演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和自制教具讓課堂更精彩

金慧

1 問題的提出

物理實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的輔助物理教育，也是學(xué)生掌握知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的重要途徑之一.物理學(xué)是一門抽象的，邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎?、?yán)密的體系、嚴(yán)格的推理驗(yàn)證，無一不顯示這一點(diǎn).加之中學(xué)生涉世不深，生活經(jīng)驗(yàn)不足，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)匱乏，因此對(duì)抽象的物理概念、規(guī)律的理解與掌握，往往存在著或多或少、程度不等的困難，這就必須借助教師在課堂上做好演示實(shí)驗(yàn)去補(bǔ)償.通過演示實(shí)驗(yàn)，將抽象的東西形象地展示出來、描繪出來，讓學(xué)生身臨其境、耳聞目睹、親自獲得具體的直接的經(jīng)驗(yàn)，得到清晰的感性認(rèn)識(shí)，從而在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下經(jīng)過分析和推理、歸納和概括、上升到理性認(rèn)識(shí)，形成物理概念，導(dǎo)出物理規(guī)律.所以在物理教學(xué)過程中，演示實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的感性基礎(chǔ)，是學(xué)生加深對(duì)物理概念理解的重要環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學(xué)習(xí)方法的重要途徑.

通過調(diào)查比較，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)主要出現(xiàn)在兩大方面：器材和可操作性，或稱現(xiàn)象不明顯性.器材由于地區(qū)等一些差異，可能有一些學(xué)校一些實(shí)驗(yàn)器材尚未到位，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材又不能滿足中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，導(dǎo)致許多實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，或現(xiàn)有的一些實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)效果不佳、不明顯.鑒于此，筆者認(rèn)為提倡教師積極開展物理自制教具的制作，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足，又能讓學(xué)生體會(huì)到物理就在身邊，物理的實(shí)用性等，二者優(yōu)勢互補(bǔ).演示實(shí)驗(yàn)尚存有以下幾方面的問題：（1）有些實(shí)驗(yàn)的方法缺乏科學(xué)性.如我們熟悉的牛頓管，實(shí)驗(yàn)不可避免的會(huì)出現(xiàn)以下的缺點(diǎn)：將玻璃管倒立的過程中，筒內(nèi)重物具有了初速度；重物在運(yùn)動(dòng)過程中除了受重力以外，還受到器壁的作用力，這三點(diǎn)都與自由落體運(yùn)動(dòng)的定義不吻合.（2）有些實(shí)驗(yàn)操作煩瑣、不易成功.如顯示微小電流方法；（3）還有一些裝置看似簡單的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際操作很難達(dá)到預(yù)期的效果.（4）有些實(shí)驗(yàn)器材在運(yùn)往課堂的途中，容易產(chǎn)生誤差，再進(jìn)行調(diào)節(jié)浪費(fèi)大量課堂時(shí)間，而江蘇高考制度的改革，導(dǎo)致物理課堂時(shí)間有限.如氣墊導(dǎo)軌測速度等.

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

現(xiàn)針對(duì)以上幾種情況，選取了一些效果不理想的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)或進(jìn)行器材自制，以期通過改進(jìn)、自制，使現(xiàn)象明顯，充分發(fā)揮其教育功能.

2.1 給斜面加一塊海綿

在做實(shí)驗(yàn)“測勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”時(shí)發(fā)現(xiàn)帶滑輪一端雖有彈簧，但減速效果不佳，有時(shí)會(huì)造成翻車現(xiàn)象，一次試驗(yàn)過后，小車往往損壞嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確.針對(duì)此情況，對(duì)軌道進(jìn)行改進(jìn)，裝置較簡單，就是在帶有定滑輪的軌道那一端加一塊海綿，這樣減速效果較理想.小車損壞情況基本消除，實(shí)驗(yàn)成功率加大.

