知識 趣味 探究
——物理趣味實驗的設(shè)計

康良溪

（廈門同安第一中學(xué) 福建 廈門 361100）

科技游園活動中的趣味物理實驗部分，是課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充與延伸，是開放實驗室的一種形式，也是科技游園活動的重頭戲.設(shè)計、組織良好的趣味物理實驗，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)賞心悅目、富有情趣的物理意境，誘發(fā)他們?nèi)ニ伎寂c探究，并對實驗現(xiàn)象或結(jié)果作出科學(xué)的解釋，不僅能幫助他們復(fù)習(xí)、記憶、理解學(xué)過的物理知識，培養(yǎng)聯(lián)系實際的能力，而且還能開闊眼界，豐富知識，吸引其探索新的物理現(xiàn)象和規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的志趣，同時也會給他們留下終身難忘的印象.下面擬談我們在實驗的設(shè)計上主要做的幾方面工作.

1 精選與設(shè)計適合游園活動的趣味實驗

趣味性是科技活動的重要特點，科技活動就是要讓青少年在娛樂中受教育，在愉快的氣氛中把學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)這一艱苦的智力活動，由好奇、興趣轉(zhuǎn)化為喜好、熱愛、追求，進(jìn)而上升為自覺探索.為此，我們抓住學(xué)生好奇的心理，巧妙地設(shè)計、組織、表演新奇有趣的實驗，使他們在愉快的氣氛中探討問題，接受知識.例如，表演手立雞蛋（圖1）.

圖1 表演手立雞蛋

學(xué)生會想：橢圓形雞蛋怎樣立起來？表演者用手扶著雞蛋，不停地輕旋著，雞蛋立起來了！提出問題：手立雞蛋包含什么物理知識？請學(xué)生參與，一旦表演成功還可以獲一份獎品.于是學(xué)生就自動排隊等候，躍躍欲試.

趣味實驗設(shè)計的要求：

（1）項目實驗表演的時間不宜過長，因為是活動，表演人員流動性大；

（2）選擇較大的場地，因為參加活動的人不僅有主持人，有參與做實驗的同學(xué)，每次做實驗都有一個或多個同學(xué)，而且旁邊還會圍著許多觀眾；

（3）實驗的可見度要高，要能夠使所有參與人員都觀察清楚，即能把物理過程的變化現(xiàn)象或規(guī)律清晰展示出來；

（4）提供的器材要大一些，不能過于微小，因為場地大，人員多；

（5）被觀察或感受的主體對比要強(qiáng)烈，要有明顯的效果，例如，通過聲音、色彩、圖像等手段來表現(xiàn)；

（6）要確保實驗儀器在活動期間不出或少出故障，實驗操作方法除了技巧外，不能繁瑣；

（7）實驗的難易程度要適宜且要有安全性.難度小，學(xué)生不易有興趣；難度大，學(xué)生易失去興趣，不愿意再探究下去.

圖2 感受自感現(xiàn)象

例如“自感現(xiàn)象”實驗游戲，參加人數(shù)可以是5個、10多個或是全班學(xué)生，大家手拉手，首尾的學(xué)生各自用一只手接觸串聯(lián)電池的兩端.當(dāng)開關(guān)閉合后再斷開，結(jié)果大家沒有異常感覺.而當(dāng)在電路中并聯(lián)一個鎮(zhèn)流器，電路如圖2（a），當(dāng)開關(guān)閉合后再斷開，學(xué)生有觸電的感覺，幾乎同時叫或跳了起來，但不危險.學(xué)生感到這個物理實驗的刺激性、趣味性，又了解其中蘊涵的物理知識，可謂終身難忘！學(xué)生實驗如圖2（b）.

在歷史上，刺激的實驗游戲，如大家所熟知的馬德堡半球?qū)嶒?，旨在證明有大氣壓力存在.1654年5月8日，德國馬德堡市的市民們看到一件令人既驚奇又困惑的事情：他們的市長奧托·格里克把兩個直徑30多厘米的空心銅半球緊貼在一起，用抽氣機(jī)抽出球內(nèi)的空氣，然后用兩隊馬向相反的方向拉兩個半球，“連16匹馬都不能把它們拉開……”市民們驚奇地問：“是什么力量把它們壓合得這么緊呢？”……又如，最壯觀的是18世紀(jì)法國人諾萊特在巴黎一座大教堂前所做的表演，諾萊特邀請了路易十五的皇室成員臨場觀看萊頓瓶的表演，他讓700名修道士手拉手排成一行，隊伍全長達(dá)900 ft（約275m）.然后，諾萊特讓排頭的修道士用手握住萊頓瓶，讓排尾的握瓶的引線，一瞬間，700名修道士，因受電擊幾乎同時跳起來.在場的人無不為之口瞪目呆，嘆為觀止.諾萊特以令人信服的證據(jù)向人們展示了電的巨大威力.

總之，精心設(shè)計與組織趣味性強(qiáng)的物理實驗，讓物理科技游園活動呈現(xiàn)的許多新奇的物理現(xiàn)象和近代技術(shù)，自然地引起學(xué)生濃厚興趣，激發(fā)他們的探究心理；活動一旦有收獲，有創(chuàng)新，就會使興趣穩(wěn)定，就會繼續(xù)探究，從而開發(fā)智力，提高能力，起到“興趣是最好老師”的作用.

