劉昌鳴

摘 要：本文闡述跳出改進實驗的俗套，創(chuàng)新物理實驗改進的途徑，從實驗思想、實驗方法、實驗?zāi)康娜ジ倪M實驗.

關(guān)鍵詞：物理實驗；改進；實驗現(xiàn)象

物理是一門以觀察和實驗為主的學(xué)科，教師的“教”要得心應(yīng)手，學(xué)生的“學(xué)”能心服口服，實驗是重要手段.在初中階段根據(jù)學(xué)生對實驗的好奇心、認知能力的特點，積極開展物理實驗教學(xué)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的信息收集和整理等基本技能，而且可以培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、動手能力.而實驗的不斷創(chuàng)新和改進，使教師的教學(xué)達到了事半功倍的效果.反之，教學(xué)乏力，學(xué)生厭學(xué).縱觀初中物理的實驗，有的過于平凡，激發(fā)不出學(xué)生的興趣，如“乒乓球放入水里顯示其受浮力的實驗”；有的過于深奧，如“氣體對外做功，水蒸氣的內(nèi)能減少的實驗”，這樣也不能調(diào)動學(xué)生的積極性，誘發(fā)不出學(xué)生的潛能.俗話說：“跳一跳能摘到桃子才好”.所以，實驗的改進與創(chuàng)新大有裨益.而現(xiàn)行有的實驗改進，不外乎從可視效果、方便操作、因陋就簡方面入手，這大大地束縛教師的手腳.實驗的思路不開闊，方法不對路，作品就上不了檔次，效果就不好.要改變這種局面，教師除了要加強學(xué)習(xí)，深入研究，更重要的是跳出改進實驗的俗套和樊籠，敢于叛精離道，才會產(chǎn)生創(chuàng)新的點子，制作出有新意的作品.

一、實驗思想的改進

全日制九年義務(wù)教育《物理課程標準》（2011年版）中課程基本理念關(guān)于驗證性、演示類和探究性實驗都作這樣的描述：關(guān)于實驗請你做出猜想，然后用已有的儀器或身邊的物品進行實驗，驗證（或否定）你的猜想.從實驗思想上改進入手，利用一些簡單器材，使實驗現(xiàn)象明顯，可視度大，甚至在實驗中產(chǎn)生良好的聽覺效果，學(xué)生才容易記住，增強對課本知識的理解.例如“探究重力勢能大小與哪些因素有關(guān)”的實驗，以下是“人教版”八年級物理教學(xué)中一些設(shè)計：

案例1 在一個透明的玻璃容器內(nèi)裝上沙子，如圖1所示.實驗一：用一個鋼球先后從不同高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度（圖1甲）；實驗二：用大小相同質(zhì)量不等的鋼球、玻璃球從同一高度釋放，觀察兩球落在沙子中的深度（圖1乙）.

現(xiàn)象 在實驗一中，鋼球的釋放高度越大，落在沙子中的深度越大；在實驗二中，質(zhì)量大的鋼球落在沙子中的深度大.

結(jié)論 重力勢能跟物體的質(zhì)量和高度都有關(guān)系，且物體的質(zhì)量越大，高度越大，重力勢能就越大.

事實 曾用細沙子、面粉都做了此實驗，結(jié)果都不理想.原因是這兩種物品的阻力大，鋼球掉在沙子、面粉里的較淺，學(xué)生無法從正面和側(cè)面看到，教師只能從上面俯視才可比較.由于整個教室里面的學(xué)生根本看不到，實驗的可視度就差，加上面粉還會濺出，污染環(huán)境，故此實驗的效果要打上大大的折扣；于是有人進行如下兩種的改進：

改進（一）如圖2所示

（1）重力勢能的大小無法直接觀察到，所以采用轉(zhuǎn)換法，通過觀察方桌陷入沙中的深淺來判斷重力勢能的大?。?/p>

（2）由實驗可知，圖2甲、乙中物體的質(zhì)量相同，但是從不同高度落下，結(jié)論：物體的質(zhì)量相同時，高度越大，具有重力勢能越大.

（3）由實驗可知，圖2乙、丙中物體的質(zhì)量不同，但是從相同高度落下，結(jié)論：物體的高度相同時，質(zhì)量越大，具有重力勢能越大.

問題 真正這樣去實驗，讓物塊砸中小方桌的正中難以控制.砸歪了方桌傾倒陷下去的深淺無法比較.即使砸中了有現(xiàn)象但不夠刺激，學(xué)生無法從聽覺和視覺同時感受到.

改進（二） 如圖3所示，用物塊砸插入沙子中相同深度的木樁.

