演示實驗的改進和自制教具讓課堂更精彩

金慧

1 問題的提出

物理實驗是一個重要的輔助物理教育，也是學生掌握知識和應用知識的重要途徑之一.物理學是一門抽象的，邏輯性很強的學科，嚴謹的表述、嚴密的體系、嚴格的推理驗證，無一不顯示這一點.加之中學生涉世不深，生活經驗不足，實踐經驗匱乏，因此對抽象的物理概念、規律的理解與掌握，往往存在著或多或少、程度不等的困難，這就必須借助教師在課堂上做好演示實驗去補償.通過演示實驗，將抽象的東西形象地展示出來、描繪出來，讓學生身臨其境、耳聞目睹、親自獲得具體的直接的經驗，得到清晰的感性認識，從而在教師的啟發引導下經過分析和推理、歸納和概括、上升到理性認識，形成物理概念，導出物理規律.所以在物理教學過程中，演示實驗是學生認識物理規律的感性基礎，是學生加深對物理概念理解的重要環節，更是培養學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法的重要途徑.

通過調查比較，筆者發現現在的物理實驗教學中對實驗主要出現在兩大方面：器材和可操作性，或稱現象不明顯性.器材由于地區等一些差異，可能有一些學校一些實驗器材尚未到位，現有的實驗器材又不能滿足中學物理實驗教學的需要，導致許多實驗無法進行，或現有的一些實驗器材實驗效果不佳、不明顯.鑒于此，筆者認為提倡教師積極開展物理自制教具的制作，彌補實驗儀器的不足，又能讓學生體會到物理就在身邊，物理的實用性等，二者優勢互補.演示實驗尚存有以下幾方面的問題：（1）有些實驗的方法缺乏科學性.如我們熟悉的牛頓管，實驗不可避免的會出現以下的缺點：將玻璃管倒立的過程中，筒內重物具有了初速度；重物在運動過程中除了受重力以外，還受到器壁的作用力，這三點都與自由落體運動的定義不吻合.（2）有些實驗操作煩瑣、不易成功.如顯示微小電流方法；（3）還有一些裝置看似簡單的實驗，實際操作很難達到預期的效果.（4）有些實驗器材在運往課堂的途中，容易產生誤差，再進行調節浪費大量課堂時間，而江蘇高考制度的改革，導致物理課堂時間有限.如氣墊導軌測速度等.

2 實驗改進

現針對以上幾種情況，選取了一些效果不理想的演示實驗進行改進或進行器材自制，以期通過改進、自制，使現象明顯，充分發揮其教育功能.

2.1 給斜面加一塊海綿

在做實驗“測勻變速直線運動的加速度”時發現帶滑輪一端雖有彈簧，但減速效果不佳，有時會造成翻車現象，一次試驗過后，小車往往損壞嚴重，實驗數據不準確.針對此情況，對軌道進行改進，裝置較簡單，就是在帶有定滑輪的軌道那一端加一塊海綿，這樣減速效果較理想.小車損壞情況基本消除，實驗成功率加大.

2.2 自由落體牛頓管實驗

把羽毛粘上微小鐵屑，玻璃管的頂端按上可以自由取放磁鐵裝置，在玻璃管下端裝有抽氣嘴.這樣改進后，鐵片和羽毛就可以被磁鐵吸在玻璃管的頂部，演示時只要移開頂部的磁鐵，不必翻轉玻璃管就可實現鐵片和羽毛同時自由下落，克服了用老式牛頓管演示時所產生的缺點，并可以控制開始下落的時間，老師演示起來輕松，學生觀察起來也從容，增強了實驗的科學性、可控性、可見度，通過對比演示，學生可以清晰地觀察到，當玻璃管內有空氣時，鐵片比羽毛下落的要快，抽掉空氣后，羽毛和鐵片同時下落，演示效果直觀清晰.

2.3 “超重和失重” 演示實驗的兩個改進方案

采用簡易趣味的特殊教具來演示“超重和失重”，形象獨特美妙，其實驗效果遠非教材上介紹的幾則演示實驗可比.

方案1 找一根鋼鋸條（或折一根富有彈性的竹條，鮮桑條、柳條均可）在其一端系掛一重物（如砝碼、擺球、螺母等）.演示時，手握鋸條另一端，向上或者向下加速平動鋸條，則見鋸條與靜止時彎曲度的對比變化明顯，“超重和失重”現象顯見.

方案2 用一礦泉水瓶，在其底部開一個直徑2cm的小孔（用來通氣和注水），把一塊橡皮膜扎在瓶口上，瓶內注入適量的水，實驗時，通過觀察水球大小的變化來研究水的超重、失重現象.通過瓶底的小孔向瓶內注入半瓶水，使扎在瓶口的橡皮膜尚未形成水球，并讓學生觀察水球的大小（幾乎無水球），手提瓶子加速上升，可看到橡皮膜突然增大成水球.加速度大的話，橡皮膜將會破裂，這說明瓶內水對橡皮膜的作用力增大了，水在這種狀態時，就是超重現象.向瓶內注入半瓶多水，使瓶內裝入適量水后，使扎在瓶口處的橡皮膜形成一個較大的水球，讓學生觀察水球的大小.然后，讓瓶子從高處自由下落，可觀察到水球消失，這說明瓶內的水在自由下落過程中對橡皮膜沒有壓力，水在這種狀態下就是失重.

此兩套裝置制作簡單、材料易找，實驗現象明顯、有趣，激發學生的學習興趣和動手欲望.

2.4 溫度對擴散的影響演示器

取兩只50mL的一次性塑料注射器（未經醫藥用過的），把教材中的“滴墨法”改成“吸墨法”進行實驗，消除了滴墨法中重力所起的作用.吸墨法中墨水在溫度高的熱水中心呈塔形擴散，墨水在冷水中成柱形擴散現象，可說明分子的熱運動是吸墨法實驗里清水變色的主要因素.用吸墨法做“溫度對擴散的影響”實驗，其實驗原理科學、正確，現象明顯.

3 演示實驗的改進和自制教具的規律小結

演示實驗的改進可以從以下四方面入手：（1）尋求替代，用新器材玩具代替舊的實驗儀器，提高演示效果；（2）改進實驗思想，改變演示實驗的呈現方式，增加實驗的趣味性；（3）根據需求增設新實驗，突破教學難點；（4）羅列舊實驗舊儀器的缺點，尋求改進的方案，呈現最佳演示方案.

合理改進、活用自制教具可以使教師用新實驗來更好地說明一些抽象的物理規律，疑難的知識點，有效地創設問題情景，使物理實驗與教學實際更緊密地結合，使實驗現象更加明顯，從而使老師教得更輕松；同時又增強了實驗的趣味性、直觀性、形象性和科學性，使學生學得更有勁.