吳佳林

（浙江師范大學(xué)附屬蘆江書院，浙江 寧波 315800）

筆者有幸觀摩了兩屆寧波市初中科學(xué)教師創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)評(píng)比和一些區(qū)級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)比賽，對(duì)它們進(jìn)行了分析、歸類，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大體可分為兩類：（1）對(duì)原有實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)；（2）教師自行開發(fā)的實(shí)驗(yàn).結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)際，筆者以自己原創(chuàng)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)這兩類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)展開說明.

1 對(duì)教材原有實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、優(yōu)化

現(xiàn)行的各版本初中物理教材中實(shí)驗(yàn)較多，有些實(shí)驗(yàn)看起來簡(jiǎn)單，然而要真正把它做好卻不易，有的演示實(shí)驗(yàn)效果欠佳，有的實(shí)驗(yàn)受材料限制，有的實(shí)驗(yàn)受天氣影響等等.［1］因此，有必要對(duì)部分教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新.

1.1 真空不能傳聲實(shí)驗(yàn)

初中階段對(duì)聲學(xué)知識(shí)的要求主要體現(xiàn)在對(duì)聲現(xiàn)象的了解和認(rèn)識(shí).真空環(huán)境是初中生無法接觸、不曾了解的，而且，由于部分科幻電影的誤導(dǎo)，一些學(xué)生頭腦中甚至存在“真空也能傳聲”等錯(cuò)誤的前概念.因此在課堂上，對(duì)“聲音能否在真空中傳播”實(shí)驗(yàn)的演示是必要的.多數(shù)教材中本實(shí)驗(yàn)是利用抽氣泵和大型“真空罩”進(jìn)行，但該套裝置很多農(nóng)村學(xué)校并未配備，且實(shí)驗(yàn)時(shí)有不少的弊端：如密封圈容易老化變形；裝置過于笨重，攜帶不方便；抽氣時(shí)所需時(shí)間過長(zhǎng)；抽氣泵噪聲過大，導(dǎo)致電鈴聲音被噪聲淹沒等.［2］

為了突破教材實(shí)驗(yàn)器材的限制，筆者設(shè)計(jì)了如圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).該裝置由家用真空封口機(jī)、真空包裝袋、隔音墊、藍(lán)牙音響組成.

圖1

家用真空封口機(jī)和真空包裝袋是保鮮食材的常用物品，與抽氣泵、玻璃罩相比，具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作極其簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).本裝置用透明的真空包裝袋作為容器，利用封口機(jī)“一鍵真空”功能，快速抽去袋內(nèi)空氣，制造空氣相對(duì)稀薄的微氣體環(huán)境，且在抽氣時(shí)，包裝袋袋面形態(tài)的變化可反映出袋內(nèi)空氣量的變化，簡(jiǎn)化了氣壓表這一裝置.由于大氣壓的作用，隨著袋內(nèi)氣體量的減少，最終包裝袋將以褶皺狀緊貼在藍(lán)牙音響表面，表明袋內(nèi)氣體量已接近真空.用藍(lán)牙音響取代電鈴的好處在于：通過觀察電腦、手機(jī)屏幕上的音樂界面和藍(lán)牙音響表面閃爍的燈光可清晰地判斷出音響仍在工作這一事實(shí)，可視性大大增強(qiáng).藍(lán)牙音箱放于隔音墊上，可以避免底部直接與桌面接觸引起的固體傳聲對(duì)實(shí)驗(yàn)造成的干擾.

課堂教學(xué)時(shí)，打開藍(lán)牙音響，連接手機(jī)或筆記本電腦，如圖2所示，將音響放入真空包裝袋中，夾住袋口，放于隔音墊上，播放音樂，學(xué)生可清晰地聽到聲音.將包裝袋口放入封口機(jī)，按下“一鍵真空”按鈕，學(xué)生可肉眼觀察到包裝袋體積的減小，直至袋面緊貼音響表面，如圖3所示.與此同時(shí)，能聽到的音響聲音越來越小.引導(dǎo)學(xué)生觀察手機(jī)端音樂界面的音量，音樂仍在播放，且系統(tǒng)音量未變.在包裝袋上撕開一個(gè)小口，空氣進(jìn)入袋中后，耳中聽到的音量瞬間變大，與之前形成鮮明對(duì)比，得出“聲音不能在真空中傳播”的結(jié)論.

圖2 抽氣前

圖3 抽氣后

1.2 演示磁鐵周圍磁場(chǎng)的空間分布

磁場(chǎng)是一種看不見的物質(zhì)，在初中物理教學(xué)中，用被磁化的鐵粉排布情況來表示磁體周圍的磁場(chǎng)，如浙教版教材所述，如圖4所示.

