“出錯”的自制物理器具

王旭

摘 要： 通過學(xué)生自制物理教具過程中出現(xiàn)的問題鞏固及再深化掌握的知識，并獲取新知。

關(guān)鍵詞： 自制 矛盾 反思

若說西方教育思想的集大成者，毫無疑問非杜威莫屬。這位實用主義哲學(xué)家的教育理念影響甚廣，直到現(xiàn)在都是教育史上的權(quán)威。

杜威有三句教育名言，其中第三句解釋了怎么進行教育：“在做中學(xué)?！倍磐睦碚撜J為，你要想學(xué)一個東西，唯一的方法就是去做，親自體驗。所以我一直很提倡自制物理器具，不僅是教師的自我要求，還是增強教學(xué)效果的好方法，同時教師自制物理器具可以極大帶動學(xué)生自制物理器具的積極性和能動性，自制物理器具在使用中會出現(xiàn)一些問題，這些問題的解決就是杜威“在做中學(xué)”理論的實踐。

一

下面以一次學(xué)生自制液體壓強演示器的經(jīng)歷談下我的淺見。

新課程改革將影響液體內(nèi)部壓強大小的因素作為探究教學(xué)典型。我校所用蘇科版物理8年級下冊84頁課后“WWW”第3題安排了一個小實驗，用礦泉水瓶探究液體內(nèi)部壓強大小與液體深度的關(guān)系。我因為一直很注意培養(yǎng)學(xué)生自制物理器具能力，所以布置了一個探究任務(wù)，讓學(xué)生回去之后利用身邊器材自制物理器具以探究液體內(nèi)部壓強大小與液體深度的關(guān)系。

大部分學(xué)生回去后經(jīng)過一番思考，動手自制了物理器具，得到了較為明顯的實驗現(xiàn)象，根據(jù)所學(xué)液體壓強規(guī)律，“小孔位置越靠近瓶底？（即小孔的位置越低），水柱噴得越遠”這一現(xiàn)象有力地說明了液體壓強隨深度的增加而增大，學(xué)生由此鞏固了相關(guān)壓強知識。然而由于物理實驗受很多因素影響，學(xué)生在獨立實驗過程中看到的實驗現(xiàn)象，得出的實驗結(jié)論，與上面結(jié)論不符，使很多學(xué)生陷入困惑。由此，我展開了教學(xué)反思，自制物理器具在使用中出現(xiàn)問題后要如何處理，是一味批評學(xué)生制作出錯還是積極研究出現(xiàn)的問題呢？我想所有老師都會不假思索地選擇后者，所以對本次自主探究實驗進行了如下研究。

首先展示一部分學(xué)生得出正確結(jié)論的實驗現(xiàn)象。由圖可見，小孔的位置越低（即水深越深），水柱噴得越遠（即壓強越大）。然后是讓學(xué)生覺得液體壓強知識結(jié)論錯誤的實驗現(xiàn)象演示，如下圖：

我們發(fā)現(xiàn)位置越低的小孔噴出的水柱反而越近。

自制物理器具使用中極易出現(xiàn)與所學(xué)知識相矛盾的地方，這個時候教師必須特別重視，不能隨意否認學(xué)生自制物理器具所做的實驗，而要積極考慮為何會出現(xiàn)這種情況。

仔細觀察后發(fā)現(xiàn)：1.位置低的小孔噴出距離的遠近與該小孔在瓶中的位置有關(guān)系。2.小孔在瓶身二分之一處噴出的水柱較遠，在瓶底處噴出的水柱并不遠。3.小孔噴出的水柱距離的遠近與水柱下落時間有關(guān)。

根據(jù)學(xué)過的公式s=vt可得，水柱噴出的距離遠近與水柱噴出的速度和水柱下落時間有關(guān)。小孔位置越低，水柱噴得越急，并不是噴得越遠。深度越深，水柱速度v越大，但水柱下落時間t較小，從而導(dǎo)致小孔深度越深，噴出的水柱距離并不一定遠。

那我們?nèi)绾问顾侣鋾r間相同呢？如何對自制物理器具進行改進呢？

使水柱下落高度相同。在不同深度的小孔下面加一個平板，使平板與小孔保持相同高度。

實際操作中可以在后面背景中增加相應(yīng)水平對比標(biāo)志，如下圖是改進后的實驗效果。

由本次自制物理器具使用中出現(xiàn)的問題，不難發(fā)現(xiàn)物理背后包含的知識內(nèi)容是豐富的，使用自制物理器具時往往會出現(xiàn)與所學(xué)知識相矛盾的地方，這時候正視這些問題，重視這些問題，往往可以提高學(xué)生的能力，正如麥克斯韋提倡的理論，給學(xué)生的物理實驗儀器越精密反而限制學(xué)生知識發(fā)展。鼓勵教師與學(xué)生自制物理器具，解決使用中出現(xiàn)的問題時往往可以更好地提高學(xué)生的知識獲取效率，提高學(xué)生的物理探究能力。

所以我提倡讓學(xué)生動手自制物理器具，當(dāng)發(fā)現(xiàn)親自動手做的物理器具做實驗得出的結(jié)論與猜測不符，激發(fā)學(xué)生認知矛盾，增加實驗趣味性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，接著由老師引導(dǎo)學(xué)生探究自制物理器具的不足或者實驗方案的不足，改進自制物理器具或者創(chuàng)新實驗設(shè)計。

