姚俊松 袁海泉

(1. 河南省濮陽(yáng)市第四中學(xué)，河南 濮陽(yáng) 457000；2 .蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的不可或缺的組成部分，無(wú)論是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，還是科學(xué)探究的推進(jìn)，都須通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行落實(shí)。演示實(shí)驗(yàn)的效果在很大程度上受制于可視性，筆者結(jié)合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與實(shí)踐，從實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視性三個(gè)方面對(duì)演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的策略進(jìn)行探討。

1 增加實(shí)驗(yàn)器材的可視性

實(shí)驗(yàn)器材是實(shí)驗(yàn)操作的載體，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施的源頭，器材的可視性將會(huì)直接影響到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的可視性。為了增強(qiáng)演示器材的可視性，我們可以從器材的大小、材質(zhì)和形狀來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 增大體積

演示實(shí)驗(yàn)多是以教師的操作為基礎(chǔ)，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象從而得出結(jié)論。要使全體學(xué)生都能清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就要增大演示器材的體積，以滿足全體學(xué)生觀看的基本需求。

在初中物理“研究帶電體性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)中，用毛皮(或絲綢)摩擦過(guò)的橡膠棒(或玻璃棒)去吸引輕小的碎紙屑，因?yàn)榧埿继《鴮?dǎo)致演示實(shí)驗(yàn)的可視性較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)論里出現(xiàn)了“輕小”的描述，實(shí)驗(yàn)器材選擇多局限于“小”物體上，實(shí)驗(yàn)的可視性較差。如果從“輕”上想辦法，只要我們能找到一個(gè)質(zhì)量輕、受到阻力小的“大”物體，就可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可視性。

為此，我們將一個(gè)空易拉罐置于水平桌面，易拉罐質(zhì)量小，可以滾動(dòng)，受到的阻力很小。如圖1所示，用帶電的氣球去靠近易拉罐，它會(huì)因電荷間的相互作用而運(yùn)動(dòng)。用易拉罐代替碎紙屑，體積變大，可視性得到了極大提升。

實(shí)驗(yàn)器材的放大，可以讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象擁有更清晰、更直觀的視覺(jué)效果。當(dāng)然，體積的增大是在實(shí)驗(yàn)的需要和條件允許的情況下進(jìn)行的，并非所有的實(shí)驗(yàn)器材都要一味地增大體積。

圖1

1.2 改善材質(zhì)

演示實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生通過(guò)觀察，清晰地捕捉到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)，在很大程度上又取決于演示器材的材質(zhì)，我們可以通過(guò)改變材質(zhì)的方法來(lái)改善演示實(shí)驗(yàn)的可視性。

在學(xué)習(xí)“電阻與變阻器”時(shí)，由于電阻箱是黑色、不透明的。對(duì)于電阻箱學(xué)習(xí)的要求，只是掌握正確的讀數(shù)方法即可，在平時(shí)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中也不常用到。但學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理往往有一種特別的好奇，但電阻箱的不透明導(dǎo)致學(xué)生對(duì)電阻箱的學(xué)習(xí)只能停留在膚淺、模糊的層面上。

為增加實(shí)驗(yàn)的可視性，我們可以從材質(zhì)上做文章，打破原有電阻箱的封閉結(jié)構(gòu)，利用透明的亞克力板將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰地予以展示(圖2)。將各電阻旋鈕連同后面的電阻組合單排鑲嵌，清晰顯示內(nèi)部電阻的串聯(lián)關(guān)系，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可視性。能夠清晰觀察到通過(guò)旋轉(zhuǎn)旋鈕接入不同電阻的過(guò)程，展示電阻箱的原理和結(jié)構(gòu)(圖3)。

圖2

圖3

本實(shí)驗(yàn)的材質(zhì)選擇突顯了透明度的特性，在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中為增加光路的可視性也多利用這一特點(diǎn)。除了材料的透明特性以外，還可根據(jù)材料的其他性質(zhì)提高實(shí)驗(yàn)的可視效果。比如，用什么樣的材質(zhì)進(jìn)行摩擦?xí)r更容易使物體帶上電荷，因?yàn)殡姾闪看笮∈怯绊戩o電實(shí)驗(yàn)可視性的重要影響因素。

2 提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視性

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)觀察與記錄的主要對(duì)象，也是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵所在。所以，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)可視性的關(guān)鍵，我們可以從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的放大、轉(zhuǎn)化方面進(jìn)行開發(fā)與創(chuàng)新。

