淺談初中物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

熊劍敏

物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新必須以更好培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)和最終歸宿，即不僅要有利于學(xué)生觀察、動手以及科學(xué)探究能力的提高，更要能有效促進(jìn)其創(chuàng)新思維的發(fā)展和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方向可以是：操作更為簡單、方便 ，或現(xiàn)象更為明顯直觀，或能減小實(shí)驗(yàn)誤差，便于學(xué)生理解、分析實(shí)驗(yàn)過程，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)效。筆者作為一線教師，對滬科版初中物理教材中若干實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新進(jìn)行過長期思考，并付諸實(shí)踐，事實(shí)證明取得了不錯的效果。本文主要對初中物理中三個典型實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新進(jìn)行了探討，希望對相關(guān)教育工作者有所啟發(fā)，并引發(fā)大家進(jìn)一步探索的興趣。

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，作為物理教學(xué)的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)歷來備受一線教師重視。隨著近幾年新課標(biāo)理念的持續(xù)深入落實(shí)，物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新也日漸成為老師提高教學(xué)效果的重要手段。物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新必須以更好培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)和最終歸宿，要有利于學(xué)生觀察、動手以及科學(xué)探究能力的提高，能有效促進(jìn)其創(chuàng)新思維的發(fā)展和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。具體到實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為：要求操作更為簡單，或現(xiàn)象更為明顯，或能進(jìn)一步減小實(shí)驗(yàn)誤差、提高實(shí)驗(yàn)效果。以下，筆者擬結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，對若干初中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新作一些簡要探討，希望對相關(guān)教育工作者有所啟發(fā)。

1 摩擦起電實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

通常關(guān)于摩擦起電的實(shí)驗(yàn)，使用被毛皮摩擦過的橡膠棒或被絲綢摩擦過的玻璃棒靠近碎紙屑，紙屑由于受到電荷的吸引力而“飛”向帶電體，通過此種現(xiàn)象來驗(yàn)證物體經(jīng)過摩擦而帶了電荷，進(jìn)而探究電荷的正負(fù)問題。實(shí)驗(yàn)簡單又經(jīng)典，有利于學(xué)生通過探究獲致結(jié)論。不過，由于紙屑細(xì)小，飛向帶電體的時間很短，很多時候只是一眨眼的工夫，再加上有時候由于天氣原因，絲綢或毛皮潮濕，摩擦后的玻璃棒或橡膠棒所帶的電量少，被吸起的紙屑也很少，這經(jīng)常導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的觀察時間短，現(xiàn)象不明顯，不易使學(xué)生印象深刻，如果前幾次實(shí)驗(yàn)失敗的話還容易導(dǎo)致學(xué)生失去信心或者產(chǎn)生某種程度上的疑惑，不利于知識的順利掌握。

針對這一情況，筆者經(jīng)過思考和實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，實(shí)際上我們可以用一種更簡單和更高效的方式達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)效果，即拿一把梳過頭的塑料梳子（也可用紙巾摩擦后的塑料吸管）靠近撕碎的餐巾紙。其優(yōu)點(diǎn)就在于，被撕碎的餐巾紙體積大、可視性高，而且接近梳子時會被成串的吸起來（如圖1），這樣就既能很好的保證實(shí)驗(yàn)成功率，又輕松達(dá)成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的效果，從而給學(xué)生留下比較深刻的印象，利于其通過實(shí)驗(yàn)探究更好的掌握相關(guān)知識。

在探究電荷間的相互作用時，也可以用兩根塑料吸管來完成，先將吸管A用紙巾摩擦后通過針尖插在支架上（如圖2），吸管能繞針自由旋轉(zhuǎn)，用另一根紙巾摩擦過的吸管B靠近吸管A，兩吸管相互排斥現(xiàn)象非常明顯，這個實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，讓學(xué)生更加直觀地觀察到紙巾摩擦后的吸管不僅帶電了，而且發(fā)現(xiàn)同種電荷相互排斥的物理原理。這些實(shí)驗(yàn)器材都是生活中常用的工具，符合取材容易、貼近生活的原則。

2 研究平面鏡成像特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

探究平面鏡成像規(guī)律歷來是初中物理中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，同時也是難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，其難點(diǎn)在于物體在平面鏡中所成虛像的位置的確定。該實(shí)驗(yàn)通常是用玻璃板代替平面鏡，確定虛像的位置是通過所謂“重合法”（如圖3所示），但這方法雖然解決了“確定像的位置”問題，卻也存在若干不足之處：