2 設(shè)計集知識 趣味 探究于一體的實驗

趣味物理實驗集知識性、趣味性和探究性為一體.在物理實驗表演與探究中，趣味性是手段，不是目的，使學(xué)生在輕松、愉快的情境中汲取知識，培養(yǎng)對物理的興趣和探索精神才是目的.我們切不可盲目地一味地追求趣味性，把實驗表演搞成一出毫無思想的鬧劇.我們要把表演與探究有機(jī)地結(jié)合好，設(shè)計實驗項目必須注意這些關(guān)系.運用趣味性設(shè)計方式，力求使活動內(nèi)容和形式生動、風(fēng)趣、幽默，以“新”引趣，以“創(chuàng)”引趣，以“疑”引趣，在趣中長智.例如，氣懸球?qū)嶒灒ɑ蚪袣饬黜斍驅(qū)嶒灒瑘D3），我們設(shè)計許多問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，使他們得到訓(xùn)練思維、增長知識的機(jī)會.

圖3 氣流頂球?qū)嶒?/p>

（1）問題思考與探究

1）為什么乒乓球（或氣球）會被鼓風(fēng)機(jī)吸??？

2）試分析乒乓球（或氣球）懸浮在空氣中應(yīng)用了什么原理.

3）試分析乒乓球（或氣球）浮在空氣中時的受力情況和球周圍的氣壓大小.

4）如果氣流豎直向上吹，球?qū)鯓?？此時受力情況又是怎樣？

5）為什么球同時在旋轉(zhuǎn)？為什么它會隨氣流（氣柱）在移動？在生活或生產(chǎn)中，有哪些地方，哪些東西利用了這一原理？或者說哪些生活、自然現(xiàn)象可以用這一原理來解釋？

（2）知識運用

1）氣壓的變化對物體的作用力；

2）空氣浮力的工作原理；

3）伯努利原理在氣體中的應(yīng)用.

像類似實驗，通過“新奇”現(xiàn)象，教師創(chuàng)設(shè)“疑問”，引出趣味，備受學(xué)生青睞.它有三個特點：

（1）所要研究的現(xiàn)象，貼近生活，學(xué)生有親切感，易于引發(fā)他們通過實驗去了解其中蘊涵的物理原理；

（2）實驗現(xiàn)象新奇，似乎與情理相悖，但它趣味誘人，能激發(fā)學(xué)生的好奇心，引發(fā)他們探究的欲望.教師可以設(shè)計許多問題供學(xué)生思考，學(xué)生可以在探究過程中得到求知的滿足；

（3）實驗器材簡單，實驗條件及難度不高.

綜上特點，我們設(shè)計集知識、趣味、探究于一體的實驗為學(xué)生提供探究性學(xué)習(xí)，最終目的是讓學(xué)生對物理實驗探究性本質(zhì)的理解和提高探究能力，也讓他們的興趣在科學(xué)探究的活動中得到發(fā)展.

3 精心組織活動 激發(fā)學(xué)生主動參與

在設(shè)計活動項目時，為了激發(fā)學(xué)生的主動性與參與性，我們根據(jù)學(xué)生求知欲強(qiáng)、活潑好動的特點，積極創(chuàng)造輕松、民主的氛圍，增強(qiáng)表演者與觀眾的互動關(guān)系，鼓勵學(xué)生主動參與.例如，事先讓學(xué)生自主報名當(dāng)節(jié)目主持人，每個節(jié)目1～3人，然后對主持人進(jìn)行集中培訓(xùn)，讓他們自主進(jìn)行操作.

我們要求主持人把節(jié)目主持得生動、火爆，以吸引更多的觀眾參與.每個節(jié)目都設(shè)有展板，主持人要結(jié)合展版上的節(jié)目簡介，編好解說詞，認(rèn)真考慮使實驗表演與適時的解說有機(jī)地結(jié)合起來.解說對觀眾的觀察、思考等活動起著導(dǎo)向作用，應(yīng)力求簡潔、風(fēng)趣，富有啟發(fā)性.做到動情的介紹，精彩的實驗，創(chuàng)造高潮迭起的效果，吸引同學(xué)來參與，把知識性寓于趣味性、探索性中，使觀眾流連忘返，回味無窮.

我們還規(guī)定實驗表演與探究和游戲的規(guī)則，要求學(xué)生（參與的觀眾）在表演開始前，說出對實驗結(jié)果的預(yù)測，實驗結(jié)束后，對現(xiàn)象進(jìn)行解釋，允許并鼓勵有不同的見解.觀眾參與不僅要會表演，還要了解儀器的結(jié)構(gòu)，能說出其中的物理規(guī)律或知識，能按規(guī)則完成實驗游戲并回答相關(guān)問題就給他一份獎品.

我們組織的科技游園活動 ——趣味物理實驗部分，設(shè)計了30余個以中學(xué)物理知識為背景的實驗.這些實驗簡單易于操作、趣味性極強(qiáng)，在走廊、操場這些寬敞場地擺出，參與者不僅過了“游戲癮”，還消除了對理科實驗的畏懼心理，建立起對物理學(xué)的興趣.教師們說：“讓學(xué)生玩這些東西，動手又動腦，和那些幾百上千元的儀器一樣，對培養(yǎng)學(xué)生來講都是不可缺少的.”學(xué)生有的說，學(xué)校的科技活動給了他們展示才能的機(jī)會，也給了他們動手制作的信心，在參與中豐富了課外知識，受益匪淺；有的說是校園濃厚的科技氛圍培養(yǎng)了他們的興趣，提高了他們的實踐能力和科學(xué)素養(yǎng).