2.1 科學(xué)利用轉(zhuǎn)換法

在“探究聲音產(chǎn)生原因”的實(shí)驗(yàn)中，用激光可以將聲振動(dòng)轉(zhuǎn)化為便于觀察的光斑振動(dòng)，同時(shí)還可以顯示振動(dòng)的圖像。如圖4所示，在音叉的基礎(chǔ)上加入兩塊小平面鏡、小電動(dòng)機(jī)、激光筆和鐵架臺(tái)等，讓激光束照射到粘貼在音叉叉股上的小平面鏡上，光線經(jīng)過(guò)反射正好射到小電動(dòng)機(jī)上方的小平面鏡上。敲擊音叉，隨著音叉的振動(dòng)，反射的光也隨之發(fā)生變化，射向轉(zhuǎn)動(dòng)的小平面鏡，并經(jīng)過(guò)再次反射，就可以在白墻上呈現(xiàn)聲振動(dòng)的波形。

圖4

圖5

2.2 巧妙利用放大法

有的物理實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的現(xiàn)象只適合近距離觀看，但演示實(shí)驗(yàn)要滿足全體學(xué)生的觀看要求，放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就顯得非常重要。

比如在學(xué)習(xí)“溫度計(jì)”的知識(shí)時(shí)，我們可采用自制溫度計(jì)，其原理為“熱脹冷縮”。為了讓液柱升降得更加明顯，我們必須選用更細(xì)的吸管，但太細(xì)的吸管不利于學(xué)生觀察，我們可以巧妙利用放大法，如圖5所示，將吸管粘附到圓柱形玻璃管的后面，再向玻璃管內(nèi)注入水。此時(shí)，粗玻璃管起到了放大鏡的作用，吸管內(nèi)液柱被放大，演示的可視性得到了很大的提升。

2.3 積極利用信息技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，演示實(shí)驗(yàn)的可視性提升也有了新的渠道。我們可以利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體的交互、信息處理等功能提升演示實(shí)驗(yàn)的可視性。

在學(xué)習(xí)“聲音的特性”的時(shí)候，我們可利用手機(jī)下載“示波器”等軟件。如圖6所示，利用手機(jī)接收瓶子裝水前后發(fā)出的聲音，再將這種聲音通過(guò)軟件轉(zhuǎn)化為圖像，從而讓實(shí)驗(yàn)的可視性大大增強(qiáng)。

圖6

我們?cè)谶M(jìn)行“搖繩發(fā)電”的實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)生的電流非常小，一般的實(shí)驗(yàn)器材沒(méi)有辦法呈現(xiàn)出電流。利用DIS的微電流傳感器可以清晰地將搖繩時(shí)產(chǎn)生的電流圖像呈現(xiàn)出來(lái)，大大增強(qiáng)了演示實(shí)驗(yàn)的可視性。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視性

實(shí)驗(yàn)過(guò)程是學(xué)生經(jīng)歷規(guī)律探究的重要途徑，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視性也是我們需要關(guān)注的重要方面，重點(diǎn)體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)器材位置的選擇、操作方式和觀察途徑上。

3.1 實(shí)驗(yàn)器材位置的選擇

實(shí)驗(yàn)器材擺放的位置很重要，我們可以選擇距離學(xué)生較近的地方放置，同時(shí)考慮器材的高度、角度等，可通過(guò)利用吸盤、開發(fā)與制作懸掛支架等方式實(shí)現(xiàn)(圖7)。

圖7

如圖8所示，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)“磁吸式器材”，在每個(gè)電學(xué)元件的底座上都加裝了磁性材料，在實(shí)驗(yàn)中可以和磁性黑板聯(lián)合使用，在黑板上進(jìn)行擺放、連接，從而大大增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視性。

圖8

3.2 觀察途徑的選擇

為了讓學(xué)生更好地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察途徑的選擇也非常重要。尤其對(duì)于特殊的實(shí)驗(yàn)或者場(chǎng)所，我們就必須考慮實(shí)驗(yàn)觀察途徑的優(yōu)化與創(chuàng)新，包括特殊實(shí)驗(yàn)視頻的錄制回放和手機(jī)、電視的同步播放。

比如用水銀測(cè)量大氣壓強(qiáng)，考慮到實(shí)驗(yàn)的安全性，我們可以在特殊的環(huán)境里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)錄制，用視頻呈現(xiàn)在學(xué)生面前。再比如鋼鐵的熔化等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件不允許，我們也可以用視頻進(jìn)行呈現(xiàn)。

還有一些實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只能在近處觀察，比如用鐵屑描述磁場(chǎng)分布，沸騰實(shí)驗(yàn)中氣泡的變化特點(diǎn)等。我們可以利用“希沃助手”等多媒體的互動(dòng)功能來(lái)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可視性，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過(guò)手機(jī)投屏到電視或屏幕上。這樣不僅可以增加實(shí)驗(yàn)的可視性，也可以解決大班、大場(chǎng)地的實(shí)驗(yàn)觀察需求。