改進實驗可視性,消除學(xué)生思維障礙

2009年10月份，著名教育專家張載錫老師來我校作了一場學(xué)術(shù)報告，其中談到了中學(xué)物理教學(xué)如何改進實驗可視性，增強試驗趣味性，提高學(xué)習(xí)興趣，消除學(xué)生思維障礙的問題。他認為在物理學(xué)習(xí)過程中常有這樣的情況，本質(zhì)的因素隱蔽著，不易被學(xué)生認識，這給學(xué)習(xí)帶來困難，因此我們必須設(shè)法使本質(zhì)的東西顯現(xiàn)出來。實踐證明放大是使本質(zhì)得以顯現(xiàn)的一種途徑，可以用直接放大和模擬放大的方法，從而達到實驗現(xiàn)象“可視”的目的，消除學(xué)生的思維障礙。下面是我在教學(xué)實踐中的一些做法，供大家參考。

1.探究彈簧問題

在我們的日常生活中，彈簧形態(tài)各異，處處都在為我們服務(wù)。為讓學(xué)生懂得胡克定律，即F=kx或ΔF=kΔx，在課堂上我做了一個有趣的小魔術(shù)，叫“神奇的木棍”。我手拿一根小木棍，說:“我這根木棍看似平常，但它有一種神奇的功能，它在我手上會自動的向上跑。”然后現(xiàn)場做了實驗。就在學(xué)生都在思考，納悶的時候，我問:“哪個同學(xué)愿意上來，我可以傳授秘訣。”一個學(xué)生上來以后，我告訴他如何來做，原來我在小木棍的下方固定了一個橡皮筋，大拇指就套在橡皮筋上，當把木棍向下按時，橡皮筋就被拉長，橡皮筋被拉長后用手握緊木棍，當需要木棍向上跑時手輕輕一松就可以了。學(xué)生聽后紛紛要求上來做這個實驗，氣氛異常活躍。緊跟著我請學(xué)生觀察是否皮筋拉得越長，用的勁就越大，手松開后木棍向上跑得越高，從而引出了胡克定律。最后向?qū)W生強調(diào)用的勁不能太大，否則橡皮筋斷裂，失敗試驗，從而又引出了彈性范圍。

2.探究靜摩擦力方向?qū)嶒灥目梢曅愿倪M

靜摩擦力方向的判別是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，其主要原因是學(xué)生在日常生活中缺乏這方面的感性認識，難以想象兩個相對靜止而又有相對運動趨勢的物體接觸面間的情況。一般我們會通過對物體受力平衡的分析來得到靜摩擦力的方向，這種方法是純理論的，學(xué)生難以直觀感受。當然也可以讓學(xué)生用手在桌面上用力推，感受靜摩擦力的作用。這雖然有了一定的改進，學(xué)生有了感覺，但還不能直接觀察到。針對這一缺陷，教師可以采用模擬的手段，把接觸面間的情況加以“透視”，達到“可視”的效果，使學(xué)生能獲得直觀感受。

例如要分析如圖1所示的兩物體之間的靜摩擦力方向，取兩只鞋刷，使刷毛相對地迭放在粗糙的水平桌面上，水平推上面的一只鞋刷，可以看到上下物體間刷毛形變的方向相反(如圖2所示)。由此可以推想出上、下物體所受靜摩擦力的情況。也可以在軟泡沫塑料的一面切出矩形槽口，以代替毛刷(如圖3所示)。教師通過這種模擬放大的手段，給學(xué)生提供一個表象思維的模型，使學(xué)生在解決此類問題時，消除思維的障礙消除。

3.微小形變實驗的可視性改進

物體在受到壓力或拉力時，在一定范圍內(nèi)會發(fā)生彈性形變。對彈簧、海綿等物體，其形變程度較大，我們可以直接觀察到，但是對于硬質(zhì)玻璃瓶、桌面等物體，其形變程度很小，一般難以直接觀察。此時，需要通過一些特殊方法，把這種微小形變放大，達到“可視”的效果。

例如對橢圓形玻璃瓶的微小形變(圖4所示)，可以在密封玻璃瓶的橡皮塞中插入一玻璃管，并在玻璃瓶中注入適量有色液體(如紅墨水)，然后分別沿橢圓玻璃瓶的長軸和短軸方向擠壓瓶子，將分別看到玻璃管中的液面下降和上升。這是通過擠壓改變玻璃瓶的體積，從而改變液面高度，把玻璃瓶微小彈性形變引起的微小體積變化，轉(zhuǎn)化為玻璃管內(nèi)液體高度的較大變化，達到“可視”的效果。

對桌面的微小形變，通常借助光的反射來完成。如圖5所示。當桌面受力發(fā)生微小形變時，平面鏡M、N隨之傾斜，從而使反射到墻上的光點向下移動。光點的移動放大了桌面的微小形變，使得桌面的微小形變變得“可視”了。

4.光傳播路徑的可視性演示

光在空氣中傳播時基本上是沿直線傳播的，為了顯示光在空氣中的傳播路徑(光路)，通常向空氣里噴空氣清新劑等氣霧狀物體，通過光(一般用小型激光筆產(chǎn)生)在噴出的液滴上的反射而顯現(xiàn)光的傳播路徑，達到“可視”的效果。

另外，也常常需要展示光在不均勻媒質(zhì)中傳播的現(xiàn)象，以反襯出直線傳播的條件。將濃葡萄糖溶液(接近飽和)倒入有機玻璃水槽中，液深約1.5cm，在糖水表面輕輕鋪上一層塑料薄膜，膜的一邊要搭在容器一側(cè)并略長。然后在薄膜上注入清水，水順著薄膜流到糖溶液的界面上，水深約1cm，待水穩(wěn)定后，將薄膜沿水平方向慢慢從水中拉出，由于擴散，液體的折射率隨深度有一定梯度的分布，深處的折射率較大。將激光束在離液面約1.5cm處(折射率較大的區(qū)域，可通過上下移動激光束而定)沿水平略向上射入配好的溶液中，在液槽的側(cè)面就能看到光線明顯向下彎曲，如圖6所示。

5.振動的可視性演示

在初中物理“聲音的產(chǎn)生”中，提到一切發(fā)聲的物體都在振動，例如被敲打的鼓面、音叉等。但是這些物體的振動幅度較小，學(xué)生難以直接觀察到，為此可以通過適當?shù)霓D(zhuǎn)化、放大等措施，使得這些振動得以“可視”。在鼓面上灑一些紙屑或剪成小人形狀的紙人，當擊打鼓面時，紙屑或紙人就會隨著鼓面的振動而跳躍。在音叉旁邊懸掛一個輕質(zhì)小球(如乒乓球)，懸線豎直時球恰好與音叉接觸，當音叉開始振動后，輕質(zhì)小球會被彈開。

類似這種通過放大使本質(zhì)因素得以顯現(xiàn)的方法在物理實驗教學(xué)中還有很多，而且有更多的使本質(zhì)因素顯現(xiàn)的其他方法，這里只是從視覺角度說明提高實驗的“可視性”有助于消除學(xué)生的思維障礙，達到提高感知效果的目的，更好地通過觀察獲取信息、培養(yǎng)觀察能力。