2.2 自由落體牛頓管實(shí)驗(yàn)

把羽毛粘上微小鐵屑，玻璃管的頂端按上可以自由取放磁鐵裝置，在玻璃管下端裝有抽氣嘴.這樣改進(jìn)后，鐵片和羽毛就可以被磁鐵吸在玻璃管的頂部，演示時(shí)只要移開頂部的磁鐵，不必翻轉(zhuǎn)玻璃管就可實(shí)現(xiàn)鐵片和羽毛同時(shí)自由下落，克服了用老式牛頓管演示時(shí)所產(chǎn)生的缺點(diǎn)，并可以控制開始下落的時(shí)間，老師演示起來輕松，學(xué)生觀察起來也從容，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、可控性、可見度，通過對(duì)比演示，學(xué)生可以清晰地觀察到，當(dāng)玻璃管內(nèi)有空氣時(shí)，鐵片比羽毛下落的要快，抽掉空氣后，羽毛和鐵片同時(shí)下落，演示效果直觀清晰.

2.3 “超重和失重” 演示實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)改進(jìn)方案

采用簡易趣味的特殊教具來演示“超重和失重”，形象獨(dú)特美妙，其實(shí)驗(yàn)效果遠(yuǎn)非教材上介紹的幾則演示實(shí)驗(yàn)可比.

方案1 找一根鋼鋸條（或折一根富有彈性的竹條，鮮桑條、柳條均可）在其一端系掛一重物（如砝碼、擺球、螺母等）.演示時(shí)，手握鋸條另一端，向上或者向下加速平動(dòng)鋸條，則見鋸條與靜止時(shí)彎曲度的對(duì)比變化明顯，“超重和失重”現(xiàn)象顯見.

方案2 用一礦泉水瓶，在其底部開一個(gè)直徑2cm的小孔（用來通氣和注水），把一塊橡皮膜扎在瓶口上，瓶內(nèi)注入適量的水，實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過觀察水球大小的變化來研究水的超重、失重現(xiàn)象.通過瓶底的小孔向瓶內(nèi)注入半瓶水，使扎在瓶口的橡皮膜尚未形成水球，并讓學(xué)生觀察水球的大?。◣缀鯚o水球），手提瓶子加速上升，可看到橡皮膜突然增大成水球.加速度大的話，橡皮膜將會(huì)破裂，這說明瓶內(nèi)水對(duì)橡皮膜的作用力增大了，水在這種狀態(tài)時(shí)，就是超重現(xiàn)象.向瓶內(nèi)注入半瓶多水，使瓶內(nèi)裝入適量水后，使扎在瓶口處的橡皮膜形成一個(gè)較大的水球，讓學(xué)生觀察水球的大小.然后，讓瓶子從高處自由下落，可觀察到水球消失，這說明瓶內(nèi)的水在自由下落過程中對(duì)橡皮膜沒有壓力，水在這種狀態(tài)下就是失重.

此兩套裝置制作簡單、材料易找，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手欲望.

2.4 溫度對(duì)擴(kuò)散的影響演示器

取兩只50mL的一次性塑料注射器（未經(jīng)醫(yī)藥用過的），把教材中的“滴墨法”改成“吸墨法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，消除了滴墨法中重力所起的作用.吸墨法中墨水在溫度高的熱水中心呈塔形擴(kuò)散，墨水在冷水中成柱形擴(kuò)散現(xiàn)象，可說明分子的熱運(yùn)動(dòng)是吸墨法實(shí)驗(yàn)里清水變色的主要因素.用吸墨法做“溫度對(duì)擴(kuò)散的影響”實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)原理科學(xué)、正確，現(xiàn)象明顯.

3 演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和自制教具的規(guī)律小結(jié)

演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)可以從以下四方面入手：（1）尋求替代，用新器材玩具代替舊的實(shí)驗(yàn)儀器，提高演示效果；（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)思想，改變演示實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方式，增加實(shí)驗(yàn)的趣味性；（3）根據(jù)需求增設(shè)新實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)；（4）羅列舊實(shí)驗(yàn)舊儀器的缺點(diǎn)，尋求改進(jìn)的方案，呈現(xiàn)最佳演示方案.

合理改進(jìn)、活用自制教具可以使教師用新實(shí)驗(yàn)來更好地說明一些抽象的物理規(guī)律，疑難的知識(shí)點(diǎn)，有效地創(chuàng)設(shè)問題情景，使物理實(shí)驗(yàn)與教學(xué)實(shí)際更緊密地結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，從而使老師教得更輕松；同時(shí)又增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性、直觀性、形象性和科學(xué)性，使學(xué)生學(xué)得更有勁.