韓春福　劉云峰

摘 要：教科版物理八年級上冊第三章第一節(jié)和人教版物理第一章第一節(jié)都有所提及的“真空鈴”實(shí)驗(yàn)，是大家都熟知且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的目的是為得到聲音的傳播需要介質(zhì)、真空不能傳聲的結(jié)論，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在設(shè)計(jì)缺陷，不能直接說明原理。本文通過改進(jìn)“真空鈴”實(shí)驗(yàn)，以求更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)功能。

關(guān)鍵詞：“真空鈴”實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);接觸介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生了解自然世界的一種重要方式，它能模擬或真實(shí)再現(xiàn)在一定物理?xiàng)l件下的某個(gè)物理過程，從而得到某一條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)論或規(guī)律。對于物理實(shí)驗(yàn)來說，如果條件約束不夠嚴(yán)謹(jǐn)，那么得出的結(jié)論就不具有普遍性，因此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理十分重要，要充分考慮實(shí)驗(yàn)的各方面條件。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展體現(xiàn)了物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，它激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生動手操作、小組合作、觀察思考、歸納總結(jié)、應(yīng)用能力和科學(xué)探索精神。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)中體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、具體與抽象相結(jié)合教學(xué)原則的重要實(shí)施方法。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證物理規(guī)律、理論的標(biāo)準(zhǔn)。因此，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中有著不可替代的重要地位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠幫助學(xué)生在積累知識的過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，同時(shí)也能夠加深對物理知識的理解。物理實(shí)驗(yàn)還可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，能幫助學(xué)生更好地從形象思維向抽象思維過渡，認(rèn)真做好物理實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的巨大作用，大力挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛力，可明顯地提高教學(xué)效果。這已經(jīng)在物理學(xué)術(shù)界和廣大物理教師群體達(dá)成相當(dāng)廣泛的共識。

物理學(xué)是一門非常有趣味、有實(shí)用價(jià)值的學(xué)科， 神奇而又有趣的物理實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對物理課堂充滿了期待和向往甚至于興奮，因?yàn)橛泻芏辔锢韺?shí)驗(yàn)都是學(xué)生在自己的生活中沒有親歷過的，超過學(xué)生想像空間范圍的，在學(xué)生潛意識中并不存在的它們時(shí)時(shí)刻刻刺激著學(xué)生們探究神秘物理世界奧秘的欲望，挑撥學(xué)生敏感的求知神經(jīng)。因此，八年級物理開篇伊始涉及實(shí)驗(yàn)的課程，把物理學(xué)中“聲現(xiàn)象”這一章節(jié)作為物理教學(xué)的開始，能夠使學(xué)生在真正學(xué)習(xí)物理時(shí)依然保持對物理的濃厚興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，一切課程目標(biāo)都只有通過學(xué)生的學(xué)習(xí)才能實(shí)現(xiàn)。調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是決定教育和課程是否有效、高效的關(guān)鍵，這為以后學(xué)習(xí)其他物理知識起到積極的引路搭橋作用，尤其本節(jié)課中設(shè)計(jì)的物理實(shí)驗(yàn)更是讓學(xué)生知道，實(shí)驗(yàn)是叩開物理知識大門的一把金鑰匙，一條走進(jìn)科學(xué)殿堂的有效之路。由于物理書中原有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中或多或少存在著某些缺陷，導(dǎo)致在邏輯推理中存在著某些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊兀虼?，有必要對某些物理?shí)驗(yàn)的缺陷進(jìn)行改正，從而使實(shí)驗(yàn)過程更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，說理性更強(qiáng)。筆者通過多方論證、反復(fù)實(shí)踐、多次探索，對“聲音的傳播需要介質(zhì)”這個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行大幅改進(jìn)，從而讓實(shí)驗(yàn)過程更為嚴(yán)謹(jǐn)，讓學(xué)生更加能從實(shí)驗(yàn)中得到應(yīng)該得到的結(jié)論，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的探索精神。

二、傳統(tǒng)“真空鈴”實(shí)驗(yàn)的缺陷

在教科版初中物理八年級上冊第三章第一節(jié)“認(rèn)識聲現(xiàn)象”一課中，編者設(shè)計(jì)了“真空鈴”實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證“聲音的傳播需要介質(zhì)”?！罢婵这彙睂?shí)驗(yàn)就是把一個(gè)制作好的電鈴放在玻璃罩內(nèi)，接通電源，讓電鈴發(fā)出穩(wěn)定的聲音，保持響度不變，然后用電動抽氣機(jī)向外緩慢地抽出里面的空氣（達(dá)不到真空程度），最后關(guān)閉閥門。學(xué)生與玻璃罩保持一定的距離不動，來感知聲音發(fā)生的變化，學(xué)生的直接感觀和聽覺印象是聲音變小了，能讓學(xué)生想到聲音變小的原因是因?yàn)槌槌隼锩娴囊恍┛諝夂螅Ａд掷锩娴目諝庾兊孟”×?，傳聲的一種介質(zhì)發(fā)生了變化，打開閥門，再向內(nèi)緩慢通氣，再仔細(xì)聽聲音的變化，感覺到聲音逐漸變大，使學(xué)生再次意識到，聲音的變大是因?yàn)榭諝庾兌嗨?，從而讓學(xué)生知道空氣的多少對聲音的影響。這個(gè)實(shí)驗(yàn)吊足了學(xué)生的胃口，學(xué)生通過仔細(xì)觀察、認(rèn)真思考、積極合作，充分發(fā)表自己的看法，并能初步得出這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

