朱亞萍 秦 毅

(江蘇省宜興市實(shí)驗(yàn)中學(xué),江蘇 無錫 214206)

·實(shí)驗(yàn)研究·

創(chuàng)新路 不高冷
——由一節(jié)公開課引發(fā)的實(shí)驗(yàn)器材改良

朱亞萍 秦 毅

(江蘇省宜興市實(shí)驗(yàn)中學(xué),江蘇 無錫 214206)

本文以一節(jié)公開課——蘇科版九年級(jí)物理“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”為例，從課中的三個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)入手，本著對(duì)學(xué)生主體地位的認(rèn)可，教師開展了一系列的實(shí)驗(yàn)器材改良，取得顯著的教學(xué)效果.作者用事實(shí)說明，只要想做、愿做、并且動(dòng)手去做，一定能走出一條屬于我們教師的教學(xué)創(chuàng)新之路.

初中物理；公開課;實(shí)驗(yàn)器材;改進(jìn)和創(chuàng)新

眾所周知,中學(xué)物理教學(xué)必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ).加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)不僅是向?qū)W生傳授知識(shí)的需要,而且是培養(yǎng)學(xué)生能力和良好品德、形成科學(xué)世界觀的需要.可以說離開了物理實(shí)驗(yàn),物理教學(xué)的目的和任務(wù)是難以完成的.新一輪課程改革也把培養(yǎng)學(xué)生的探究能力作為物理課程的核心目標(biāo).然而在教學(xué)實(shí)踐中,不少冠以“探究性”“實(shí)踐性”“創(chuàng)新性”等新名詞的探究教學(xué)在本質(zhì)上仍是“填鴨式”“灌輸式”“講解式”的,究其根源，往往與教材配套實(shí)驗(yàn)器材的缺乏和探究效果差強(qiáng)人意等因素分不開.為了更好地開展物理教學(xué),讓教學(xué)取得更為理想的效果,就必須確保實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的到位.雖然目前學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)儀器較前幾年已經(jīng)有了不小的改進(jìn),但實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和創(chuàng)新仍然是永恒的話題.

一線物理教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中,使用那些原有的統(tǒng)一配發(fā)的實(shí)驗(yàn)器材時(shí),經(jīng)常會(huì)碰到這樣那樣的問題,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果并不理想.幾乎所有的物理教師都已經(jīng)意識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性,實(shí)驗(yàn)器材的改良迫在眉睫.然而人的惰性似乎是與生俱來的,加之平時(shí)上班除了正常的上課、備課、批改作業(yè)之外,還有數(shù)不清的各類表格、計(jì)劃和總結(jié)要寫.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)是一項(xiàng)不僅費(fèi)腦力而且費(fèi)時(shí)間、費(fèi)精力的工作,甚至還可能費(fèi)錢,看上去屬于“可做可不做”的工作就一而再、再而三地?cái)R置了.針對(duì)蘇科版“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”的教學(xué),我們?cè)趯?shí)驗(yàn)器材方面進(jìn)行了改進(jìn).而真正促成這一好事的,竟然是接到了開設(shè)一節(jié)公開課的任務(wù).

公開課在各層各級(jí)都有開設(shè)，開設(shè)公開課的好好壞壞,眾說紛紜.然而這一次,我們卻從中獲得了很久以來不曾出現(xiàn)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材的勇氣和動(dòng)力.蘇科版中“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”一節(jié),教材編寫重點(diǎn)突出,合理得當(dāng)，從教學(xué)內(nèi)容的編排和設(shè)計(jì)上很難有所突破.于是,我們將課堂亮點(diǎn)的設(shè)置瞄準(zhǔn)到實(shí)驗(yàn)和器材的改進(jìn)和創(chuàng)新上.

本節(jié)的實(shí)驗(yàn)有三個(gè):探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)，探究重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)，以及粗略了解彈性勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān).我們對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)器材和方案都有了不同程度的改進(jìn)和創(chuàng)新.下面就這三個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前和改進(jìn)后的情況,一一表述.

