改進物理實驗器材　拓寬學生猜想空間

楊柳青　邢長福

摘? 要 在初中物理教學中，物理實驗能夠幫助學生有效掌握物理知識，培養學生的科學素質。但一直以來，初中物理實驗教學受限于教材，教師按部就班地帶領學生進行實驗操作。初中物理實驗需要大膽創新，改進實驗器材，從而不斷拓寬學生的猜想空間，提高物理教學質量。

關鍵詞 初中物理;實驗器材;創新意識

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）15-0043-03

1 前言

物理是一門由“物”及“理”的學科，實驗是初中物理教學的基礎，很多物理知識的獲得都來自實驗的觀察和實踐。但是一直以來，初中物理實驗教學采用的都是一種照本宣科的教學方式，對學生的創新意識培養造成不利影響。教師應帶領學生不斷對傳統實驗器材做出改進，從而拓寬學生的猜想空間，培養學生的創新意識。

2 初中物理改進實驗器材、拓寬學生猜想空間的方法

用簡易器材裝置直觀演示實驗現象? 現代科學技術的進步，促進了教學儀器工業的發展，并使得越來越多的新型儀器、成套儀器、高檔精密儀器走進初中物理實驗課堂。這不僅極大地改善了物理實驗教學條件，也更好地滿足了學生的物理實驗學習需要。但是由于很多實驗儀器比較昂貴，大部分學校無法多臺購進，因此，實驗教學成為教師一人操作的課堂。此外，整齊劃一的實驗儀器還很容易限制學生的個性發展，影響學生想象力的激發。教師應對傳統的實驗器材做出改進，促使實驗器材向簡易化的方向發展，從而更加直觀地展示實驗現象，這對學生猜想空間的拓寬是有一定幫助的[1]。

如購買一臺洛倫磁力演示儀需要幾百元錢，而利用一個大燒杯、一只永磁體、一臺學生電源，在燒杯中裝入硫酸銅溶液，將電極插入，燒杯的上部放上磁鐵，這樣在電源接通后，就可以發現溶液之中形成環流;然后只需通過觀察溶液上的泡沫運動，就可以說明左手定則。這樣的實驗器材改進方式，不僅省去了高昂的儀器購買費用，而且激發了學生的創新思維，拓寬了學生的猜想空間，對學生的物理學習有諸多益處。

用新產品改進、優化物理實驗? 物理作為學生在初中階段學習的一門重要學科，新課程標準明確提出“物理演示實驗要貼近現代生活，反映現代科學技術發展，激發學生物理學習興趣，啟迪學生的智慧思維”。因此，教師在帶領學生進行實驗儀器改進時，應多關注新興物理材料、物理產品，從而用新材料和新產品改進傳統物理實驗，這樣不僅可以更好地幫助學生加深對現代物理技術的認識，而且有助于學生猜想空間的拓寬。

發光二極管是一種常見的半導體發光器件，它與普通二極管一樣具有單向導電性，卻比傳統發光原件體積更小，工作電流、電壓更低，發光更加穩定。因此，在初中物理實驗教學中，教師若是可以使用發光二極管替代普通發光原件，從而進行實驗儀器裝置改進，往往可以實現更好的教學效果。如把兩只顏色不同、方向相反的發光二極管串聯在電路之中，并將其代替傳統發光原件檢流計，這樣就可以更好地用其演示電磁感應現象。由于發光二極管比傳統發光原件響應速度快，因此得到的實驗效果會更加理想，不僅優化了初中物理實驗教學，還在很大程度上拓展了學生的猜想空間。

實驗儀器一物多用，激發創新精神? 初中物理實驗教學要培養學生舉一反三、一物多用的能力，因此，教師在帶領學生進行實驗器材改進時，可以進一步擴大傳統實驗器材的用途，從而使陳舊的教學儀器發揮出新的作用。這將會為教學注入更多的生機活力，并促使學生的創新精神得到激發。如在熱機的原理實驗裝置實驗中，特級教師宋維軍老師就曾帶領學生進行實驗操作改進：使用生活中常見的廢舊易拉罐作為實驗器材，把易拉罐密封，找一個適當位置打一個小孔，通過小孔用注射器向易拉罐中注入少量的水;在小孔的上方固定一個小葉輪;將易拉罐放在酒精燈上加熱，當產生水蒸氣時，借助蒸汽的噴射力量，小葉輪就會飛速旋轉。這樣的實驗改進方式極大地拓寬了學生的猜想空間。

改進實驗器材，不同角度演示物理實驗? 在初中物理實驗教學中，教師應該帶領學生從不同角度、不同側面去觀察物理現象的本質特征，從而加深對物理知識的認識體會。因此，教師在帶領學生改進物理實驗儀器時，應確保改進的實驗儀器裝置可以從不同角度演示物理實驗，這是物理實驗教學優化創新的重要體現。如在講解“受熱碰撞”方面的物理原理時，教師對實驗器材做出改進，嘗試用固體、液體、氣體等不同材料去對熱脹冷縮的現象做出說明，這樣可以幫助學生更加全面地認識理解知識，從而拓寬學生的猜想空間。

