初中物理實驗教學自制教具例析

王晴晴 高 立 戈 妍

(1.合肥市第四十五中學 2.合肥市第五十五中學 安徽合肥 230001)

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗探究既是初中物理教學的基礎，也是課本知識的延伸。一直以來，國家大力鼓勵教師自制教具來提高實驗教學的效果和鍛煉學生的實驗探究能力。

初中物理實驗教學自制教具的創新應該滿足以下幾個要求：1.在原有的實驗設計基礎上，改進實驗教具，提高實驗成功率；2.教具取材簡單，貼近生活，易于制作；3.教具設計原理不能復雜，脫離初中生的知識范疇，鼓勵學生自己動手制作；4.將化學、生物等多學科知識融合應用于教具設計中。筆者以全國中小學實驗說課比賽一等獎課例“認識浮力”的實驗教具改進為例，具體分析如何自制教具來突破實驗教學的重難點。

一、傳統實驗設計和實驗器材的不足

滬科版八年級全一冊“認識浮力”這一節中有兩個實驗：探究液體浮力和探究氣體浮力，現在分別對教材中兩個實驗的不足進行分析。

(一)“探究液體浮力”實驗的不足

實驗時，教師使用彈簧測力計對不規則石塊進行兩次稱重，第一次將石塊靜止懸掛在空中，第二次將石塊浸沒在水中。

這個實驗的不足之處在于：

1.作為課堂上的一個演示實驗，彈簧測力計的示數變化不夠明顯，教室中只有部分座位靠前的學生能觀察到清晰詳細的實驗現象，大部分學生對液體浮力的感受不夠直觀。

2.實驗中手持彈簧測力計進行操作不夠穩定。懸掛在彈簧測力計下的石塊容易晃動，這導致彈簧測力計指針晃動，讀數不夠準確。

(二)“探究氣體浮力”實驗的不足

教材中的實驗方法是在杠桿一端懸掛充滿氣體的籃球和未充氣的氣球，籃球的氣閥與氣球相連接，另一端懸掛鉤碼使杠桿處于平衡狀態，如圖1所示。實驗時，打開氣閥讓籃球內的氣體充入氣球，籃球體積大小基本不變，而氣球的體積明顯增大，氣球受到的浮力增大，左側整體升高，右側下降。實驗現象說明氣球在空氣中受到浮力。

圖1 “探究氣體浮力”實驗

這個實驗的不足之處在于實驗的成功率低，主要原因是籃球向氣球中充的氣體少，氣球的體積變化不夠大。氣球所受浮力太小，不足以克服杠桿轉動時受到的摩擦力，所以實驗失敗率較高。

二、自制教具改進實驗

在明確教材中傳統實驗設計和實驗器材的不足后，筆者分別針對兩個實驗的問題，自制教具改進實驗。

(一)改進“探究液體浮力”實驗

如圖2所示，改進后的自制教具具有以下優點：1.用體積更大的立方體替代石塊，其在水中受到的浮力大小為3.5N，為原來石塊所受浮力的三倍左右，實驗現象更加明顯。規則的立方體相比于不規則的石塊，能夠讓學生在實驗過程中感受到物體在水中所受浮力大小與物體浸入水中的體積有關系。2.先用鐵架臺固定彈簧測力計，避免實驗受主觀操作的影響。然后將水槽改裝成連通器，利用連通器原理，從左側加水，可以讓右側水位穩定緩慢地上升，這樣避免了直接加水導致裝置晃動。整個裝置的穩定性提高，彈簧測力計讀數更加準確。3.該裝置下方添加了一個出水口，實驗中教師將出水口打開，水位下降，學生能觀察到立方體浸入水中的體積減小，彈簧測力計示數逐漸變大，立方體受到的浮力減小。

圖2 “探究液體浮力”實驗的自制教具

(二)改進“探究氣體浮力”實驗

如圖4所示，通過自制教具改進實驗。

1.使用VC泡騰片和水替代籃球和氣球。VC泡騰片放入水中，會溶解成酒石酸溶液和碳酸氫鈉溶液。二者發生化學反應生成大量的二氧化碳氣體。

圖3 “探究氣體浮力”實驗的自制教具

根據質量守恒定律，杠桿左側裝置是密閉的，所以內部發生化學反應以后不改變左側裝置的總質量，不影響杠桿平衡。一般在實驗過程中，需要10片左右的VC泡騰片和250 mL的水，發生化學反應后產生的二氧化碳可以使氣球的體積增大到1000 cm左右。由此數據計算氣球在空氣中所受浮力大小：

=

=1.293 kg/m×1000×10m×9.8 N/kg

≈0.0127 N。

經過實際測量，杠桿左側懸掛的裝置總質量為3 N，氣球所受浮力與總質量相比增大了千分之四。氣球在空氣中所受浮力更大，實驗的成功率提高。

2.實驗中，為了保證杠桿左側的質量始終不變，VC泡騰片和水要同時掛在左側調節平衡。如何在實驗前隔離VC泡騰片，在實驗中快速將VC泡騰片浸入水中，成為教具設計的難點。筆者選用身邊常見的透明塑料瓶、金屬茶漏、吸鐵石解決了這個問題。用玻璃膠將吸鐵石固定在金屬茶漏上，將VC泡騰片提前放入金屬茶漏，然后一起放在裝有水的塑料瓶中。在瓶外用另一個吸鐵石固定金屬茶漏的位置，避免其與瓶中的水接觸。實驗時，將瓶外的吸鐵石向下移動就可以讓VC泡騰片與水充分接觸。自制教具取材簡單，組裝方便，可以反復使用。

三、自制教具評價

“探究液體浮力”實驗的自制教具符合實驗教具創新的兩個要求：1.提高實驗的穩定性；2.使實驗現象更加明顯。“探究氣體浮力”實驗的自制教具符合實驗教具創新的兩個要求：1.提高實驗的成功率；2.選用簡單易得的生活用品改進實驗。創新、改進后的實驗教具，在課堂中的使用效果達到了新課程標準“通過實驗，認識浮力”的要求。

不足之處在于改進后的實驗教具依然是教師演示，學生在課堂中沒有動手制作和操作的機會，沒有體現出對學生的鍛煉。