1 探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)

探究影響動(dòng)能大小的因素是初中物理的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),做好這個(gè)實(shí)驗(yàn),有助于學(xué)生對(duì)能量、動(dòng)能的概念產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí),進(jìn)一步加深對(duì)控制變量法、轉(zhuǎn)換法的理解和應(yīng)用.

通常的實(shí)驗(yàn)方案就是教材上的做法，如圖1所示，先讓一輛小車從同一斜面的不同高度由靜止滑下,撞擊靜止在水平面上的同一木塊,觀察、比較木塊被撞擊后移動(dòng)距離的長(zhǎng)短,從而得出小車的動(dòng)能與小車的速度大小的關(guān)系;然后改變小車的質(zhì)量(通過在小車上增加砝碼),讓小車從同一斜面的同一高度由靜止滑下,撞擊靜止在水平面上的同一木塊,觀察、比較木塊被撞擊后移動(dòng)距離的長(zhǎng)短,從而得出小車的動(dòng)能與小車的質(zhì)量大小的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)操作過程中存在的問題為:(1) 斜面和水平面是由相同厚度的兩塊木板搭建而成,占地面積大,而且容易發(fā)生移動(dòng)和散架;(2) 小車從斜面上滑下時(shí)容易跑偏,導(dǎo)致撞擊木塊的角度有偏差,甚至還沒有撞到木塊,小車已經(jīng)滑出了斜面(如圖2).

我們將一薄木板在長(zhǎng)度的四分之一處進(jìn)行一定程度的彎折,使其成為一個(gè)帶有固定斜面的跑道,并利用電工用來串電線的塑料管釘在薄木板兩側(cè),作為跑道的擋板.小車在有擋板的斜面上滑動(dòng),它當(dāng)然就滑不出去了.為了保證小車能正對(duì)木塊撞擊,我們還特地將木塊的寬度截成和跑道的寬度相同，這樣改進(jìn)后,不僅增加了器材的整體性,而且提升了實(shí)驗(yàn)的可操作性(如圖3).

圖3

我們做了幾套上述的器材后,感覺制作過程有些繁瑣,而且實(shí)驗(yàn)室的小車也不是很多,開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)還是有難度.于是進(jìn)一步思考,能否制作出更簡(jiǎn)易、更方便的器材呢？經(jīng)過認(rèn)真思考和多次嘗試,發(fā)現(xiàn)塑料管可以解決問題，我們選用了粗一些的PVC塑料管,對(duì)它進(jìn)行一定的切割和彎折,讓它直接變身成帶有軌道的跑道.這個(gè)跑道比原來的木制跑道更光滑,實(shí)驗(yàn)效果更好.用大小相同、材料不同的小球從斜面上滾下,撞擊與軌道完全貼合的圓柱形木塊.這次改良大獲成功,實(shí)驗(yàn)效果很好(如圖4).

圖4

2 探究重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)

教材中采用模擬打樁的實(shí)驗(yàn),即用木塊充當(dāng)重錘從空中落下,擊打放在沙面上的小桌,根據(jù)小桌陷入沙中的深度來判定木塊重力勢(shì)能的大小.實(shí)驗(yàn)中先是選用質(zhì)量不等的木塊從相同的高度落下,后又用同一木塊從不同高度落下,以此來研究質(zhì)量和被舉高的高度這兩個(gè)因素對(duì)重力勢(shì)能的影響.

實(shí)驗(yàn)的原理是沒有任何問題的,可實(shí)際操作過程中碰到了如下問題:(1) 質(zhì)量不等,且質(zhì)量區(qū)別不能太小的木塊至少要有三塊,不僅不容易獲取,而且需要的器材數(shù)量多;(2) 木塊從高處落下,擊打放在沙面上的小桌,這個(gè)過程中木塊容易砸歪,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;(3) 原配的鐵釘作小桌腿的小桌,在擊打過程中,只要木塊的重力勢(shì)能稍大,就很容易完全陷入沙中,而如果木塊的重力勢(shì)能較小,只要是木塊的重力勢(shì)能區(qū)別不大,小桌陷入沙中的深度就很難比較,有時(shí)幾乎看不出來.這樣的話就難以比較重力勢(shì)能的大小了(如圖5).

