簡析中學物理實驗室的工作

陳志宏

摘 要：中學物理實驗室的工作并不是為授課教師提供按圖索驥的儀器設備，更不是為學生安排和準備分組實驗的儀器保管員。實驗室也不存在一種可供刻板地加以套用的儀器，每一次器材的選擇組合和應用都是一種創造性的勞動。

關鍵詞：創造性；創造力；實驗室

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）01-197-01

在許多人的觀念里，擔任中學物理實驗室的工作不過是按圖索驥地為授課教師提供課堂演示實驗的儀器設備，為學生安排和準備分組實驗的儀器保管員。物理學是一門以實驗為基礎的學科。中學物理實驗包括課堂演示和學生分組實驗等。是教學過程中的兩個重要環節，是直接為教學工作服務的實驗。雖然，它們不同于自然科學研究的實驗，但是，它們是人們用另一種簡捷的方式把人類歷史上進行的無數次自然科學研究實驗的最后成功搬到課堂上來的。而以怎樣的簡捷方式，用什么方式搬上課堂。這便是一種創造性的工作。然而，在筆者十幾年的物理教學及物理實驗室工作的經驗和感受里，下面談談自己在這個工作中的一些感悟。

一、為實驗創造一個“歷史背景”

上面談到中學物理實驗是人們用一種簡捷的方式把人類歷史上進行無數次自然科學研究實驗的最后成功搬到課堂上來，因此，在每一個實驗的背后都有它的一段歷史、都有它的一個動人的故事。例如：安培是花費了十一年的時間在實驗室做了成千上萬次的實驗，最后才發現電流定律的。而我們在課堂上和實驗室里所做的不就是他經過了十一年漫長歲月苦苦探索所到最后成功嗎？當我們把他最后的成功搬到實驗桌上來的時候，難道不該把這位科學家獻身科學的執著精神搬過來嗎？可以說，實驗桌是一個祭壇，因為安培在臨終之際還做了讓電流通過人體的實驗。

在一次給授課教師送上感應起電機之后，自己擔心起電效果沒能如愿以償，因此，就守在課堂的一個角落察看，準備及時出來檢修儀器，調整電刷子與盤面的接觸……當授課老師一把將起電盤擺放在講臺上時，底下學生開始哄起來了“那是什么玩意兒”，可能是由于當天空氣濕度較大的緣幫，火花放電不很明顯，為了達到預期效果，筆者正準備上去幫忙加大轉速，下面又一片起哄。筆者出于一時氣急，竟忘了不該插話，說：“你們知道嗎？美國科學家富蘭克林為了研究雷電現象冒著九死一生的危險用自己的身體做實驗，險些喪命，隨后蘇聯科學家赫曼也用自己的身體去實驗”，講到這里我頓住了，此時教室一片肅靜，我能感覺到了同學們的心跳在加快，一方面雙屏住了呼吸，對赫曼的擔憂正折磨著每一個學生的心，終于有一位同學忍不住問：“后來呢？”我淡淡地說：“在實驗中被雷擊身亡，當時他才42歲。”從同學們驚愕的目光里實驗員看到了對他們的振憾。由于課堂上本無安排我插話，我又退回到角落里去，教室的氣氛莊嚴肅穆，仿佛空氣也被凝住了。授課老師接下去就兩位科學家的故事對同學們講一番……。

因此筆者受到啟發，以后總是用圖文的方式在實驗里把每一個相應的“歷史背景”布置出來，而在實驗員營造的“歷史背景”下，一種對科學的崇高和嚴肅認真的治學態度就這樣在班級里逐漸地形成了。以后的學習效果也是不言而喻的。

二、改進、完善實驗設計

中學物理實驗的構思和設計總是以理論思維為指導的。怎樣利用已知的科學原理加以物化、設計儀器、設備，怎樣在實驗中排除干擾、突出所要研究的因素，怎樣提高測試的精確度，減少誤差，這些都是一種創造性的勞動。雖然課本所安排和設計的實驗無疑是比較合理的，但是，許多在實際的應用當中往往達不到預期效果。因此，改進和完善實驗設計和設置，便成為實驗員的一項富有挑戰性的工作。

例如：課本上是利用音叉的兩個股作為相干波源來考察聲波的干涉現象的。由于音叉發出的聲音比較微弱，并隨著時間和距離迅速衰減，因此，演示效果很不明顯。筆者利用自己所掌握的電子技術，采用音頻信號發生器，低頻放大以及兩只高音揚聲器作為聲波干涉源，在付諸實施時取得了良好的效果。具體是將音頻信號發生器輸出的低頻正弦信號經低頻放大器放大后，送至兩只并聯的高音揚聲器。當然，兩個揚聲器也可以串聯，具體可根據放大器的輸出阻抗與喇叭阻抗來確定，這兩個揚聲器便是兩個相干的波源。這樣，在兩只揚聲器周圍的空間就會出現聲波的干涉現象，課堂演示時，學生在遠近不同的位置都可以聽到忽強忽弱的聲音，并且聲音強的與聲音弱的區域互相間隔。調節兩只揚聲器的距離以及聲波的頻率，一般在15cm-100cm和1000hz-3000hz，同學們只要在各自的坐位左右擺動身體位置便可以聽到聲音強弱的變化。

在演示聲音共鳴現象時，按課本設計是采用兩個音叉共振箱。可是，在將它們付諸實施時經常沒有預期的效果，這主要原因是聲音微弱到聽不見。筆者就對它們輔之以無線和調頻收音機來進行擴音。具體做法是：用兩個振動頻率相同的音叉A和B，使帶這兩個音叉的音箱口彼此相對，先靈敏度較高的無線話筒C放在音叉B和箱口邊，并在較遠處放好調頻收靈機或調頻收音機，且預先將收音機的接收頻率調諧到跟無線話筒的發射頻率相同，然后用橡皮槌敲擊音叉A的叉股，使A振動發聲，再用手握住音叉A的叉股，使它停止振動。這時音叉A停止發聲，但實驗員們可聽到音叉B通過無線話筒C和調頻收音機發出的較強的聲音，這明顯地表明，音叉B跟音叉A發生了共鳴。重復上述實驗，就聽不到共鳴的聲音，這表明了兩者之間沒有發生共鳴，說明發生共鳴的條件是兩個音叉的固有頻率應相同。通過改進實驗裝置，不但取得了良好的效果，而且在此過程中，學生懂得了更高實驗方法和手段，思維能力也隨之開闊了。正像科學家拉普拉斯說："認識一個天才的研究方法，對于科學的進步……并不比發現本身更少用處。科學研究的方法經常是極富興趣的部分"。

一名好的實驗員一定總是在不斷地尋找，這才是實驗室真正有意義的工作；一名好的實驗員總愿將自己化作一個小小的階梯架設在實驗桌與學生富有創造力和卓有成就的未來之間；又愿授課的老師和他們的學生借此順利地到達理想的一方。希望所有從事中學物理實驗室工作的人員能參與這樣創造性的勞動，又愿所有的創造性勞動都能成為學生創造力的階梯。

參考文獻：

[1] 歷以賢.現代教育學原理.北京師范大學出版社，1988.1.

[2] 守志堅.自豪與創新.福建人民出版社，1986.