頂崗支教實習生課堂演示實驗指導之“牛頓管”實驗的改進

楊震等

【摘要】頂崗支教實習生實習學校一般為鄉下學校，實驗器材相對缺乏且實習教師實驗水平有限。實習物理教師在利用牛頓管演示自由落體運動時，因不能很好控制牛頓管翻轉速度、管內物體下落時間短且兩物體比較容易相互接觸，不利于學生對實驗現象進行觀察。現利用在牛頓管上增裝隔斷和磁性材料、在下落物體上增裝小鐵片的方法克服上述缺陷，更有利于學生對自由落體運動全過程進行觀察。

【關鍵詞】頂崗實習 牛頓管 實驗 改進

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）02-0169-01

頂崗實習是“高師生在師范院校的組織和教師的指導下，依據課程標準，在實習學校通過頂崗任課的方式來完成實習任務的教育教學實踐活動”。頂崗實習支教不僅可以使高師生在實踐中提高教育教學能力和綜合素質，還可以破解農村教育“人才荒”，為農村教育輸送“新鮮血液”，推動實習學校的教改進程。但是，頂崗生在也存在從教能力不強、教學經驗不足、教學效果不佳等問題。在頂崗實習巡回指導時發現，多數實習生由于經驗所限，不能很好地利用實驗器材進行演示實驗，加之農村基礎教育學校實驗器材相對缺乏，所以，其教學效果不盡理想。牛頓管則是實習物理教師運用不好的器材之一。

牛頓管是演示自由落體運動的常用儀器。用牛頓管做自由落體演示實驗時，需先抽氣，使其達到真空狀態。倒轉牛頓管，使小石子和羽毛置于一端，迅速翻轉牛頓管使其呈豎直狀態，基本上能演示小石子與羽毛同時下落的現象。演示牛頓管實驗既需要教師有較快的翻轉速度，還要在演示實驗的過程中對整個實驗過程加以說明。由于器材及實習物理教師經驗所限，在演示該實驗時就容易出現“演示缺陷”。

一、現有牛頓管缺陷

缺陷1：小石子和羽毛同時下落時，比較容易相互接觸，而實習教師為了保證實驗成功，注意力幾乎全部在操作步驟上，容易忽略對實驗的解釋說明，易使學生產生“小石子壓著羽毛，它們才能同時下落”的想法。在學生提出問題后，很多實習教師無法給予科學合理解釋。

缺陷2：牛頓管翻轉過程中，由于實習教師不能很好的控制翻轉速度和動作，物體下落時間又非常短，往往造成物體已經下落到底部而牛頓管還沒有完全豎直的情況，不僅不利于學生對自由落體運動全過程進行觀察，使很多學生對自由落體現象持懷疑態度，增加了本節課的教學難度，還會打擊教師的自信心。

由于以上兩種缺陷，實驗效果不盡理想，對此，筆者對其進行了微小改進，在一定程度上克服了上述缺陷，在實際操作中取得了良好效果。

二、牛頓管的改進

改進1：保證兩物體下落時不互相接觸。

（1）用光滑的薄玻璃片做一個寬等于牛頓管內直徑，長度略小于牛頓管的隔斷。

（2）將隔斷放入牛頓管。（由于所加隔斷的寬度等于牛頓管的內直徑，隔斷不會左右晃動，所以用膠帶稍加固定即可。）

（3）將羽毛和小石子分別放于隔斷兩側。

改進2：保證兩物體同時下落。

（1）在隔斷一側放置一根粘連著輕薄鐵片的羽毛。

（2）在隔斷另一側放置一塊粘連著輕薄鐵片的石子。

（3）在牛頓管頂端外部放一塊釹鐵硼塊（強磁性材料）。

按照上述兩種方法改進后（如圖1），即可進行自由落體運動演示實驗。

三、改進后實驗的操作步驟

實驗1：不抽出空氣，觀察兩物體下落情況。

（1）倒置牛頓管，使石子和羽毛置于牛頓管頂端。

教師說明：現在石子和羽毛都在牛頓管的一端，這時它們都在同一水平位置。

（2）將釹鐵硼塊置于牛頓管頂端外部，然后將牛頓管擺正。此時，兩物體由于受到磁力作用，都處于牛頓管頂端且不會下落。

教師說明：現在老師將釹鐵硼塊放在牛頓管頂端外部，這樣它就能將粘有小鐵片的石子和羽毛吸住。我將牛頓管翻轉過來時兩個物體就不會下落。

（3）迅速移走釹鐵硼塊，兩個物體因不再受磁力作用而向下運動，由于存在空氣阻力，羽毛下落速度較慢。[1]

教師說明：我迅速移走釹鐵硼片之后，兩個物體就不再受磁力作用了，就該自由下落了，同學們仔細觀察兩物體下落的速度。

實驗2：抽出空氣，觀察兩物體下落情況。

（1）重復實驗1中步驟（1）、（2）。

（2）抽出空氣。

教師說明：現在老師抽出空氣，觀眾的物體就不再受空氣阻力，大家想一下這時兩物體下落速度會不會發生改變。

（3）迅速移走釹鐵硼塊，兩個物體因不再受磁力作用而同時向下運動，由于沒有空氣阻力，羽毛與石子下落速度相同且同時落地。

教師說明：由于沒有了空氣阻力，又因為石頭和羽毛的加速度相同，所以他們兩個同時下落，并同時落地。

很容易看出，改進后的實驗克服了其原有缺陷，使實習教師不想有太多的技術和操作經驗就可以順利完成該演示實驗，降低了完成該演示實驗的難度，大大增加了其成功率。需要注意的是，在進行該實驗前需要對改進后實驗儀器進行說明，在對比實驗過程中，要演示完一個步驟解釋說明一個步驟，讓學生了解實驗的每一步。通過有無空氣阻力兩種情況的對比，不僅讓學生清晰觀察到了自由落體運動全過程，而且糾正了學生來自生活經驗的錯誤認知。[2]

仔細分析物理教材中的演示實驗發現，部分演示實驗不僅對實驗器材、實驗環境要求很高，對教師的操作水平和技巧的要求也很高。所以，實習教師要想在課堂教學中演示好物理實驗就需要對實驗進行改進，以增強演示效果，增加實驗成功率。演示實驗的改進不僅有利于物理頂崗支教實習生更好的進行課堂演示實驗，對新手物理教師也有非常大的幫助，所以課堂教學中演示實驗指導和改進是一個永恒的課題，需要對其進行多方面的理論指導與幫助，引導其養成良好的習慣與行為方式。同時也需要其在演示實驗中投入更多的精力，以得到全面的發展。

參考文獻：

[1]李一新.對“牛頓管實驗”的改進.[J].實驗教學與儀器.2002-02-25：27.

[2]曾明.牛頓管實驗演示方法的改進.物理通報.[J].1998-06-15.第6期：29-30.