圖4 磁鐵周圍鐵粉排布圖

此時(shí)學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)了條形磁鐵周圍某個(gè)面的磁場(chǎng)，但真實(shí)的磁場(chǎng)是立體的，浙教版初中科學(xué)教材并未給出磁場(chǎng)的空間分布，華東師大版教材有這樣描述：“把磁鐵浸放在混有鐵粉的甘油中以顯示磁場(chǎng)的空間分布”，但并未有詳盡的描述，很多教師進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，甘油的效果并不好，且由于重力的作用，存在磁鐵難固定、鐵粉分布量不均勻等情況.因此，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)器材為旋轉(zhuǎn)臺(tái)、胡椒粉瓶（裝鐵粉）、條形磁鐵、細(xì)線、鉛筆、二甲基硅油（100粘度，淘寶可購(gòu)）、透明塑料筒.

將透明塑料圓筒放于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，往內(nèi)倒入一定硅油，將細(xì)線一端綁定在條形磁鐵上，另一端纏繞于鉛筆上并固定，將條形磁鐵慢慢放入圓筒，如圖5所示.

圖5

利用胡椒粉瓶特制的瓶蓋，將鐵粉從上往下均勻地撒至硅油中.由于重力的作用，鐵粉在下落過程中會(huì)與條形磁鐵磁場(chǎng)充分接觸，且硅油恰到好處的粘度使得鐵粉的下落變得較為緩慢，保證了鐵粉被條形磁鐵磁化的時(shí)間足夠.最終效果如圖6所示，旋轉(zhuǎn)展示臺(tái)，使學(xué)生能清楚地看到條形磁鐵周圍磁場(chǎng)的空間分布.

圖6

2 開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，服務(wù)課堂教學(xué)

前沿科技的進(jìn)步，帶動(dòng)了教育技術(shù)的發(fā)展.傳感器、同屏技術(shù)、VR等一系列的手段進(jìn)入了課堂，大大豐富了物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的資源.

物理之美，源于生活，物理課堂教學(xué)往往從一種生活現(xiàn)象引向一個(gè)值得探究的科學(xué)問題.但由于教學(xué)場(chǎng)地的限制，有些真實(shí)情境很難讓學(xué)生切身感受，如初中物理中“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”一課的教學(xué).學(xué)生在判斷運(yùn)動(dòng)還是靜止時(shí)，習(xí)慣性地以地面作為參照物而不自知.如何創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到參照物和參照物選擇的重要性呢？借助教育技術(shù)的東風(fēng)，筆者開發(fā)了一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).用無線攝像頭進(jìn)行參照物教學(xué).實(shí)驗(yàn)器材為長(zhǎng)木板、兩塊白色塑料板（一塊畫有條紋）、小車、小紅旗、迷你無線攝像頭、旋轉(zhuǎn)臺(tái).

將無線攝像頭連接電腦，和紅旗一起固定于小車上，使得紅旗能出現(xiàn)在攝像頭視野中.如圖7所示.搭建小車運(yùn)動(dòng)的軌道，長(zhǎng)木板模擬路面，將兩塊白色塑料板豎立于木板兩側(cè).如圖8所示.

圖7

圖8

將攝像頭正對(duì)無條紋的塑料板一面，打開攝像頭，使學(xué)生觀察大屏幕中攝像頭視野，推動(dòng)小車，圖9和圖10為間隔8s后兩幅視野照片.詢問學(xué)生小車是否運(yùn)動(dòng)（由于塑料板遮擋視野，學(xué)生無法看到小車的運(yùn)動(dòng)情況，只能根據(jù)攝像頭拍攝畫面判斷）.

圖9

圖10

學(xué)生回答小車未動(dòng)，因?yàn)榧t旗在視野中位置未發(fā)生改變（此時(shí)學(xué)生默認(rèn)以紅旗為參照物，來判斷小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）.旋轉(zhuǎn)展臺(tái)，發(fā)現(xiàn)小車到了另一側(cè)，說明小車運(yùn)動(dòng)了，引發(fā)認(rèn)知沖突.

將攝像頭正對(duì)有條紋的塑料板一面，再次實(shí)驗(yàn)，圖11和圖12為間隔12s后兩幅視野照片.詢問小車是否運(yùn)動(dòng).

圖11

圖12

學(xué)生回答小車運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橐曇爸袟l紋在移動(dòng)（此時(shí)學(xué)生以塑料板上的條紋為參照物）.旋轉(zhuǎn)展臺(tái)，得以證實(shí).對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生深度思考，引出參照物的概念.

引導(dǎo)學(xué)生分析：第1次同學(xué)們說小車“靜止”并非錯(cuò)誤，若以紅旗為參照物，小車的確相對(duì)靜止，因?yàn)榧t旗和小車的相對(duì)位置沒有發(fā)生改變.拿掉擋板后，腦海中出現(xiàn)“小車動(dòng)了”的念頭，是因?yàn)轭^腦中下意識(shí)地又以地面作為參照物，小車相對(duì)于地面的位置發(fā)生了改變，的確也可以說是運(yùn)動(dòng)的.

最后，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的.