物理教學中創(chuàng)新小實驗的設(shè)計與思考

在實際的物理教學中，課堂物理實驗有越來越復雜、越來越高科技化的傾向，有的甚至以虛假的或者是虛擬的動畫來替代實驗。在當今的時代，我認為朱正元老先生所提倡的“瓶瓶罐罐當器材，拼拼湊湊做實驗”的實驗教學思想還是極有價值的。利用身邊常見的或是容易獲取的物品做物理實驗，不完全是因陋就簡、廢物利用，而是因為器材為學生所熟悉，學生會更感興趣。麥克斯韋就說過：“一項實驗，使用的材料越簡單，學生越熟悉，就越想透徹地獲得所驗證的結(jié)果?！?/p>

本文將介紹幾個在教學中簡易可行的創(chuàng)新小實驗，并談?wù)剬π嶒炘O(shè)計的思考。

一、幾個創(chuàng)新小實驗

【創(chuàng)新小實驗1】：吹乒乓球引入慣性概念。

在“牛頓第一定律”的課堂教學中，可用“吹乒乓球的實驗”引入新課，如圖1所示。首先請一位嬌小的女生吹懸掛著的乒乓球，球很容易被吹動；然后讓一位高大的男生吹看似完全一樣的乒乓球（此時的球已被教師偷偷換成一個內(nèi)部裝滿小鋼珠的乒乓球），結(jié)果是該男同學用最大的力氣也不能將球吹動。奇怪的實驗現(xiàn)象出乎所有學生的意料，這樣，學生的好奇心被有效地激發(fā)了。

【創(chuàng)新小實驗2】：用象棋子演示運動的合成與分解。

在“研究平拋運動規(guī)律”的教學中，可用象棋子演示平拋運動的分解。在超市購買象棋，象棋子最好是木制的，且表面涂有清漆，這樣的象棋子比較光滑。教師將兩個象棋子對齊，左手指輕輕捏著，使棋子的截面處于豎直狀態(tài)，如圖2所示。然后教師的右手指將其中一個棋子水平彈出，另一個棋子做自由落體運動。通過聽兩個棋子同時落地的聲音，來研究和驗證平拋運動可以分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。這樣的實驗，器材易取，操作方便，現(xiàn)象明顯，學生在課外自己也可以做。

【創(chuàng)新小實驗3】：用紙和鐵夾演示慣性大小的決定因素。

在“決定慣性大小的決定因素”教學時，可用鐵夾和紙做單手撕紙的實驗。取一張廢棄的答題卡（也可以是A4紙），教師事先將其一端撕開五分之四左右，但不要撕斷，如圖3甲所示。先讓學生用手拿著較大的A部分，嘗試中用力將較小的B部分甩斷；再用手拿著較小的B部分，嘗試用力將較大的A部分甩斷，讓學生通過實驗的比較來得出結(jié)論。然后教師用一個鐵夾夾在較小的B部分，如圖3乙所示，再讓學生用手拿著較大的A部分，將較小的B部分甩斷，通過感受將紙甩斷的難易程度，來體會慣性的大小由質(zhì)量決定的結(jié)論。

【創(chuàng)新小實驗4】：用怪坡實驗演示能量守恒。

在《追尋守恒量》一課的教學中，可通過“怪坡實驗”引發(fā)“視覺沖突”。準備的器材有兩塊橡皮（高度差約0.4cm）、兩根玻璃棒（長約30cm）、一個玻璃球（直徑約2.2cm）。通過控制玻璃棒分開的角度——在高度較大的橡皮端將玻璃棒分開的距離大一些，另一端的玻璃棒分開的距離小一些，使玻璃球能夠從靜止開始沿玻璃棒從低處向高處運動，如圖4所示。實驗結(jié)束后，引導學生討論、探究出怪坡現(xiàn)象的本質(zhì)原因：看似向上運動，但小球的重心實際是下降的，重力勢能向動能轉(zhuǎn)化，從而追尋出機械能這個守恒量。