（1）該實驗是通過比較木樁陷入沙中的深淺來判斷重力勢能的大小.

（2）由圖3實驗可知：物體的高度相同時，質(zhì)量越大，具有重力勢能越大；物體的質(zhì)量相同時，高度越大，具有重力勢能越大.

問題 小物塊砸中木樁比圖2砸方桌更難，此實驗原理的題目可用作學(xué)生練習(xí)或考試.

改進（三） 用雙球、雙軌道進行實驗.如圖4所示.

（1）用做功的大小判斷勢能大小代替用破壞力大小判定重力勢能大小.

（2）學(xué)生可觀察到質(zhì)量不同的兩個小球從同一高度同時下滾，碰撞相同木塊，移動的距離不同.

（3）學(xué)生可觀察到質(zhì)量相同的兩個小球從不同高度同時下滾，碰撞相同木塊，移動的距離不同.

問題 前面探究動能的大小也是這樣做，只不過是單軌而已，重復(fù)后對學(xué)生的吸引力差了，激發(fā)不出學(xué)生的興趣，實驗還要涉及做功和能量轉(zhuǎn)化的知識.

改進（四） 由于課本對能量是這樣說：“一個物體能夠做功，我們就說它具有能量.” 而對功是這樣描述：“物體在力的作用下，沿力的方向上通過了一段距離，這力就對物體做了功.”所以，從物體下落時的破壞力來判斷它的勢能大小.如圖5所示，是對上述實驗的改進.

取兩個透明的塑料桶，用橡皮筋把白紙扎緊桶口.（1）將體積相同、質(zhì)量不等的塑料球和鐵球分別從同一高度釋放，鐵球砸穿白紙掉入桶中產(chǎn)生“噗”和“嗵”的兩下響聲，塑料球落在塑料桶口的白紙上（圖5甲、乙）；（2）再將塑料球舉高些釋放，塑料球也可將白紙砸穿落入桶中并產(chǎn)生“噗”和“嘭”的聲音（圖5丙、?。?

評估

該實驗裝置簡單，能直觀地顯示物體重力勢能與物體質(zhì)量和高度有關(guān).

實驗的現(xiàn)象明顯，可視度大，效果非常理想，學(xué)生反映非常強烈.

二、實驗方法的改進

管理學(xué)的二八定律告訴我們20%叫關(guān)鍵因素.做事情時把20%的關(guān)鍵點抓住了，也許你的工作就事半功倍.實驗方法既具有普遍性又具有特殊性，方法是技巧的樞紐和抓手.教師要打破思維定式，敢于質(zhì)疑，不要盲從權(quán)威，跳出實驗設(shè)計的俗套.在注重提高實驗的安全性、可靠性的同時，從實驗方法上有所創(chuàng)新，極其簡單的方法，實驗的操作、過程和現(xiàn)象都很新穎，給學(xué)生啟發(fā)或啟迪，學(xué)生課后會模仿老師開展一些力所能及的實驗，大大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.如“密度與溫度的實驗”.物質(zhì)的密度與溫度有關(guān)，大多數(shù)物質(zhì)在溫度升高時，體積膨脹，密度變??；在溫度降低時，體積縮小，密度變大，即熱脹冷縮.為了揭示這一物理規(guī)律， “人教版”教材設(shè)計了這樣一個實驗：endprint

案例2 在室溫下吹鼓兩個氣球，分別把它們放在冰箱的冷藏室和爐火附近，過一會兒，你會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？

筆者發(fā)現(xiàn)：把氣球放在爐火旁和冰箱冷藏室?guī)缀蹩床怀鍪裁醋兓?，且不便于課堂演示.

改進（一） 有的教材是用“風(fēng)的形成實驗箱”進行實驗方法的改進.實驗中用蠟燭作熱源，目的是形成溫差，讓空氣流動形成風(fēng).但實驗效果也不夠理想，而且有的學(xué)校沒有這一實驗儀器.

改進（二） （1）用一個大塑料瓶，如高橙、雪碧等去底去蓋，再在側(cè)壁用小刀挖一小洞.將一個小塑料瓶，如娃哈哈等去底，瓶口卡進側(cè)壁洞口，并用橡皮泥封嚴.以上材料也可用玻璃小瓶、如口服液瓶、眼藥瓶等代替（如圖6）.

（2）用上述裝置罩在燃燒的蠟燭上，瓶口正對著火苗，可清晰地看到火苗向一定方向飄動，如圖6所示.說明這時在瓶內(nèi)外形成了溫差即形成了風(fēng).如果再在小瓶底口處點燃蚊香也可看到煙流向大瓶內(nèi).轉(zhuǎn)動大瓶，火苗也隨著改變飄動的方向.