圖5

如圖6所示，我們改良器材的解決方案為:(1) 木塊可以采用“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中所用木塊,它上面自帶的四個(gè)孔正好用來放置鉤碼,從而實(shí)現(xiàn)分批改變重物質(zhì)量的目的,同時(shí)大大減少了實(shí)驗(yàn)器材的數(shù)量,實(shí)現(xiàn)一物多用;

圖6

(2) 針對(duì)木塊從高處落下容易砸歪的情況,我們考慮讓木塊和小桌在同一豎線上,方法是在木塊和小桌的中央分別鉆出一個(gè)圓孔,尺寸略大于鐵架臺(tái)中鐵棒的橫截面積,然后將鐵架臺(tái)的底部埋入沙中,讓小桌和木塊分別穿過鐵棒.這樣,當(dāng)木塊從高處沿豎直的鐵棒落下就一定不會(huì)砸歪;

(3) 既然原配的鐵釘作桌腿的小桌很容易陷入沙中,我們就考慮重做小桌,把桌腿做得上粗下細(xì)，這樣就不容易出現(xiàn)完全陷入的問題.為了便于學(xué)生比較出小桌陷入沙中的深度,我們又在鐵架臺(tái)的鐵棒上粘貼了一張帶有刻度的紙條,為了減小木塊下落時(shí)與鐵棒間的摩擦,也為了保證刻度的經(jīng)久耐用,我們還特地將紙條用膠帶牢牢的封在鐵棒上,整潔又光滑.

3 探究彈性勢(shì)能與彈性形變的關(guān)系

蘇科版教材對(duì)“彈性勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)處理得比較簡(jiǎn)單,本節(jié)課我們把它設(shè)置成一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).如圖7所示，用橡皮筋彈射“紙彈”,改變橡皮筋發(fā)生彈性形變的程度,同時(shí)觀察“紙彈”飛出距離的長(zhǎng)短,從而得出彈性形變的程度越大,彈性勢(shì)能越大的結(jié)論.可初步實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為演示實(shí)驗(yàn),無論是橡皮筋的形變程度還是“紙彈”的尺寸都太小,不利于學(xué)生觀察.如果把這個(gè)實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生實(shí)驗(yàn),能見度當(dāng)然好了,但是學(xué)生人人都在發(fā)射“紙彈”,不僅不利于教師對(duì)課堂的掌控,而且教室的整潔也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題.所以,還是只能在演示用的器材上動(dòng)腦筋.于是,我們對(duì)橡皮筋進(jìn)行了一定的手工編制,把若干根橡皮筋編成了一條粗的橡皮條.然后把橡皮條的兩端固定在一塊木板上,而且在木板的表面畫上刻度,并標(biāo)上數(shù)字,這樣相當(dāng)于在木板上安裝了一把刻度尺,橡皮條的形變程度就得到量化,一目了然.當(dāng)然,由于橡皮條的威力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單根的橡皮筋,我們換用了大個(gè)的“紙彈”,提升了可觀測(cè)性(如圖8).

這堂公開課上下來,別的暫且不論,僅實(shí)驗(yàn)效果一項(xiàng)是大獲全勝的.這項(xiàng)成績(jī)的取得來源于我們教師課前在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的不斷嘗試,來源于我們教師事先在實(shí)驗(yàn)器材上的不斷改良,來源于我們教師在心底對(duì)學(xué)生主體地位的認(rèn)可.這次實(shí)驗(yàn)器材的改良成功告訴我們:創(chuàng)新路,不高冷!只要想做、愿做、動(dòng)手去做,一定能走出一條屬于自己的道路.

劉炳昇,魏日升.初中物理教師實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社,1989.