設計型實驗教學實例

李 燕

(雅安職業技術學院機電系　四川 雅安　625000)

設計型實驗不同于傳統的實驗，它沒有固定的操作模式．物理設計型實驗是指運用基本儀器，根據題目的要求進行實驗設計，自主地探索問題，創造性地解決問題，為培養學生創造能力打下基礎．設計型實驗一般分為：簡單再應用型、半開放型和全開放型．所謂簡單再應用型是根據學生已有的知識水平和能力水平設計的，主要有一題多解法和一物多用法等．半開放型即有條件型，可分為規定實驗器材法(實驗方法自選)和規定實驗方法(實驗器材自選)．全開放型即是實驗方法和實驗儀器皆為學生自選．以下是幾種設計型實驗的課堂教學實例.

1　簡單再應用型實驗

教師在實驗教學中一定要鼓勵學生用一些極其簡易的器材來做物理實驗，除了從就地取材和化廢為寶經濟角度出發，更考慮到簡易器材有利于放手讓學生課外自已動手操作，所以大凡有經驗的物理教育工作者都認為，小實驗能揭示深奧的大道理．例如同學們利用一根筷子提出了如下多個實驗方案.

(1)兩手握住筷子兩端相對用力掰，發現筷子受力變彎曲發生形變，且用力越大形變越明顯．此實驗說明力的效果是：力越大，形變越大，作用效果越明顯．

(2)先把筷子放在水平桌面上，再把一本書放在筷子上，然后用一只手壓住書，用另一只手抽動書下的筷子．發現當增大手的壓力時，抽動筷子的力也會隨之增大．此實驗說明在其他條件不變時，滑動摩擦力的大小隨壓力的變化而變化．

(3)在一玻璃瓶中裝滿米，然后把筷子插入中間后把米壓緊，再往杯子里注入少量水后拿起筷子就可以把玻璃杯提起來了．此實驗說明由于筷子和大米之間有靜摩擦力的作用所以玻璃杯不會掉下來．

(4)用手指頭可平穩地支起筷子，通過這樣一個簡單實驗可找到筷子與手指頭接觸的部位就是筷子的重心的重力線所在．

(5)同時把一根木質筷子和一根金屬筷子的一端插入盛有熱水的容器中，用手感覺到金屬筷子的另一端較快發燙，而木質的另一端并不感覺到燙，此實驗說明金屬是熱的良導體，而木質是熱的不良導體．

(6)把筷子的一端緊貼耳朵，用手輕敲筷子另一端，人耳將聽到較大的敲打聲，此實驗說明固體可以較好地傳播聲音．

(7)在陽光下，把筷子直立后可看到在地面上會出現筷子的影子，此實驗說明光在空氣中沿直線傳播．

(8)把筷子插入一盛有水的容器中，會看到筷子浸沒在水中部分好象向上偏折，此實驗說明光在不同介質中傳播時在兩介質的界面處會發生折射現象．

(9)把電池、小燈泡用導線連接起來，再依次把一金屬筷子和一木質筷子接入電路，可看到把金屬筷子接入電路中時小燈泡亮，而把木質筷子接入電路中時小燈泡不亮，此實驗說明金屬是導體，而木質是絕緣體．

2　半開放型實驗

從表1中選出適當的實驗器材，設計一電路來測量電流表A1的內阻r1，要求方法簡捷，有盡可能的測量精度，并能測得多組數據．

(1)畫出電路圖．

(2)若選擇測量數據中的一組來計算r1，則所用的表達式為r1=______．

(3)式中各符號的意義是：________________．

表1　實驗器材

教學過程如下：

組織學生通過討論提出實驗方案.學生提出方案：方案一——用伏安法測電阻，電路圖如圖1所示．

圖1　方案一電路圖

老師提示：已知電流表A1量程為10 mA，內阻約40 Ω，電流表滿偏時電壓約0.4 V，而電壓表量程為10 V，如果按如圖1所示連接，電壓表指針幾乎不動，此時該如何改進連接方法？

圖2　方案二電路圖

3　全開放型型實驗

如圖3所示，一光源位于金屬筒內軸線上的a點，與筒B端的距離是d，請自行設計一實驗測出距離d．(實驗儀器自選，實驗方法自定)

圖3　設計實驗測量光源與筒B端距離d

教學過程如下：

組織學生通過討論提出實驗方案.學生提出方案如下.

方案一：用一凸透鏡(焦距已知)、一光屏、一直尺，以光源為物，通過透鏡成像，用尺子量出像距，然后利用透鏡成像公式計算出物距，物距減去筒口到透鏡的距離即是所求d．

方案二：用一凸透鏡(焦距未知)、一光屏、一直尺，利用光路的可逆性，可測出光源的位置．如圖4所示：把凸透鏡放到圓筒B端一側，調節凸透鏡位置使其主光軸與圓筒的軸線平行，調節光屏的位置，使屏上出現清晰的像后將其固定．然后調節透鏡位置，當屏上第二次出現清晰的像時測量出像距，根據光路的可逆性，第一次成像的物距等于第二次成像的像距，由圖知：d=U-d′=V′-d′．

圖4

然后組織學生討論和分析各個實驗方案科學性、可行性，是后得出方案二更適用，故確定用方案二．

設計出方案二的實驗步驟如下：

(1)估測凸透鏡的焦距(可用太陽光或手電筒光找焦點法)；

(2)讓圓筒的軸線與凸透鏡的主光軸重合，把光屏移到透鏡二倍焦距以外某點并固定；

(3)移動透鏡的位置直到光屏上出現清晰的像，用直尺測量出圓筒B端到透鏡的距離d′．然后繼續移動透鏡，直到光屏上再次出現清晰的像為止，用直尺測量出此時的像距V′；

(4)則d=U-d′=V′-d′，多測幾次求平均值．

作為一名物理教師，深切地體會到物理教育不能把傳授知識作為唯一的目的，而應更注重學生能力的培養，通過設計型實驗可培養學生的創造性思維和能力，所以在教學中教師首先應具備創造性的教學風格，在教學中變 “我做你看”為“自我探究”．