二、對創(chuàng)新小實驗設(shè)計的思考

1.取材要容易

在設(shè)計創(chuàng)新小實驗時，可就地取材、因陋就簡、廢物利用、拼裝組合，廢棄的紙張、易拉罐、礦泉水瓶、乒乓球以及各種孩童玩具等都可以作為實驗的器材。比如在設(shè)計氣體膨脹做功的演示實驗時，選用一個無色透明大可樂瓶、一個與瓶口相配的橡皮塞、一個從廢舊的自行車內(nèi)胎上取下的氣門芯，在橡皮塞上鉆一孔并將氣門芯插入瓶塞中。演示時，在瓶內(nèi)滴幾滴酒精，用橡皮塞塞住瓶口使它不漏氣，但塞子不要塞得過緊，用鐵架臺將瓶子固定，用打氣筒從氣門芯向瓶內(nèi)打氣，當氣壓足夠大時，塞子從瓶口沖出，瓶內(nèi)充滿白霧。這個現(xiàn)象就說明氣體膨脹對外做功，使瓶內(nèi)氣體內(nèi)能減小、溫度降低，瓶內(nèi)部分酒精蒸氣和水蒸氣液化成霧狀。

2.操作要簡單

創(chuàng)新小實驗的設(shè)計宜簡不宜繁。過于復雜的實驗裝置不易凸顯事物的本質(zhì)，還會分散學生的注意力。比如在演示光的反射與折射現(xiàn)象時，就可以用激光筆代替原來的氦氖激光器做實驗。還可以用激光筆的激光對準圓珠筆頭的小口，射到教室后面的墻壁上做光的衍射實驗，學生也可以拿白紙在中途擋住激光，就近觀察光的衍射現(xiàn)象等。用激光筆做微小形變的實驗，效果也非常好。用夾子夾住激光筆，桌上置兩個平面鏡，調(diào)整角度使光線經(jīng)兩次反射后照于天花板。當用力壓桌面時，桌子發(fā)生微小形變，由于平面鏡的光杠桿作用，對形變進行了兩次放大，而天花板對光線而言則是一個斜面，所以又進行了一次放大，實驗現(xiàn)象十分明顯。這樣的做法并不僅僅是為了節(jié)約開支，由于器材為學生所熟悉，學生更感興趣，對提高學生動手能力、開發(fā)學生智力有著重要的作用。

3.現(xiàn)象要直觀

所設(shè)計的創(chuàng)新小實驗現(xiàn)象要直觀，可見度要高。直觀、形象、可見度高的實驗可以起到“千言萬語說不清，一看實驗就分明”的作用。如在做表面張力的演示實驗時，一般都是這樣做的：“取一段金屬絲做成環(huán)狀，把棉線的兩端系在環(huán)的兩點上，然后把環(huán)浸入肥皂水里，再拿出來，環(huán)上就布滿了肥皂水的薄膜，此時薄膜上的棉線是松弛的。用熱針刺破棉線左側(cè)的薄膜，右側(cè)薄膜就會收縮，使棉線向右彎成弧形；刺破棉線右側(cè)的薄膜，左側(cè)的薄膜就會收縮，使棉線向左彎成弧形?！痹谧鲞@個實驗時，可以在棉線上穿上一小段空圓珠筆芯，當用熱針刺破一側(cè)液膜后，另一側(cè)液膜就會拉著空圓珠筆芯迅速滾動起來。這樣的創(chuàng)新設(shè)計就可以使實驗的現(xiàn)象由“靜”變“動”，變得直觀、形象，更能引起學生的注意，也會起到很好地提高學生學習興趣的作用。

4.設(shè)計要科學

創(chuàng)新小實驗的設(shè)計必須力求真實、正確，符合科學性。實驗有誤差是難免的，但不能為了避免誤差而拼湊數(shù)據(jù)；實驗不成功是正常的，不能因此就用虛假的實驗來替代；實驗現(xiàn)象不明顯也很正常，不能因此就用電腦軟件做出的虛擬課件來頂替。例如，用大型示教用電流計演示LC振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流時，看到電流計指針來回擺動，于是就解釋說振蕩回路產(chǎn)生了振蕩電流，這是不科學的。因為一般情況下LC回路振蕩頻率很高，電流計指針根本來不及擺動。指針的擺動實際上是瞬間電流作用的結(jié)果。如果用示波器來觀察振蕩電流波形，則既形象又科學。

在新一輪課程改革中，物理教學中所涉及的具體問題情境更加復雜多變，原有的實驗器材需要更新，實驗的配置也不是很齊備，不能完全滿足新形勢下教學需要，所以要積極倡導教師充分挖掘身邊可利用的課程資源，動手設(shè)計創(chuàng)新小實驗。同時，使用身邊隨手可得的物品進行探究活動和各種物理實驗，拉近物理學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的真實性，感受到科學與社會、科學與日常生活的關(guān)系，這一點是最重要的。

(責任編輯 黃春香）