓縮下移了。所以只有當彈簧測力計中的彈簧是既能拉伸又能壓縮的彈簧，并且彈簧掛的位置固定的話，才可以用倒過來調零的方法調節彈簧測力計。

解決方案一、采用蘇科版教參中提及的方法，取兩個彈簧測力計如圖放置，秤鉤相掛，測出乙彈簧測力計的自重，將乙彈簧測力計調成自重進行測量。

解決方案二、我們先來分析一下彈簧測力計倒置后產生誤差的原因：

彈簧測力計中彈簧的受力情況如圖a所示，F為待測的拉力，G1表示彈簧的自重，G2表示掛鉤和與相連的鋁質滑片的重力，G3表示彈簧測力計外殼的重力，F，表示手作用在彈簧測力計外殼上的拉力。如圖b所示，彈簧測力計靜止時，這些力的關系為：

F-G1-G2=F'+G3

如果不計彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長是由拉力F決定的，彈簧測力計外殼的自重影響手拿外殼的力，但不影響彈簧的伸長，即F=kΔx。考慮到彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長是由F-（G1+G2）決定的，因此F-（G1+G2）=kΔx，可見彈簧測力計倒置時測得的拉力要小一些，其相對誤差為，分析上式，對于一般的彈簧測力計G1+G2大約為0.1N，如果待測拉力大于2N，那么測量的相對誤差小于5%。所以我們可以多掛些鉤碼及讓力臂大一些，以減小誤差。

解決方案三、彈簧測力計懸掛點與鉤碼懸掛點在同側。

解決方案四、將調好零的彈簧測力計正著掛在杠桿上，這一側的讀數是彈簧測力計的示數與它自重相加。

二、利用隨手可見的物品做實驗

在培訓的過程中，初了書本實驗外，WWW中涉及的小制作，我也和學生一起完成了。比如浮沉子、密度計、潛水艇、自制溫度計、自制彈簧測力計等。而且我們還進行了一些創新，比如利用一根簡單的吸管，就可以完成上述制作中的浮沉子、密度計、吸管笛等。

1. 利用吸管制作浮沉子。制作要求：自選吸管，按制作提示加工，通過擠壓飲料瓶，可以控制浮沉子的浮沉。

制作提示：選擇吸管彎頭，剪取適當長度，管口并列成U型。

將鐵絲彎成U型，從吸管開口處插入并壓緊固定。如圖1。

調試：將做好的浮沉子放入燒杯的水中，觀察漂浮狀態進行調整，使其剛好浮于水面。

飲料瓶中裝滿水，浮沉子放入其中，旋緊瓶蓋，進一步調試。

2. 利用吸管制作密度計。制作要求：能直立與水中，且上端高出水面4cm左右，如圖2所示。

制作提示：用橡皮泥堵吸管下端開口，用焊錫絲纏繞于吸管下端。

調試：將密度計立于量筒的清水中，按制作要求調整焊錫絲多少。

3. 利用吸管制作吸管笛。制作要求：選擇粗細相同的吸管，制作兩根不同音調的吸管笛。

制作提示：將吸管一端先壓扁，并剪成尖狀（約8mm）（如下圖）。

然后用嘴唇輕輕含住尖端處，用力吹氣，即可發出響亮的聲音。

將其中一根吸管笛剪短，這一根吸管笛的音調就會變高。

三、實驗室的建設問題

1. 實驗室能對學生開放。實驗室是對學生進行實踐教學的場所，是學生加深對課堂理論知識的理解、掌握、鞏固和培養、提高實踐操作能力的陣地。學校和老師應根據課程標準的要求安排足夠的學生實驗和演示實驗;應最大限度地利用實驗室現有的器材，力求利用多年閑置的器材開發新的實驗;充分地開發和利用實驗室的豐富課程資源，盡快改變實驗室的封閉式管理狀態，實驗室應該盡快向學生開放，鼓勵學生主動做課外實驗。這樣，不僅讓學生隨時熟悉并接觸各種實驗儀器，以便選擇適當的儀器和器材進行科學探究，學生就可以利用課余時間，結合課堂上所學理論，邊學習邊實踐，而且有助于加深理解課堂上所學知識，進而可以通過處理實驗過程中所遇到的問題，掌握各種實驗手段，熟悉各種實驗設備的原理、構造及常見故障的排除，把各門課程的學習融會貫通起來。

2. 提倡用日常器具做實驗，豐富實驗室的課程資源。實驗室的課程資源不僅限于實驗室的現有設備，學生身邊的物品和器具同樣是重要的實驗室資源。例如，有些學生利用廢棄的飲料瓶可以做幾十個實驗。用日常器具做實驗，具有簡便、直觀、原理單一等優點，更有利于學生動手，發展學生的實驗技能，培養學生的創新意識。提倡用日常器材做實驗，決不是權宜之計，而是豐富實驗室課程資源和全面提高學生科學素養的需要，即使是發達國家，在實驗條件相當優越的情況下，仍然將學生身邊的各種器材列入實驗室的課程資源。因此，“壇壇罐罐當儀器”的經驗在實施課程標準時，仍然是開發實驗室課程資源的基本原則。

3. 將計算機和信息技術等引進物理實驗室。計算機技術的發展，為現代教育和教學創造了前所未有的機遇，為老師提供了新的“傳道、授業、解惑”的平臺，為學生提供了自主學習、終身學習的物質保證。信息技術與學科整合不僅在物理教學中體現出它的魅力，在其它學科的教學中仍然有其它媒體不可替代的作用。如將計算機引入實驗室，逐步讓學生通過計算機處理實驗數據，分析實驗結果，特別要加快中學物理實驗軟件的開發和應用，要將現代傳感技術、測量技術引入實驗室，讓學生在實驗室中接觸現代科技，豐富物理課程資源。我們如果用好它，那么對我們的教學、對學生的成長將產生不可估量的作用。

總之，在物理實驗教學中，我們要結合農村物理實驗教學實際，探尋其被閑置與浪費的原因，分析概括出實驗資源建設中存在著教師實驗資源觀念模糊、實驗人力資源素質急待提高、實驗物力資源嚴重缺乏、實驗信息資源缺乏收集和整理、已有實驗課程資源沒有有效利用以及實驗資源開發是無組織的、零散的等問題，并進一步提出開發利用的策略。希望能發掘農村物理實驗資源的潛能，促使農村物理教學超越狹隘的教育內容，改變學生的被動地位，激發教師的創造潛能和促進農村教育的順利實施。