廣東外語外貿(mào)大學(xué)附設(shè)番禺外國語學(xué)校(511400) 劉萬慶

現(xiàn)有物理實驗器材、實驗方法不能完全滿足物理實驗教學(xué)的要求，為增強實驗教學(xué)效果，減小實驗誤差，培養(yǎng)學(xué)生探究、觀察、思維、創(chuàng)新等能力。筆者對初中物理實驗的改進做了一些探索，總結(jié)出了一些常用的方法，自制了部分實驗儀器，對增強物理實驗效果，提升物理教學(xué)質(zhì)量起到了一定的促進作用。

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理概念的建立，物理規(guī)律的總結(jié)等都需要通過實驗探究才能得出科學(xué)結(jié)論。《初中物理新課程標準》對培養(yǎng)初中學(xué)生的實驗?zāi)芰μ岢隽巳缦乱螅耗苊鞔_實驗?zāi)康?，理解實驗原理和方法，會控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，并對結(jié)論進行分析和評價；能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決方案；能運用已學(xué)過的物理概念、規(guī)律、實驗方法處理問題，包括設(shè)計實驗及對設(shè)計的實驗進行評估。《初中物理新課程標準》對學(xué)生實驗探究能力的要求較高，但教材上的部分實驗，實驗方法陳舊，實驗效果不佳，有的變量難以控制，實驗誤差較大。為了增強物理實驗探究效果，提高物理教學(xué)質(zhì)量，筆者對初中物理實驗的改進做了一些探索與實踐，總結(jié)了以下一些常用的基本技法。

1 效果增強法

1.1 改進目的

增強演示實驗效果，方便學(xué)生觀察現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律。

1.2 基本原理

運用轉(zhuǎn)換法的基本思想，利用“轉(zhuǎn)換元件”把演示實驗的效果通過“顯示裝置”進行放大，方便學(xué)生觀察。

1.3 應(yīng)用示例——自制電動式滑輪組機械效率演示器

1.3.1 設(shè)計思想

實驗室沒有現(xiàn)成的演示實驗器材，每次演示實驗都要用鐵架臺、滑輪等進行組裝，而且不能直觀看到鉤碼上升高度與繩子移動距離的關(guān)系，實驗操作繁瑣，效果不佳。為改變這種現(xiàn)狀，彌補演示實驗器材的不足，筆者自制了一種電動式滑輪組機械效率演示器。

1.3.2 工作原理

(1)在背景板上畫上多條水平直線，并在測力計、動滑輪上做觀察標記，方便學(xué)生觀察物體上升高度與繩子移動距離的關(guān)系。

(2)演示板與升降座連接，方便調(diào)節(jié)演示板的高度。

(3)用低速(正、反轉(zhuǎn)可調(diào))直流電動機帶動繩子提升物體，確保物體勻速提升(下降)。

(4)改變鉤碼個數(shù)(動滑輪種類)，可以多次試驗，探究影響滑輪組機械效率的因素。

運用自制的電動式滑輪組機械效率演示器實驗時，能方便教師操作，容易做到勻速提升物體，直觀顯示物體上升高度與繩子自由端移動距離的關(guān)系。

1.3.3 原理圖及實物圖

電動式滑輪組機械效率演示器原理圖見圖1，實物圖見圖2。

2 位置改變法

2.1 改進目的

將通常情況下在水平臺面上做的實驗改變到豎直平面上來做，讓更多的學(xué)生能夠觀看到實驗現(xiàn)象。

2.2 基本原理

將實驗器材上事先安裝上小磁片(制成帶磁性底座的器材)，實驗時將實驗器材吸附在磁性演示板(或金屬黑板)上，把原來在水平臺面上做的實驗改在豎直的演示板(或金屬黑板)上做，避免了前排學(xué)生對后排學(xué)生的遮擋，便于全班學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。

2.3 應(yīng)用示例——自制新型電動磁壓式摩擦力演示器

2.3.1 設(shè)計思想

現(xiàn)有初中物理摩擦力探究演示實驗器材都是在水平臺面上進行操作，采用增加物體重力的方法增大壓力，從而得出當粗糙程度一定時，壓力越大，摩擦力越大的結(jié)論；采用壓力一定時，改變接觸面粗糙程度，得出壓力一定時，接觸面越粗糙，摩擦力越大的結(jié)論。

原演示實驗裝置存在以下三方面的不足：①因原演示實驗裝置是在水平臺面進行實驗，學(xué)生的觀察范圍有限，坐在教室靠后的學(xué)生無法觀看；②通過改變物體重力來改變壓力，容易使學(xué)生認為“粗糙程度一定時，物體越重摩擦力越大”的不當結(jié)論；③用彈簧測力計拉著物體運動時無法保證物體做勻速直線運動，實驗誤差較大。

