鄭 瑩

(深圳市龍崗區(qū)布吉中學，廣東 深圳 518112)

初中物理是一門實驗課程，物理的原理、知識、應用以至創(chuàng)新皆應源于實驗[1]。但現實中學生通常只能在課堂觀看實驗演示，在實驗課按教師要求操作實驗，實驗似乎不能碎片學習、泛在實驗，大而泛的問題難以調動學生自主探究的積極性。師生如果不能自主實驗、泛在實驗，實驗就難以創(chuàng)新，實驗教學就跟不上時代潮流。

物理微實驗是物理微型實驗的簡稱[2]，具有簡小精悍、靈活自由的形式，新奇有趣、程式多變的內容，現象明顯、操作簡單省時等特點，凸顯實驗的開放性、實踐性、自主性、創(chuàng)造性、趣味性，并能以小見大，實現知識的厚薄演繹和信息的巨微轉化。新課改提倡以微實驗教學新模式轉變實驗教學方式和方法，提高實驗教學的質量。微實驗教學關鍵之處在于微實驗的創(chuàng)設，可先從實驗微處理方面入手。

一、實驗微處理

實驗微處理是將實驗細小化，形成碎片化學習功能?？蓪栴}細化成若干小問題分層分步研究，或是提煉實驗中的重、難點，提煉有細化、深化研究價值的實驗問題，使實驗的器材和實驗方法簡單化，創(chuàng)新更多變式，形成碎片化實驗內容，然后分塊集成，完成大的實驗研究。如研究摩擦力實驗，可分研究摩擦力大小、研究影響摩擦力大小的因素、研究摩擦力方向等幾個實驗進行，摩擦力方向是學習的重點，靜摩擦力方向是學生學習的難點，可以用拖把、掃帚、黑板刷、牙刷、氣球等，分設滑動、推而不動等條件，創(chuàng)設許多微實驗，觀察拖把、掃帚、黑板刷、牙刷、氣球等的朝向，將其受到的摩擦力方向可視化，既突破教學難點，又培養(yǎng)學生實驗創(chuàng)新能力。在研究影響摩擦力大小因素的實驗中，接觸面積大小的因素最易成為學生討論的熱點，想當然認為接觸面積大摩擦力必定大，這里就可以改變接觸面積的大小設計對比實驗，甚至將實驗變成游戲比賽，讓學生深刻感受改變接觸面積大小能否改變摩擦力大小的事實。又如研究浮力的實驗，可分為研究浮力的大小、浮力的方向、浮力產生原因探究等微實驗，其中浮力產生原因是學生學習的難點?？烧乙粠嚷┛诘牟鑹?內裝小鐵塊至茶壺在水中能下沉)，用一吹脹的小氣球輕松密封茶壺大口，同時用橡皮膜密封茶壺側漏口，然后將茶壺和氣球輕壓入水中。松手，氣球不上浮；將茶壺和氣球從水里拿出，去掉茶壺側漏的橡皮膜，從側漏中往茶壺加水，當加入的水觸碰氣球底部，氣球立馬浮起來！

上面實驗可見實驗微處理的技巧：選取某一物理原理、規(guī)律，或某一知識點、某一技能、某一探究點而設計實驗；利用身邊物品完成實驗設計、操作、得出結論；實驗器材的改進和實驗方法的設計是實驗微處理的關鍵和重點。實驗微處理使實驗無處不在、無時不在成為可能。