但是在學(xué)生最后總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，仍然有部分學(xué)生提出本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，就是“真空鈴”安放在玻璃罩中時(shí)與實(shí)驗(yàn)裝置的底座還有物理接觸，存在剛性連接，傳聲介質(zhì)不完全是空氣一種，還有通過電鈴與底座的固體（見圖1），而且電鈴如果事先發(fā)聲，蓋上玻璃罩后聲音會明顯減小，這就讓學(xué)生產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)覺，認(rèn)為固體傳聲的效果反倒不好。為此筆者針對課本中“真空鈴”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而避免了以上缺陷。

三、改進(jìn)“真空鈴”實(shí)驗(yàn)的方法

筆者重新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)改進(jìn)之處，分別就以上方面進(jìn)行最大程度的減小干擾，減少學(xué)生誤判的可能性。

改進(jìn)之處一：

可以自行購買一個(gè)210g左右的無線藍(lán)牙音箱，再從網(wǎng)上購置一個(gè)磁懸浮玩具裝置（需要選擇好承重較大，可以自行開發(fā)成放置不同物體懸浮做成工藝品的，懸浮物是一個(gè)承重底座的），如果磁懸浮裝置需要外部供電，這時(shí)候就要對此實(shí)驗(yàn)裝置自己動手改造，可以用一個(gè)由18650電池（此電池電流大，容量大，可以工作的時(shí)間較長）組合的電池盒對此裝置供電，千萬要記住電池盒提供的電壓一定要與此裝置的電壓相匹配。每節(jié)18650電池提供的電壓為3.7V，最高4.2V，如果提供電壓為12V，則需要3節(jié)18650電池串聯(lián)，總電壓要低于裝置額定電壓，否則容易引起裝置的不正常工作，甚至燒壞。還有一點(diǎn)是這個(gè)裝置自帶內(nèi)外部接線端子，這種改造就非常容易了，只需要內(nèi)部端子導(dǎo)線接到裝置上，外部接到電池盒上即可。改動完成后，如圖2所示，把自購小音箱固定在懸浮物體上，這樣音箱與外面的連接介質(zhì)就只有空氣了，也就可以驗(yàn)證空氣稀薄到真空時(shí)的邏輯推理關(guān)系，就能克服上面提到的第一種缺陷。

改進(jìn)之處二：

由于蓋上玻璃罩后，聲音變小，可以設(shè)計(jì)在原來的基礎(chǔ)上，用腰麥（可以用教師上課用的小型腰掛式無線功放器）的無線話筒放在內(nèi)部與外面的擴(kuò)音器進(jìn)行無線連接，把拾得的聲音適當(dāng)放大，這樣就可以避免蓋上玻璃罩后聲音減小的情況出現(xiàn)。

使用方法：

把裝置按前面所說統(tǒng)一裝配好，為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)做好所有準(zhǔn)備工作。通過手機(jī)控制將無線藍(lán)牙音箱打開，播放響度均勻的音樂，避免因原聲的響度變化影響到實(shí)驗(yàn)過程中對其他影響因素的判斷。當(dāng)可以聽到外面的功放器播出的響亮的音樂后用手動或電動抽氣機(jī)緩慢抽出玻璃罩內(nèi)的空氣，可以通過外面的功放器聽到聲音逐漸的變小，甚至逐漸消失，說明聲音的傳播需要介質(zhì)，再將空氣放入，聽到聲音又逐漸變大，進(jìn)一步印證了聲音的傳播需要介質(zhì)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置需要有很強(qiáng)的動手操作能力，把不同的科技裝置以某種方式組合連接。做到利用磁懸浮裝置，去掉了固體之間連接是這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的最巧妙之處。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)際演示，效果非常明顯，規(guī)避了各種不嚴(yán)謹(jǐn)因素，最主要是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀，說理性也更強(qiáng)，更能從原理上、過程上說明問題。而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論也更加容易，現(xiàn)象和結(jié)論的邏輯關(guān)系更加清晰明了，對原來實(shí)驗(yàn)改進(jìn)科學(xué)合理，也對以后其他實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)會有更加積極的促進(jìn)意義。實(shí)驗(yàn)來自于科學(xué)事實(shí)，要本著實(shí)事求是的精神，這樣才能得到令人信服的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)也是本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)最大的亮點(diǎn)，是聲源與外界之間接觸的只有空氣，而不是原來氣體和固體的混合體，讓學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論不再感到疑惑。在對學(xué)生評價(jià)時(shí)除了“結(jié)”內(nèi)容的目標(biāo)性和科學(xué)性，還要關(guān)注“結(jié)”的方式，是教師總結(jié)或是教師帶領(lǐng)學(xué)生一起總結(jié)，還是學(xué)生自己總結(jié)之后交流，不同形式的“結(jié)”有不同的能力體現(xiàn)與提升點(diǎn)。能讓學(xué)生自己順利總結(jié)出的，教師就不要主動包辦。實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新一直是一線教師和研究團(tuán)體永遠(yuǎn)的追求，我們將保持對此的初心和激情，奮斗在改進(jìn)和創(chuàng)新的道路上。