評價 改進（二）比改進（一）好，但是可視度低些，學(xué)生興趣不大.

改進（三） 我自制“孔明燈”來改進此實驗（如圖7甲、乙所示），效果很好.具體操作如下：

酒精燈2盞，黑色塑料袋、打火機、訂書機各1個，實驗時先在塑料袋口邊緣訂一圈訂書針（增加塑料袋的重量并降低重心），再將酒精燈點燃，手把塑料袋撐開罩在酒精燈上方，過一會兒塑料袋中的空氣變成熱空氣，松開雙手，塑料袋就會慢慢升起來.

三、實驗?zāi)康牡母倪M

教育的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生具備一定的思維和能力而終生受益；讀書的目的不是求異而是為了求同；實驗的目的是為了使學(xué)生理解物理原理與規(guī)律.在常規(guī)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過實驗?zāi)康牡母倪M，來增強課堂實驗的趣味性，更加吸引學(xué)生的注意力，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和學(xué)習(xí)的積極性.

案例3 例在探究“流體流速與壓強”的關(guān)系時，教材設(shè)計了這樣幾個實驗：①硬幣跳高；②向兩平行放置的紙中間吹氣；③將乒乓球壓入漏斗內(nèi)，用嘴向漏斗細口吹氣.

實際情況 實驗①肺活量不夠的人很難吹成功；實驗②學(xué)生不能理解兩平行的紙里外壓強的關(guān)系；實驗③由于漏斗嘴吹之前要消毒，課堂上不能重復(fù)實驗.

采用改進方法

（1）電吹風(fēng)吹平衡杠桿一端流線體的實驗

操作方法 先將杠桿的中點支起來并調(diào)節(jié)使其在水平位置平衡（如圖8甲所示），然后在左邊掛上一機翼模型，然后在杠桿的右端適當(dāng)?shù)奈恢脪焐蠋讉€鉤碼，使杠桿重新在水平位置平衡.這時候，用電吹風(fēng)對著機翼模型吹風(fēng)，很快機翼模型向上升起，杠桿向掛鉤碼的那端傾斜（如圖8乙所示）.同樣，將機翼模型反轉(zhuǎn)過來（相當(dāng)于汽車的導(dǎo)流板）掛在杠桿上，另一端掛鉤碼平衡后（如圖9甲所示）.用電吹風(fēng)對著機翼模型吹風(fēng)，很快機翼模型向下降，杠桿掛鉤碼的那端翹起（如圖9乙所示）.顯然，實驗揭示了“流體流速越大，壓強就越小”的規(guī)律，機翼產(chǎn)生向上的升力，汽車導(dǎo)流板產(chǎn)生向下的壓力.

創(chuàng)新之處 平衡杠桿的失衡顯示飛機的機翼和汽車的導(dǎo)流板氣流的作用下分別產(chǎn)生了升力和向下的壓力——實驗的趣味性增強；這套裝置結(jié)構(gòu)簡單，很好操作.

（2）電吹風(fēng)吹乒乓球的實驗

操作方法：先將電吹風(fēng)的低檔風(fēng)速打開，讓風(fēng)口朝上，再將乒乓球小心翼翼的放在風(fēng)口上面一些，直至乒乓球懸浮在風(fēng)口上方（如圖10所示）.實驗表明“流體流速越大，壓強越小”.改進之處：這個實驗比“用嘴吹漏斗中的乒乓球”容易操作，可視度大，趣味性更強.學(xué)生回家后可重復(fù)演示并深入觀察和研究規(guī)律.

四、后記

初中物理教學(xué)中對實驗改進的原則：一是“直觀”.讓學(xué)生能從演示實驗中直接觀察到物理過程，認識物理現(xiàn)象本質(zhì)，避免拐彎抹角；二是“明顯”.實驗現(xiàn)象、實驗過程要顯著；三是“簡單”.演示器材盡量少，結(jié)構(gòu)盡量簡單，操作盡量簡便，不必過分追求儀器的精密、先進和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜；四是“可靠”.確保演示實驗一次成功.只要在物理教學(xué)中通過對實驗的不斷探究、改進和實踐，就能充分發(fā)揮實驗教學(xué)在物理教學(xué)中的重要作用，并能達到良好的教學(xué)效果.

參考文獻：

[1]教育部審定的義務(wù)教育教科書九年級《物理》全一冊[M].人民教育出版社， 2015，5.

[2]義務(wù)教育教科書的教師用書九年級《物理》全一冊[M].人民教育出版社， 2015，5.

[3]高善剛.高中物理實驗教學(xué)的改進策略[J].中學(xué)物理，2016（11）：10-11.endprint