二、微實驗創(chuàng)設原則

實驗微處理后就可創(chuàng)設很多微實驗，激發(fā)師生實驗創(chuàng)新能力。

1.教材實驗器材的改進

教材上實驗有哪些優(yōu)缺點？ 如何使現象更明顯、操作更方便？實驗的改進有哪些規(guī)律可循？如人教版八上第四章第三節(jié)77頁“探究平面鏡成像特點”實驗中燃燒兩根相同的蠟燭探究平面鏡成像特點，實驗器材的優(yōu)點是光源明亮、成像清晰。但實際遇到的問題是很難找到兩根完全相同的蠟燭，燭焰受空氣對流的影響不穩(wěn)定，兩根蠟燭燃燒情況不能完全一致，“物像重合”的理想狀態(tài)很難出現。針對教材實驗問題，用兩塊長、寬相同的長方體木塊代替蠟燭，能克服燭焰不穩(wěn)定問題，容易做到“物像重合”。但木塊不會發(fā)光，光源太暗成像不清晰，可給木塊包上亮彩紙，用紅筆描紅木塊四周，明顯看到木塊的長和寬分別重合，“等大”效果就更明顯；再在木塊上涂上不同顏色，用顏色分左右，通過平面鏡則可顯示物像對稱。又如，人教版九年級第十三章第二節(jié)第9頁“壓縮空氣改變內能裝置”的實驗中，實際操作時要大力迅速壓下活塞(學生操作更難把握)，經常只見硝化棉冒煙，少見火星出現，有時候冒煙也看不到，實驗成功率不高。將硝化棉改用感溫變色粉(感溫材料對溫度非常敏感，學生小時候有類似玩具，如感溫奶瓶等)，只需輕輕壓下活塞，對玻璃筒內氣體做功，氣體內能增加，溫度升高，紅色感溫粉立馬變白色；松手，玻璃筒內氣體對外做功，內能減少，溫度降低，白色感溫粉立馬變紅色，現象非常明顯，大大提高實驗成功率!并且可以重復演示，不像原來用硝化棉升溫燃燒冒煙，再重做實驗需清理硝化棉重新組裝實驗，如果加大玻璃管內體積，空氣被壓縮的體積大，溫度升高快，更增大演示的效果。同時，經改造后的實驗演示裝置還可以做成小巧玩具供孩子玩耍，比如用一個小針筒，里面放入敏感變溫粉，推壓密封活塞，即可看見變溫粉顏色改變，非常簡單、安全。

創(chuàng)造過程沒有止境，教材實驗器材的改進是有規(guī)律可循的。先要找出原來器材的優(yōu)缺點，克服不利因素，提高成功率，使現象更明顯、操作更方便并能體現自主原創(chuàng)。

2.設計多個實驗探究一個物理原理

同一物理原理可以用不同器材、設計不同方法操作，加大發(fā)散思維的力度，設計不同實驗探究一個物理原理，能克服常規(guī)實驗“照搬教材實驗”“照葫蘆畫瓢”的問題。如，探究流體壓強與流速關系的原理就有多種設計：將一張撲克牌對折后蓋放桌面上，用一根玻璃管對著撲克牌下面吹氣，撲克牌下面氣體流速大，壓強小，撲克牌不會被吹翻，反被壓得更緊；往兩氣球(或乒乓球)中間吹氣，兩氣球反倒靠得更近；將一吸管插入裝水燒杯中，在露出水面的吸管處切小口，切口處將上面吸管折放平，給水平彎折的吸管吹氣，可見燒杯中吸管的水柱會上升；反拿漏斗，用手輕托一乒乓球堵住漏口，給漏斗吹氣，漏斗下面的乒乓球不會掉下來；用水管給盆里兩紙船沖水，兩紙船反倒靠得更近，可以模擬兩船相撞。

上面氣球改為乒乓球、吹氣改為流水，如此同樣物理原理可以用生活中的不同器材、設計不同方法操作，由一變多?？梢?，發(fā)散思維是實驗創(chuàng)設的根本。又如有哪些器材可以探究物體的浮沉條件或改變物體的浮沉？ 將橡皮泥捏團放入水中下沉，做成空心狀卻能浮在水面；氣球吹氣扎口放入水中會上浮，裝入少許水吹入氣可懸浮水中，再裝足水扎口放入水則下沉；馬鈴薯放入水中下沉，如何讓它漂?。刻O果放入水中漂浮，如何讓它下沉？裝滿水的礦泉水瓶能在水中下沉嗎？(需裝鹽水)，小玻璃瓶正放可浮水面，倒放一定下沉嗎？

3.同一器材探究不同原理

一種器材可做多種實驗，極大拓展實驗思維和設計的空間。如，氣球能做的實驗包括，力的作用效果、形變、氣體壓強傳遞、流體流速與壓強關系、浮沉條件、反沖運動、靜電、大氣壓、摩擦力等等。一支鉛筆，可以做慣性現象、尋找物體重心、探究摩擦力大小因素、密度計制作、導體絕緣體等20多個實驗。

4.同原理同器材實驗的不同變式設計

同樣器材、同樣原理，通過不同設計，改變實驗條件，可看到不同現象，或完成不同實驗。如改變物距就能產生不同的折射現象：把裝滿水的瓶子慢慢地遠離書的封面，將會觀察到：隨著瓶子和封面間距離的增加，原來被放大的那些字開始模糊，等到再透過瓶子看清封面上那些字的時候，字竟成了反字。又如，透過裝水的圓形玻璃瓶看字是放大的，可透過瓶內氣泡看字是縮小的。都是折射，但一個是凸透鏡，另一個是凹透鏡。再如，放大鏡可怎么玩？改變物距、改變看的角度和側面，成像是實像還是虛像？正立的還是倒立的？還有，簡易電動機可以有七八種不同的制作模型。

