如何進行物理演示實驗的創新設計

　　物理實驗是培養學生物理創新能力的最佳途徑，演示實驗對學生創新意識的培養和創新能力的訓練起著至關重要的作用。如何使實驗教學更有效地培養學生的創新能力呢？為了培養學生的創新能力，教師應對演示實驗教學進行創新設計，發掘物理演示實驗中巧妙的構思和方法，以實驗為依托，拓寬其思路，挖掘其內涵，通過形式多樣的實驗活動來培養學生的創新能力。
　　一、增加演示實驗的層面
　　中學生對事物的觀察往往是表層、片面甚至是錯誤的，而物理規律的表現形式是多層次、多側面的。教材中提供的往往是單層次、單側面的實驗內容，從培養學生創新能力的角度來看，教師有必要進行適當的拓展和補充，盡量讓學生能多層面、全方位地去認識物理規律的全貌。
　　例如，為引證大氣壓強的存在做“水杯—紙片”的實驗，很多教師簡單地把厚紙片蓋在裝滿水的杯口再倒過來，實驗做完即了事，讓學生目睹了一個“理所當然的事實”，“沒有什么好想的”。重新設計這個實驗教學時，可先由學生根據經驗思考“厚紙片能否掉下來”，在觀察的過程中先設疑，讓學生帶著問題，旨在引起學生對厚紙片與水杯的重點觀察，然后分別演示水杯盛滿水而杯口向下、向側面，盛少量水、不盛水，在盛滿水的水杯與厚紙片的接觸處插入鐵絲等多種條件下厚紙片變化的情形，進而引導學生對實驗結果與條件關系的深層觀察和全面觀察，便能較好地培養、發展學生的創新能力。
　　二、發掘、設計演示實驗
　　教材中有些原有的實驗不能完全滿足培養學生創新能力的需要，有些章節涉及的實驗也很少。因此，教師應選擇適當的時機增加演示實驗，加強教學的直觀性，使之有利于學生創新能力的培養。
　　例如，靜摩擦力方向的判別是學生普遍感到的難點，其主要原因是學生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。在教學中，可以取兩只鞋刷，使刷毛相對地疊放在粗糙的臺面上，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，由此可推想出上、下物體所受靜摩擦力的情況。這樣，就給學生提供了一個表象思維的模型，化抽象為形象，從而也可培養學生的創新能力。再例如，《單擺》一節，為了加深和強化學生對單擺模型的理解，可以自制四個實際的擺：一根較長的粗麻繩系一個小鋼球；一根較長的橡皮筋系一個小鋼球；一根較短的細線系一個大球（線長與球直徑差不多）；一根較長的細線系一個小鋼球，但懸點沒固定。分別讓四個擺擺動，由學生討論后總結出單擺的要求：擺線“輕而長”，擺球“小而重”，懸點固定。
　　三、研究、改進演示實驗
　　教材中有些演示實驗的實驗效果不是太好，教師可以組織學生一道參與對演示實驗的改進。這樣，不但能加深學生對知識的理解，而且可激發學生強烈的科學實踐愿望并付諸行動，進而強化學生勇于進行科學探索和敢于改進前人科學實驗方案的創新意識。
　　例如，《單擺》一節，為了做好單擺振動圖像的演示實驗，針對教材中的演示裝置的缺點，如沙擺擺動時其重心會發生明顯變化，紙板很難保證讓其做勻速直線運動，等等，可進行如下改進：用金屬銅制成內壁很厚、中空較小的小漏斗，漏斗嘴的尺寸以剛能漏下細沙為宜；將一個小型皮帶傳動裝置中的皮帶用透明的中央畫有紅色橫軸的塑料薄膜帶替換，利用2—3節干電池提供電源帶動透明帶勻速運動。在漏斗中裝細沙，則漏斗擺動時不斷漏出的細沙落在透明帶上就記錄了擺的運動情況，從而得到單擺的振動圖像。整個演示過程可投影出來，效果很好。這樣的實驗改進后，無論是直觀性、趣味性還是美感上，都比原來的教材上介紹的實驗強得多，再加上讓學生參與實驗活動，可以很好地培養學生的創新能力。
　　為了使學生順利接受和掌握單擺的周期公式，在課堂上做好演示實驗非常重要。因為面對單擺許多學生往往會產生一些不正確的想法：振幅大了，周期也會增大；擺球質量大了，回復力也大，因而振動加快，周期將減小。這些模糊認識，只有通過實驗才能予以糾正加深理解。教材上給出的單擺振動演示實驗，除比較麻煩外，現象也不太明顯，且不能研究周期與重力加速度的定性關系。由于所用時間長，故課堂氣氛不很活躍。針對上述不足，可進行如下改進與創新：
　　器材準備：一根約1米長的細線；體積相等的實心鋼球和實心鋁球各一個（兩球底部各焊接一根約2厘米長的輕細金屬桿）；鐵架臺；光電計時器（由2個光電門和1個能顯示時間的數字大屏幕顯示器組成）；米尺1根；導線若干根；磁鐵1塊；電源插座1個。
　　器材組裝：①將細線系好鋼球，掛在鐵架臺上，使懸點固定，鋼球下部輕細桿豎直向下，細線與鋼球球心的總長度即擺長為1米；②將兩個光電門分別與數字顯示器連接好，將任一個光電門固定在鋼球靜止時其下部輕細桿的正下方，且使輕細桿的下端靠近光電門的底部但不接觸，另一個光電門放在離單擺裝置較遠處。
　　實驗原理：將數字顯示器接通電源（220V交流電），并使它處于測周期的功能狀態，此時顯示為0.000秒（學生可直接觀察到）；讓擺球做小角度擺動，當擺球下部的輕細桿第一次通過其下端的光電門時，可以看到數字顯示器屏幕上的數字發生變化，表明此刻開始計時，當輕細桿第三次通過光電門時，數字停止變化；學生可分析得出：該計時器記錄的是單擺的一個周期且可精確到0.001秒；若用秒表計時做這個實驗通常要記錄30—50次全振動的時間再取平均值求出周期，而用該光電計時器計時，由于其精確度高，因而可只測五個周期再取平均值求周期（甚至只測一個周期）即可。
　　利用這套裝置可以很方便地改變擺的振幅、擺球質量（換一個擺球即可）、擺長（可將擺長縮短至原長的四分之一）和擺球所在處的重力加速度（在光電門下方放上一塊大的強磁鐵，相當于其附近的重力加速度增大），學生觀察實驗后可發現：在擺角很小的情況下，單擺振動的周期跟振幅及擺球質量無關，與擺長有關（當擺長減為原長的四分之一時，周期變為原周期的二分之一），與當地的重力加速度有關（重力加速度越大，周期越小）。（控制變量法）
　　改進后的實驗，現象非常直觀、明顯，成功的演示實驗能使學生獲得豐富的感性認識，同時也調動優秀學生積極思維，激發后進生積極參與到實驗中來的強烈興趣，提升學生實驗觀察和設計能力、科學探究能力，培養學生科學探究的意識、科學創新的精神，節省演示時間，使課堂結構更緊湊。這樣的教學方法體現教師的主導作用和學生的主體作用，體現教和學的高度統一，符合素質教育的要求。
　　
　　參考文獻：
　　［１］人民教育出版社.中學物理實驗.
　　［2］陜西人民出版社.創新設計.