需要注意的是，多角度實驗演示的實驗器材改進，并不是機械重復、無效重復的實驗，教師每一次的實驗儀器材料改進，都應該確保為學生提供一個新的信息，確保學生在原有認知的基礎上增添新的知識內容理解[2]。如在“布朗運動”實驗教學演示中，筆者就從教學目標要求出發，通過對原有實驗器材的改進，綜合運用三種實驗教學手段說明布朗運動機理，得出“布朗顆粒不停做無規則運動”這一結論，從而使學生對實驗原理產生更加深刻的理解。

3 初中物理改進實驗器材、拓寬學生想象空間的案例

觀察“水沸騰實驗”的改進? “水沸騰實驗”是學生初步接觸物理知識時學習的一個很基礎的物理實驗。以往帶領學生觀察“水沸騰實驗”時，一般是按照教材實驗操作要求按部就班地進行，經過幾年的教學實踐發現，教材中提出的實驗方法存在一定缺陷，需要進一步對實驗儀器做出改進。

1）原實驗缺陷。原實驗使用大燒杯盛水，用酒精燈隔著石棉網加熱，若要使水達到沸騰的狀態，需要很長的時間。雖然可以直接用熱水加熱，以縮短實驗操作時間，但是一旦水溫達到95 ℃，上升就會變慢;若將實驗中使用的水量減少，氣泡現象又變得不明顯。此外，在撤去酒精燈時，由于石棉網還有一定的余熱，學生會發現燒杯中的水不會立刻停止沸騰，導致他們產生誤解 [3]。由此可以看出，教材中的原實驗方法不但操作時間較長，實驗現象還不夠明顯，因此有必要對實驗儀器及方法進行改進。

2）實驗儀器改進方法。將大燒杯換成4 cm的大試管，并在其中裝入25 ml左右的冷水，然后將溫度計置于其中，并用酒精燈進行加熱;每隔30 s進行一次數據記錄，這樣就可以在10 min內完成整個實驗操作。具體實驗儀器改進裝置如圖1所示。

通過這樣的實驗裝置改進，會觀察到這樣的實驗現象：水在沸騰前氣泡小而少，且在氣泡上升過程中，氣泡的下部比上部要大一些;而在水達到沸騰時，氣泡多并且大，氣泡上升時，氣泡下部比上部要小一些;將酒精燈撤走時，試管中的水會立刻停止沸騰。與傳統實驗相比，經過改進的實驗效果更佳，可以更好地闡釋液體的沸騰現象。學生不僅會對物態知識有更加深刻的認識，也可以迸發創新精神，思維猜想空間不斷拓寬，從而推動物理學習發展。

探究“安培力實驗”的改進? 猜想是人們根據經驗材料和已知事實對未知事物做出的推測性說明。對于初中學生而言，猜想能力的培養可以更好地幫助他們加深物理知識探索，促使他們在猜想與質疑的過程中向真理靠近。因此，在初中物理實驗教學中幫助學生不斷拓寬猜想空間十分重要。筆者曾結合“安培力實驗”，通過改進實驗儀器，培養學生的猜想能力。

第一次實驗儀器改進時，準備長度為5.8 cm的軌道、寬度為3.5 cm的U形磁鐵、長度為8 cm的鋁棒、0～20 Ω

的滑動變阻器、1.5 V的干電池，電路電流控制在0～0.6 A

之間。實驗的目的是判斷安培力的大小，可以為學生提供這樣的猜想途徑和空間：是否可以通過滑動變阻器來改變電流的大小，從而對安培力的大小做出判斷？在這一提示下，學生做出如圖2所示的實驗儀器改進。但是通過實驗操作發現，由于金屬棒和軌道之間具有一定的摩擦力，因此在啟動金屬棒時必須要用手推動，這樣就很難觀察到金屬棒啟動的快慢。此外，由于該實驗裝置中只放置了一塊磁鐵，因此很難判斷安培力與磁場中金屬棒之間的有效長度關系。這一實驗器材改進還存在一定問題，需要進一步做出改進。

第二次實驗儀器改進時，整體實驗原理與第一次相同，但是添加了一些實驗裝置，如學生動手制作了一個邊長為11 cm、匝數為50匝的矩形線圈，準備了四節干電池（1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V）、兩塊U形磁鐵（每塊磁鐵的寬度為3.5 cm），具體的實驗儀器改進裝置如圖3所示。

這次實驗儀器裝置改進提供了不同的電源，在探究電流與安培力關系時，學生也不再單純依靠滑動變阻器改變電流大小對安培力作判斷，也可以使線圈的邊長不斷增大，可以在其中放置兩塊磁鐵，從而使實驗觀察的猜想空間加大。這樣的實驗儀器裝置改進教學很好地發揮了學生的主體作用，有助于學生物理實驗猜想空間進一步拓寬。

4 結語

實驗教學是初中物理教學的重要組成部分。現行的初中物理教材中擁有大量的實驗，但是從近幾年的教學實踐看，還存在不少問題，一定程度上影響了教學效果。新時代的初中物理教師應該具有大膽革新的精神，通過改進物理實驗器材，優化物理實驗教學，進而幫助學生拓寬猜想空間，提高物理教學質量。

參考文獻

[1]張中慧，孟智繁.改進物理實驗教學的實踐與探索[J].中國教育技術裝備，2018（11）：123-124.

[2]鄧秋艷.初中物理演示實驗的創新探究和應用[D].長沙：湖南大學，2018.

[3]金宗濤，付濤.初中物理實驗多視角選擇器材研究[J].中國教育技術裝備，2017（19）：135-136.