1、即使在較暗的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作像的重合也難度較大。因?yàn)橄灎TA點(diǎn)燃后會通過玻璃板的前后表面分別成像，容易出現(xiàn)“重影”，而蠟燭成像時火焰亮度很大，蠟燭自身成像的亮度則偏小，這往往會給視覺辨別上帶來較大困難;2、我們在觀察蠟燭B與蠟燭A的虛像重合時，由于光的折射因素的影響，觀察到的蠟燭B其實(shí)也是它的虛像，而且發(fā)生了少許偏移，因此在探究物距和像距的關(guān)系時，存在系統(tǒng)誤差;3、我們知道，蠟燭A在玻璃板上的成像是由于光的反射現(xiàn)象，從蠟燭A這一側(cè)看到蠟燭則是由于光的折射現(xiàn)象，也就是說，該實(shí)驗(yàn)過程中要綜合用到光的反射和折射知識，這對學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理和熟練實(shí)驗(yàn)操作均提出較高要求;4、確定物和像的位置時，由于蠟燭的底部不是一個點(diǎn)，而是一個不特別規(guī)則的圓形，所以在白紙上很難做到準(zhǔn)確定位。

針對以上問題，筆者認(rèn)為可利用兩個同樣規(guī)格的量筒A和B以及一個面積不大的平面鏡來進(jìn)行改進(jìn)（要求量筒的高度高過平面鏡豎立時的高度。寬度小于平面鏡寬度，如圖4所示），把實(shí)驗(yàn)用的白紙換成坐標(biāo)紙，具體操作如下：

第一步：在坐標(biāo)紙上選一條線，確定平面鏡的放置位置;

第二步：在平面鏡前放置一個量筒A，（盡可能讓量筒的底座中心在坐標(biāo)紙的交點(diǎn)處）觀察它的像是在鏡前還是鏡后;將另一量筒B置于平面鏡后，通過移動其位置，使其未被平面鏡遮住的部分與A在鏡中成的像“拼合”成一個“完整的量筒”（細(xì)節(jié)處體現(xiàn)在刻度無間斷、無重合連接），以此來驗(yàn)證瓶B的位置即為瓶A的像的位置;

第三步：采取多個觀察角度，均可觀察到瓶量筒A在鏡中的像與量筒B未被鏡遮住的部分組成的“完整量筒”，以此來驗(yàn)證平面鏡所成物像與物體大小相等。

第四步：設(shè)法用刻度尺分別測量量筒A和量筒B到平面鏡的距離，以此來探究物距與相距的關(guān)系（測量距離可采取此方式：用鉛筆分別描下量筒A、B底座兩個圓，找到兩個直徑的交點(diǎn)，即為圓心，然后在紙上連線進(jìn)行測量）。

第五步：改變瓶A的位置，多次試驗(yàn)，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

顯然，通過上述的步驟及解析不難看出，此改進(jìn)方案可在明亮的環(huán)境中實(shí)施，大大減弱了重影現(xiàn)象的干擾，不僅能更容易和更準(zhǔn)確的確定虛像的位置，也消除了原實(shí)驗(yàn)方案中由于光的折射而帶來的實(shí)驗(yàn)誤差。同時，此方案只包含光的反射知識，不設(shè)計(jì)光的折射知識，思路和方法上更簡明清晰，便于學(xué)生理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，從而更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?h3>3 電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)探究實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

探究電流產(chǎn)生的熱量是否與電阻大小有關(guān)的環(huán)節(jié)中，教材中實(shí)驗(yàn)器材選取兩個阻值不同的電阻絲，兩個裝有初溫和質(zhì)量都相等煤油的玻璃瓶（如圖5），通電一段時間后，記錄兩瓶中溫度計(jì)的示數(shù)進(jìn)行比較進(jìn)而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。此實(shí)驗(yàn)最大的問題就是實(shí)驗(yàn)時間過長，溫度差異不明顯。

第一次改進(jìn)：將瓶中的煤油去掉，改成通過電阻絲直接對瓶中的空氣加熱（如圖6），發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)示數(shù)變化比原來明顯，對比也非常鮮明，改用小瓶子代替大瓶子做實(shí)驗(yàn)，由于被加熱的空氣更少了，發(fā)現(xiàn)溫度上升更加迅速。效果更顯著。

第二次改進(jìn)：溫度計(jì)示數(shù)的變化差異學(xué)生觀察起來，還是有些不方便，為了更加直觀地感受并比較電流產(chǎn)生的熱量多少，用U形管內(nèi)裝有顏色的液體，電阻通電后，周圍空氣受熱膨脹推動液柱使其上升（如圖7），且電流產(chǎn)生的熱量越多，空氣膨脹越明顯，導(dǎo)致另一側(cè)玻璃管中的液面會上升得越高，學(xué)生只需要觀察比較兩玻璃管中液面的高低就能判斷哪個容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多;而且用電阻代替電阻絲做實(shí)驗(yàn)，也使實(shí)驗(yàn)更加簡單，易操

綜上所述，筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，就初中物理中的幾個典型實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新提出了一些個人看法，即摩擦起電實(shí)驗(yàn)、研究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)以及電流產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，當(dāng)然還有很多實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)客觀情況進(jìn)行一定程度的改進(jìn)與創(chuàng)新，這就需要我們一線教師在遵循實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新原則的前提下積極探索，深入思考并善于總結(jié)，希望能找到更多更好的、切合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思路及方法，從而在教學(xué)實(shí)踐中更有效的促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。本文拋磚引玉，尚盼有識者指教。

（作者單位：福州第三十二中學(xué)）