姚俊松 袁海泉

(1. 河南省濮陽市第四中學，河南 濮陽 457000；2 .蘇州大學物理科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

實驗是物理教學的不可或缺的組成部分，無論是學生學習興趣的激發(fā)，還是科學探究的推進，都須通過實驗進行落實。演示實驗的效果在很大程度上受制于可視性，筆者結合實驗創(chuàng)新與實踐，從實驗器材、實驗現(xiàn)象和實驗過程的可視性三個方面對演示實驗設計的策略進行探討。

1 增加實驗器材的可視性

實驗器材是實驗操作的載體，也是實驗教學實施的源頭，器材的可視性將會直接影響到整個實驗的可視性。為了增強演示器材的可視性，我們可以從器材的大小、材質和形狀來進行優(yōu)化。

1.1 增大體積

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

在初中物理“研究帶電體性質”的實驗中，用毛皮(或絲綢)摩擦過的橡膠棒(或玻璃棒)去吸引輕小的碎紙屑，因為紙屑太小而導致演示實驗的可視性較低。實驗結論里出現(xiàn)了“輕小”的描述，實驗器材選擇多局限于“小”物體上，實驗的可視性較差。如果從“輕”上想辦法，只要我們能找到一個質量輕、受到阻力小的“大”物體，就可以增強實驗的可視性。

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

實驗器材的放大，可以讓實驗現(xiàn)象擁有更清晰、更直觀的視覺效果。當然，體積的增大是在實驗的需要和條件允許的情況下進行的，并非所有的實驗器材都要一味地增大體積。

圖1

1.2 改善材質

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

在學習“電阻與變阻器”時，由于電阻箱是黑色、不透明的。對于電阻箱學習的要求，只是掌握正確的讀數(shù)方法即可，在平時的電學實驗中也不常用到。但學生在學習的過程中，對其內部結構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致學生對電阻箱的學習只能停留在膚淺、模糊的層面上。

為增加實驗的可視性，我們可以從材質上做文章，打破原有電阻箱的封閉結構，利用透明的亞克力板將其內部結構清晰地予以展示(圖2)。將各電阻旋鈕連同后面的電阻組合單排鑲嵌，清晰顯示內部電阻的串聯(lián)關系，增強實驗的可視性。能夠清晰觀察到通過旋轉旋鈕接入不同電阻的過程，展示電阻箱的原理和結構(圖3)。

圖2

圖3

本實驗的材質選擇突顯了透明度的特性，在光學實驗中為增加光路的可視性也多利用這一特點。除了材料的透明特性以外，還可根據(jù)材料的其他性質提高實驗的可視效果。比如，用什么樣的材質進行摩擦時更容易使物體帶上電荷，因為電荷量大小是影響靜電實驗可視性的重要影響因素。

2 提高實驗現(xiàn)象的可視性

實驗現(xiàn)象是實驗觀察與記錄的主要對象，也是實驗成敗的關鍵所在。所以，讓實驗現(xiàn)象更加明顯，是增強實驗可視性的關鍵，我們可以從實驗現(xiàn)象的放大、轉化方面進行開發(fā)與創(chuàng)新。

2.1 科學利用轉換法

在“探究聲音產(chǎn)生原因”的實驗中，用激光可以將聲振動轉化為便于觀察的光斑振動，同時還可以顯示振動的圖像。如圖4所示，在音叉的基礎上加入兩塊小平面鏡、小電動機、激光筆和鐵架臺等，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)過反射正好射到小電動機上方的小平面鏡上。敲擊音叉，隨著音叉的振動，反射的光也隨之發(fā)生變化，射向轉動的小平面鏡，并經(jīng)過再次反射，就可以在白墻上呈現(xiàn)聲振動的波形。

圖4

圖5

2.2 巧妙利用放大法

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

比如在學習“溫度計”的知識時，我們可采用自制溫度計，其原理為“熱脹冷縮”。為了讓液柱升降得更加明顯，我們必須選用更細的吸管，但太細的吸管不利于學生觀察，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，再向玻璃管內注入水。此時，粗玻璃管起到了放大鏡的作用，吸管內液柱被放大，演示的可視性得到了很大的提升。

2.3 積極利用信息技術

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

在學習“聲音的特性”的時候，我們可利用手機下載“示波器”等軟件。如圖6所示，利用手機接收瓶子裝水前后發(fā)出的聲音，再將這種聲音通過軟件轉化為圖像，從而讓實驗的可視性大大增強。

圖6

我們在進行“搖繩發(fā)電”的實踐活動時，因為產(chǎn)生的電流非常小，一般的實驗器材沒有辦法呈現(xiàn)出電流。利用DIS的微電流傳感器可以清晰地將搖繩時產(chǎn)生的電流圖像呈現(xiàn)出來，大大增強了演示實驗的可視性。

3 改進實驗過程的可視性

實驗過程是學生經(jīng)歷規(guī)律探究的重要途徑，增強實驗過程的可視性也是我們需要關注的重要方面，重點體現(xiàn)在實驗器材位置的選擇、操作方式和觀察途徑上。

3.1 實驗器材位置的選擇

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

圖7

如圖8所示，在電學實驗開發(fā)“磁吸式器材”，在每個電學元件的底座上都加裝了磁性材料，在實驗中可以和磁性黑板聯(lián)合使用，在黑板上進行擺放、連接，從而大大增強了實驗過程的可視性。

圖8

3.2 觀察途徑的選擇

為了讓學生更好地觀察到實驗現(xiàn)象，觀察途徑的選擇也非常重要。尤其對于特殊的實驗或者場所，我們就必須考慮實驗觀察途徑的優(yōu)化與創(chuàng)新，包括特殊實驗視頻的錄制回放和手機、電視的同步播放。

比如用水銀測量大氣壓強，考慮到實驗的安全性，我們可以在特殊的環(huán)境里進行實驗錄制，用視頻呈現(xiàn)在學生面前。再比如鋼鐵的熔化等實驗，實驗條件不允許，我們也可以用視頻進行呈現(xiàn)。

還有一些實驗，實驗現(xiàn)象只能在近處觀察，比如用鐵屑描述磁場分布，沸騰實驗中氣泡的變化特點等。我們可以利用“希沃助手”等多媒體的互動功能來增強實驗的可視性，將實驗現(xiàn)象通過手機投屏到電視或屏幕上。這樣不僅可以增加實驗的可視性，也可以解決大班、大場地的實驗觀察需求。