二

以下是我在引導(dǎo)學(xué)生自制物理器具的過程中，學(xué)生遇到的一些問題，在與學(xué)生共同解決過程中收獲頗多。

1.制作土電話

土電話的原理是固體能傳播聲音且傳聲效果較好。

學(xué)生自制土電話后大部分都能很好地使用，加深了學(xué)生對固體傳聲的理解。但也有個別學(xué)生表示制作的土電話并不能很好地使用，我與他們進行了深入探索，一一解開了問題。

有些學(xué)生使用時線沒有拉直，而處于松弛狀態(tài)，則聽的一方就聽不到對方的講話聲，原因是對著杯子講話產(chǎn)生的聲音通過振動方式經(jīng)過筆直的線傳到了另一端，從而使對方接收到聲音，而如果繩子松動，這種振動就不能延續(xù)，從而達不到傳遞聲音的目的。

有些學(xué)生制作時所用的導(dǎo)線材料是各種顏色鮮艷的塑料繩、尼龍、草繩（如下圖），則聽的一方很難聽清講話聲，原因是不同固體傳聲效果有差別，所以土電話制作中，選用金屬絲做導(dǎo)線可以有效提高聽到的聲音響度，這個問題的發(fā)現(xiàn)和解決可以加深同學(xué)對不同物體傳聲效果不同這一知識點的理解。

有些同學(xué)為了體現(xiàn)電話的功效，一人站在屋內(nèi)，一人站在屋外，將土電話伸出窗外，把窗戶關(guān)好進行通話，結(jié)果，聽的一方聽不到對方的講話聲，原因是窗戶關(guān)緊后把中間的導(dǎo)線也緊緊夾住了，此時會阻礙聲波的傳播，故另一方聽不到聲音。

我在一開始建議學(xué)生自制土電話時其實完全沒有想到學(xué)生會有問題，總覺得一個簡簡單單的土電話，隨便做做就好了，然而事實卻是小小的土電話在學(xué)生探索過程中會有許多“美麗的錯誤”，正是這些錯誤讓學(xué)生對知識的理解得到升華。

試想一下，如果學(xué)生沒有自制物理器具，沒有在過程中出現(xiàn)問題，有些知識可能就此錯過，有些細節(jié)可能從此忽略?！俺鲥e的”自制物理器具，在鞏固學(xué)生舊知的同時豐富學(xué)生的知識，查漏補遺。

2.小孔成像

小孔成像的原理是光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，學(xué)生自主探究過程中主要自制下面兩種，一種是小孔成像演示儀，如下圖

制作過程中同樣有學(xué)生出現(xiàn)了問題，如有些同學(xué)用方便的保鮮膜做光屏，無法觀察到像。究其原因是保鮮膜完全透光，無法反射光線進入人眼，另外有些同學(xué)用較厚的白紙做光屏也無法達到效果。為提高光屏成像清晰度，可以考慮給光屏安裝“暗室”，如下圖就是一位學(xué)生完成得很有效的作品。

另一種是在紙板上自制孔洞，利用太陽光，研究小孔成像條件，如下圖：

這個制作一般都能得到小孔成像（與物相同）、大孔成斑（與孔相同）的結(jié)論，但也有學(xué)生遇到奇怪的問題。生：“老師，我在板上挖了較大的三角形孔，在家的時候后面白紙上是三角形的光斑，為什么到學(xué)校做給同學(xué)看的時候變成圓形了呢？”在對學(xué)生自制的物理器具進行檢查及觀察學(xué)生實驗過程后，我發(fā)現(xiàn)了問題，并與學(xué)生一起探討分析。以下是復(fù)原的當(dāng)時實驗現(xiàn)象：

左圖三角形孔離地面較近，地面上是三角形光斑，右圖是同樣的三角形孔離教室內(nèi)墻壁有一段距離，發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)的是圓形光斑。

我相信很多老師都會強調(diào)：如果孔較小，通過孔形成的光斑是小孔成像現(xiàn)象，光斑形狀與孔的形狀無關(guān)；如果孔太大，通過孔形成的光斑不再是小孔成像現(xiàn)象，而是影子的原因，則光斑形狀與孔的形狀有關(guān)，但其實這是在光屏與小孔距離相同的條件下，像此學(xué)生遇到的問題就可以理解，在孔的形狀一定的條件下，如果光屏與小孔的距離較近，通過孔形成的光斑不再是小孔成像現(xiàn)象，而是影子，則光斑形狀與孔的形狀有關(guān)；如果光屏與小孔的距離較遠時，通過孔形成的光斑屬于小孔成像現(xiàn)象，光斑形狀與孔的形狀無關(guān)。

以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的探究活動和自主、合作、探究的學(xué)習(xí)模式已成為新課程改革的重中之重。物理教學(xué)中，我們應(yīng)以自制物理器具為契機，促使實驗教學(xué)以知識為本向?qū)W生發(fā)展為本轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，從而達到提高全體學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的目的。然而在學(xué)生自制物理器具的過程中，難免有各種問題出現(xiàn)，此時切不可用一句“你做錯了”全盤否定學(xué)生，“做中學(xué)”的理論指導(dǎo)我們“出錯”的東西才有解疑的價值，知識不應(yīng)該是生硬傳授的，請重視學(xué)生那些“出錯”，原諒它，包容它，理解它，一起改正它，這將鞏固學(xué)生的舊知，深化學(xué)生的認識，并獲取嶄新的知識。