孫紅文

(南京市溧水區(qū)第一初級中學(xué) 江蘇 南京 211200)

物理實驗是物理概念的建立與規(guī)律形成的有效手段，教材中的實驗在物理教學(xué)中的作用舉足輕重.教師在引領(lǐng)學(xué)生觀察實驗、分析實驗和研究實驗的基礎(chǔ)上，要充分用好教材，努力挖掘?qū)W生的潛能，找到優(yōu)化實驗的突破口.筆者在“反復(fù)彎折鐵絲做功”的教學(xué)實踐中，從教與學(xué)兩個方面進行了深入地調(diào)查與分析，發(fā)現(xiàn)本實驗在實驗操作過程與所取得的實驗效果中出現(xiàn)了一些不足之處，現(xiàn)探討如下.

本實驗從教材編者的意圖可以看出有以下幾個優(yōu)點：取材較方便，操作較簡單，現(xiàn)象較明顯，對于大部分學(xué)生來說能取得一定的預(yù)期效果.操作過程描述與分析如下：雙手握住一段鐵絲反復(fù)彎折,如圖1所示，雙手對鐵絲施加力且在該力的方向上移動一定的距離，即手對鐵絲滿足做功的兩個必要條件.做了功，通過手感會發(fā)現(xiàn)鐵絲在彎折處的部分溫度會升高，說明其內(nèi)能增大了，由此縱觀整個實驗過程可以得出結(jié)論：對物(固)體做功，物(固)體的內(nèi)能增大，溫度升高，使得機械能向內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)化.

圖1 反復(fù)彎折鐵絲做功實驗

然而，俗話說得好“說得容易，做起來難”.在課堂教學(xué)的師生討論中，筆者發(fā)現(xiàn)對本實驗的探討遠不止這么簡單.

1 教的方面

(1)器材的選購要求較高.實驗前，實驗員向?qū)W校申請購買一些鐵絲進行物理實驗，學(xué)校負責采購的人員買來的鐵絲不是細而軟，就是粗而硬，根本無法全面開展實驗，效果較差.相信認真做過本實驗的教師一定會發(fā)現(xiàn)這個不足之處，從筆者的調(diào)查還發(fā)現(xiàn)個別教師在進行本實驗的教學(xué)時，采用了以“講”代“做”，包辦了此實驗.

(2)實驗的操作要求較高.實驗時，教師一定要正確指導(dǎo)學(xué)生操作要領(lǐng)——兩手捏緊中間部位，兩手之間的距離要適中，不能太遠，也不能太近，彎折時盡可能地使鐵絲不要在手中打滑.學(xué)生如果操作不當，效果也會差.特別是新教師，自認為該實驗操作簡單，不必指導(dǎo)，而學(xué)生(特別是部分女生)恰恰不能成功體驗和完成.調(diào)查顯示：一個班級(45人)，在未經(jīng)老師操作指導(dǎo)下自主進行實驗，能觀察、體驗到“鐵絲彎折處明顯發(fā)熱”的現(xiàn)象占80%，可見，實驗效果不是很好.

(3)實驗的安全性不足.一是：由于人與生俱來的自我保護意識，學(xué)生看到教材中的警示(如圖2所示標志)就心生恐懼，心理上產(chǎn)生抵觸，難接受.如同在剛開始學(xué)習(xí)電學(xué)時，有些同學(xué)不敢觸碰電學(xué)實驗器材，問之原因，一個字“怕”，怕被“電”了.二是：學(xué)生操作不安全，有燙傷的可能，筆者認為不是所有的實驗都讓學(xué)生體驗.

圖2 警示標志

2 學(xué)的方面

教學(xué)實踐中，學(xué)生對本實驗提出了多處疑問.

(1)彎折時彎折處的溫度升高，是否由于手與鐵絲摩擦生熱傳遞給了彎折處?是否由于手心焐熱了鐵絲傳遞給了彎折處?

(2)鐵絲兩端較尖，如圖3所示，容易傷人，怎么辦?用較軟的銅絲替代行不行?

圖3 兩端較尖的鐵絲

(3)鐵絲彎折后產(chǎn)生的溫度過高，會燙手.能否不需要用手摸也能顯示溫度的變化?

(4)鐵絲反復(fù)彎折越快，溫度升得越高.鐵絲增大的內(nèi)能多少跟做功快慢是否有關(guān)?

(5)在同樣的環(huán)境與條件下進行本實驗，粗鐵絲是否比細鐵絲升溫較明顯?

新課程理念倡導(dǎo)教學(xué)方式的多樣化，要變“教教材”為“用教材教”，以此呼喚教師們結(jié)合教學(xué)實際對教材進行創(chuàng)造性地使用.由于教材實驗設(shè)計的缺憾，學(xué)生在觀察、實驗、制作和搜集數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)等過程中，往往會遇到實驗現(xiàn)象、測量數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)(期望)不符的情況，此時正是培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維、求真求實的科學(xué)精神、自我的保護意識等核心素養(yǎng)的大好時機.

因此，在同學(xué)們的建議下，解決問題(1)和(3)所采用的裝置如圖4和圖5所示，運用到了物理學(xué)中“轉(zhuǎn)化”的研究思想：將鐵絲一端固定在鐵架臺上，另一端上下反復(fù)彎折，在彎折處包裹一團棉花，并留一個凹巢，待溫度計插入后進行準確測量，由此來判斷鐵絲彎折處的內(nèi)能是否增大；或者用鐵絲的彎折處點燃白磷(但此方法取材、操作等不方便、不安全，污染也大).解決問題(2)所采用的裝置如圖6所示，在鐵絲的兩端用鉗子將其折彎，巧妙地防止了被鐵絲的尖端劃傷；其次，如用較軟的銅絲替代鐵絲，實驗效果沒有鐵絲那么明顯.學(xué)生提出的問題(4)、(5)可視為新的探究課題，可利用圖5裝置通過溫度計測得的具體數(shù)據(jù)加以驗證(備注：本實驗中使用的溫度計還可用溫度傳感器替代).

另外，圖4和圖5所示的實驗改進還增強了實驗效果的可視性——通過溫度計的直觀顯示與觀察，有利地支持了實驗的結(jié)論，可分組實驗亦可進行演示，實驗中用溫度計測得彎折處鐵絲上升溫度的理論值可以進行如下計算.

圖4 解決問題(1)的裝置圖

圖5 解決問題(3)的裝置圖

圖6 解決問題(2)的裝置圖

設(shè)：在鐵絲的一端手柄處用力F=10 N，在該力的方向上通過的距離為s=10 cm，快速彎折10次，彎折處的鐵絲質(zhì)量m=2 g，鐵的比熱容c=0.46×103J/(kg·℃)，忽略熱損失等其他因素的影響.則彎折處的鐵絲升高的溫度為

Q=10W=10Fscos 0°=

10×10 N×0.1 m=10 J

此值雖比實際測量值稍大一些，但仍能說明此實驗改進方案是可行的.

總之，物理實驗在初中物理中占據(jù)重要的地位，新課程標準中改革的大多數(shù)內(nèi)容都與實驗有關(guān)，物理實驗的重要性不言而喻.在教學(xué)中，教師需要根據(jù)教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)對象靈活采用教學(xué)方式，優(yōu)化實驗課堂的設(shè)計，積極為學(xué)生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)暮诵乃仞B(yǎng).