三、微實驗創(chuàng)設策略

常見微實驗創(chuàng)設的方法和技巧有：發(fā)散思維、推理想象、對比究因、拓展整合等，還有一定的模式和規(guī)律可循。

1.想象推理模擬

通過推理想象可以對生活中的物理現象、生產中的物理應用進行模擬實驗，幫助學生理解無法直觀、深奧的物理現象。

【實驗1】模擬跨步電壓

圖1 模擬跨步電壓實驗

如圖1，在地面(最好潮濕)畫幾個同心圓，標出A、B、C、D點，學生電源一接線端接圈外地面，模擬電廠地線，另一接線端放地面圓心處，模擬掉落地上的高壓線，用電壓表兩接線端分別接A和B,模擬人的跨步兩腳，可見電壓表指針擺動，有電壓讀數，模擬跨步電壓。將電壓表接B處改為接D,電壓表讀數變大，可見跨步越大，電壓越大；將電壓表兩接線端分別接同一圓上兩點B和C,可見電壓表讀數為0，若電壓表只有一根接線接地，電壓表讀數為0，模擬高壓落地線旁，人可以“雙腳并跳”或“單腳跳”逃離危險地。

【實驗2】模擬海市蜃樓

往裝水的瓶子加入海鹽，攪拌，靜置3 h，再用引流辦法在液面加純凈水，一會可見液體分層，瓶子后放彩色玩具，在液體分層位置(液體密度不均勻)可清晰看見玩具“漂浮”的像。

【實驗3】模擬電刻

圖2 模擬電刻實驗

工業(yè)生產的電刻字、畫是怎么回事？如圖2，用約7 V電源，鉛筆寫字的一端削尖，電源一端連接錫箔紙，另一端連接鉛筆芯組裝，鉛筆就可以在錫箔紙上寫出字來(看到鉛筆尖端接觸錫箔紙?zhí)幟盁?。

【實驗4】模擬霧凇形成

如圖2，將樟腦丸研碎，放入干燥的玻璃瓶內，再放入一根干柏樹枝，瓶塞密封瓶，放石棉網上直接加熱，一段時間后停止加熱并充分冷卻，柏樹枝就有類似于霧凇的粉末附在上面。

2.實驗對比歸因

探究實驗現象原因的一種辦法是反現象究因，設置相反的實驗現象，對比尋找導致相反現象和結果的因素。

例1，鐵塊被磁化后如何使鐵塊的磁性立刻消失？敲一敲鐵塊就可以！原來鐵塊的磁化是放在磁場中鐵塊內部的“小磁鐵”被整齊排列，所以鐵塊對外顯示磁性，敲一敲，這種排列被破壞，鐵塊磁性立刻消失。

例2，隔著裝水的大燒杯看字，字是放大的；在大燒杯的水里壓入一個空的小燒杯，再看字，字是縮小的!原因是裝水的大燒杯是凸透鏡，水里壓入一個空的小燒杯后變成了凹透鏡。

例3，找?guī)讉€酒杯和幾個水瓶，分別裝入不同高度的水，按水位由高到低分別敲酒杯和水瓶，發(fā)聲音調的變化截然相反，原因是什么？酒杯振動發(fā)聲的物體是杯體本身，所以發(fā)聲音調越來越高，水瓶振動發(fā)聲的物體是瓶內的空氣柱，所以發(fā)聲音調越來越低。

例4，用氣球做汽化吸熱液化放熱實驗：用滴管往氣球內滴入幾滴酒精，將氣球口扎實，然后將氣球放入裝有熱水的燒杯中，觀察氣球因內部酒精液體吸熱汽化變成酒精氣體，氣球體積變大；此時將變大的氣球拿出，或投入裝冷水的燒杯中，觀察氣球因里面酒精氣體受冷放熱液化體積縮小。

例5，拿一玻璃漏斗，口朝下，用手將乒乓球放玻璃漏斗內托緊，分別通過漏斗管往漏斗內吹氣、吸氣時，松開托住乒乓球的手，乒乓球都沒有掉下來。雖然現象一樣，但吹氣是利用氣體流速與壓強關系減小乒乓球上方氣壓，吸氣通過減少乒乓球上方氣體減少氣壓。