為彌補原來摩擦力演示實驗的不足，筆者設(shè)計制作出了一款“新型電動磁壓式摩擦力演示器”。

2.3.2 工作原理

(1)通過磁鐵產(chǎn)生壓力，可以消除重力、壓力混淆造成的不良影響，且通過增加磁片個數(shù)來增大壓力，放入的磁片越多，壓力越大，操作簡便。

(2)將原來放在水平臺面做的演示實驗，變?yōu)樵谪Q直方向進行演示實驗，避免了前排學(xué)生對后面學(xué)生的遮擋，方便全體學(xué)生觀察，使前后排學(xué)生都能夠清楚地觀察實驗現(xiàn)象。

(3)通過將小滑塊翻轉(zhuǎn)改變接觸面的粗糙程度，確保控制單一變量進行演示實驗。

(4)采用低速直流電動機帶動磁性長滑帶運動，減小了用彈簧測力計拉物體運動時難以保持物體做勻速直線運動產(chǎn)生的誤差，彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定，操控方便，容易控制變量進行多次實驗，從而得到科學(xué)結(jié)論。

2.3.3 原理圖及實物

新型電動磁壓式摩擦力演示器原理圖見圖3，實物圖見圖4。

3 實物投影法

3.1 改進目的

將實驗器材放在實物投影儀上，把整個實驗裝置進行放大，讓全體學(xué)生能在屏幕上較清楚的觀察實驗現(xiàn)象。

3.2 基本原理

對某些示數(shù)變化在遠距離難看清的測量儀器(溫度計)，通過光學(xué)放大后投射到屏幕上，讓學(xué)生能清楚地看到測量儀器的示數(shù)變化，通過觀察實驗現(xiàn)象，總結(jié)出科學(xué)結(jié)論。

3.3 應(yīng)用示例——自制投影式比熱容演示器

3.3.1 設(shè)計思想

為探究不同物質(zhì)吸熱能力的大小，節(jié)約探究實驗時間，方便全體學(xué)生觀察實驗數(shù)據(jù)，將教材上工作電壓為220 V電加熱器改為24 V低壓加熱棒，演示實驗整體改裝成實物投影式演示實驗，實驗操作在實物投影儀上進行。

3.3.2 工作原理

在兩試管中分別裝入適量初溫相同、質(zhì)量相同的水和煤油，同時對加熱棒通電一段時間，觀察兩試管中溫度計的示數(shù)變化，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)，若讓兩種液體升高相同的溫度，哪種液體吸收的熱量更多，讓學(xué)生理解質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同溫度時吸收的熱量是不同的，進而理解比熱容的物理意義。

3.3.3 原理圖及實物圖

投影式比熱容演示器原理圖見圖5，實物圖見圖6。

4 器材補充法

4.1 改進目的

搜集一些可用于物理實驗的精密儀器，將其應(yīng)用于物理實驗探究，增強實驗靈敏度，減小實驗誤差，幫助學(xué)生理解、掌握物理知識。

4.2 基本原理

購置某些傳感器、測試儀等與實驗室現(xiàn)有實驗器材配合使用，完成教材上的演示實驗，增強實驗效果，方便學(xué)生總結(jié)出科學(xué)結(jié)論。

4.3 應(yīng)用示例——新型通電螺線管磁性強弱演示器

4.3.1 設(shè)計思想

現(xiàn)行教材對通電螺線管磁性強弱的因素探究，是通過讓學(xué)生觀察通電螺線管吸引大頭釘?shù)臄?shù)目多少來判斷其磁性強弱的，演示實驗時，若不加鐵芯時，通電螺線管磁性弱，不能吸引大頭釘，不能反映出通電螺線管磁性的強弱，實驗效果不理想，為彌補現(xiàn)行探究實驗的不足，能較準確地把通電螺線管的磁性強弱顯現(xiàn)出來，筆者用 “特斯拉計”作為磁性強弱的顯示器，用“霍爾探頭”作為螺線管磁性強弱的傳感器，與螺線管、電源、帶開關(guān)的電位器等組成實驗電路，制成了一種新型通電螺線管磁性強弱演示器。

4.3.2 工作原理

在通電螺線管一端附近安裝一個“霍爾探頭”，用“特斯拉計”作為磁場強弱顯示儀表，當改變通電螺線管線圈中的電流、通電螺線管線圈的匝數(shù)或加入(去掉)鐵芯引起螺線管的磁性強弱變化時，“霍爾探頭”能較準確的感知通電螺線管附近磁場強弱的變化，然后通過“特斯拉計”示數(shù)變化直觀地反映磁場強弱的變化，讓學(xué)生能通過實驗探究，了解影響通電螺線管磁性強弱(磁極)的各種因素。

4.3.3 原理圖及實物圖

新型通電螺線管磁性強弱演示器原理圖見圖7，實物圖見圖8。

5 小結(jié)

以上是筆者近幾年在初中物理實驗改進上所做的一些探索與嘗試，隨著人工智能、軟件編程等知識的普及，物理實驗的改進與創(chuàng)新還大有可為，希望有更多的教師參與實驗改進工作中來，共同為提高初中物理教學(xué)質(zhì)量助力。