例6，將硬幣放燒杯至看不見的位置，將水倒入，折射后看見硬幣了；將硬幣放燒杯至看見的位置，將水倒入，折射后看不見硬幣了。還有，自制溫度計和自制壓強計在制作的材料和方法上有哪些異同點？如何利用大氣壓對比做瓶吞、瓶吐雞蛋實驗等等，可見大量實驗可以反向究因、發(fā)現和創(chuàng)新。

3.實驗的拓展

教材的演示實驗可以進行實驗器材和實驗內容的拓展。如教材“光的折射”中鉛筆在水中“折斷”實驗，可將鉛筆斜放燒杯水中觀察“折斷”，也可豎放燒杯水中間觀察“變粗”，或放燒杯水里兩側邊觀察鉛筆向燒杯側“遷移”，還可斜放燒杯后面透過整杯水觀察“弓蛇”現象。又如，將硬幣投入裝水的燒杯，可看見幾個硬幣的像？改用四邊形、五邊形的玻璃杯能增加多少像?可見，實驗內容不斷豐富，實驗方法不斷完善，將實驗拓展，做不同變式實驗，會創(chuàng)新更多的實驗研究問題，隨著研究問題的深入，可以設置進一步究因的實驗，使原定的實驗得到發(fā)展和完善。再如，發(fā)聲體(如音叉)振動發(fā)聲，為了能看到振動，一般是在發(fā)聲體上放輕小物體，發(fā)聲體振動使輕小物體大幅度振動從而使振動“可視化”。這個實驗可以繼續(xù)深入探究：發(fā)聲體的振動是在一個平面的來回運動嗎？為了進一步了解這個問題，可以設計利用平面鏡反射將發(fā)聲體的振動規(guī)律放大更細微地觀察。在桌面上放一輕小鏡子，鏡子反射光投射在天花板上形成小亮光斑，敲動桌面振動發(fā)聲，觀察小亮光斑的移動，有水平、垂直兩個方向，可知發(fā)聲體振動不是只在一個平面的來回振動。

4.實驗的整合

物理實驗可與生物、化學、美術、音樂、語文、體育跨學科整合。音樂噴泉、管弦樂器等包含哪些物理原理？語文“杯弓蛇影”一定是光的反射嗎？能做光的直線傳播、光的折射的“杯弓蛇影”實驗嗎？鹽水是化學物質氯化鈉溶液，能不能產生電？加兩個硬幣做電極制作鹽水電池，思考鹽水車是怎么回事？以后能有加清水就能走的車嗎？生物體內能形成微電流嗎？ 用銅片和鋅片分別作兩個電極插在西紅柿內制作西紅柿電池、靈敏電流計的指針擺動，改變兩電極距離、換用新鮮或腐爛西紅柿或檸檬土豆，觀察電流大小變化。用白糖水在白紙上寫字，糖水蒸發(fā)干字痕跡不見了，再將白紙拿到火上烤一烤，字形、圖案會因糖分脫水，而呈現淺褐色，白紙現字了。聽說過碘酒現字嗎？有哪些物理和化學原理呢？觀察過紅墨水在清水中的擴散，能把分子運動的“行蹤”畫出來嗎？準備國畫的墨汁和宣紙，用筷子將一滴墨汁蘸到水面，墨汁帶油性，入水后部分分子在水面運動，將宣紙蓋在水面上，墨子分子的運動“行蹤”就印畫在宣紙上了！還可以將水改為濃鹽水延長墨汁漂浮的時間，用棉簽在墨面上“作畫”，印出美麗圖案。想想怎樣印彩色畫？

5.自制儀器

物理教材中許多實驗儀器可用生活材料自己制作。如自制照相機、自制投影儀、小孔成像裝置、自制電動機、自制電池、自制溫度計、自制樂器、自制望遠鏡、自制滑動變阻器、自制密度計、自制放大鏡、自制壓強計等。

微實驗使實驗的學習寓于具體、精簡的實驗情景之中，可以通過問題激發(fā)、情景啟示、實驗設計、實驗分析、實驗總結、實驗應用等實現實驗思維的連貫、延續(xù)和創(chuàng)生，是既科學又方便的實驗思維訓練途徑。微實驗設計力求實驗器材生活化、設計問題化、內容探索化、操作技術化、關聯信息化，凸顯微實驗教學的開放性，因而獲得無窮的實驗創(chuàng)新源泉，可以形成微實驗庫、微實驗課程，逐漸形成微實驗的教學和評價模式。同時通過微實驗創(chuàng)新和微實驗普及，使實驗變得無處不在、無時不有；也可做成“掌上實驗”，方便師生自主實驗、泛在實驗地學習。