谈物理教学中的实验设计

李培英

设计合适的实验教学，能使课堂教学达到事半功倍的效果．那么，课堂教学中应如何选取、设计合适的演示实验和学生实验？下面结合实例谈谈如何组织实验教学来提高课堂教学效率.

一、创设情境，设置悬念，引入新课题

在大气压教学中，为了引出大气压的存在，我设计了如下实验.先出示玻璃管，将空烧杯置于玻璃管的正下方，然后向管内倒红色的水，可以看到水从管底流出；然后用左手拿玻璃管，食指紧紧堵住玻璃管的下端，仍然向管内倒水，至满.问学生水为什么不会从下面流出，学生齐声回答：因为管底被手指堵住了.这时我告诉学生，因为手指对管内的水产生向上的压强，支撑住了水，所以水不会从下面流出.接着我问：如果把水管倒立过来，使其开口向下，水会不会流出？学生一致认为水会从水管中流出，因为这时没有手指支撑水柱啦.我慢慢地把水管倒立过来，这时看见红色的水并没有流出来.学生非常惊讶，议论纷纷．为什么水不会流出来？我也夸张地弯腰仔细看看水管，并且说难道水没有重力了吗？学生摇头说，在地球上及地球附近的物体都有重力呀！这时我顺势问学生：那是什么东西支撑住了水呢？学生说没有，我就启发学生是不是有东西我们却看不见它呢？学生马上想到有空气.我就因势利导，说，在管口四周有大量的我们看不见的空气，这些气体起到了手指的作用，堵住了管口，使管内的水老老实实地呆在管内，这说明大气对管底的水面有向上的压强，支撑着水柱.我再问：若我放开手，水柱会怎样？学生抢着回答：不流动，因为大气支撑着水柱.我慢慢放开手，发现水却流出来.我引导学生分析原因，学生在我反复松开手指的示意下，明白大气压同时作用在管的上下水面，上下作用的气压相互抵消，水就会在重力作用下流出来.这样既使学生明白确实存在大气压，也为学生学习大气压在生活中的应用和托里拆利实验打下基础，因此在课堂教学中，教师采用怎样的实验引入课题，是需要仔细切磋和推敲的.

二、实验设计中注重过程，渗透方法教育

课本中的演示实验很多都是验证式实验，缺少设计过程，教学中教师若仅仅依照课本，学生只能是简单地模仿，缺乏主动性.教学中教师要多从方法上指导，让学生明白为什么要这样，遇到类似问题知道怎样处理.例如，在讲“液体压强”时，为了说明液体对容器底部有压强，课本中设计在玻璃管底部包橡皮膜，看橡皮膜的凸出程度.我反问为什么要用橡皮膜，换用塑料纸是否行，马上让学生亲自做一做，学生看到同样情况下橡皮膜凸出厉害，而塑料纸几乎看不出来.这样，学生在设计实验时，把不明显的化为变化明显的，这种方法叫转移法，而且说明为什么刚才做实验时除了包的材料不同外，其他都相同，就是研究问题时只让一个量在变化，这种方法叫控制变量法.学生在此基础上，很容易想到研究液体对容器侧壁是否有压强时，想到在侧壁开口，用橡皮膜包住.这时我又提出问题，大家在做实验时小组之间对比，有什么发现（准备的仪器粗细和开口位置不同，粗的开口偏下，细的开口偏上）.学生说粗的管凸出明显，说明液体多重力大，产生压强大.我又让学生堵住粗管口，倒立过来，再观察橡皮膜凸出情况，学生说没有上次明显.我反问：我把管子倒立过来，难道里面液体的重力变小了？学生异口同声说没变.那么说明我们刚才认为液体重力大，产生压强大是错误的.再仔细观察我倒立前后两次有什么不同，就马上想到，开口处距液面的深度不同．液面对侧壁的压强是否与深度有关系呢？拿出饮料瓶在不同方位，不同深度扎几个小孔，装满水后，看到水从各个小孔射出，这时我指出不同方向不同深度的两个孔，让学生观察，看到下面的小孔射得远，上面的小孔射得近.我总结说，这说明液体对侧壁的压强与深度有关，而且越深压强越大.部分学生马上反应过来说，不对，也许与方向有关，应该在同一方向不同深度扎几个小孔，看水从小孔射出的远近.全班响起掌声.我利用课本中插图发问，潜水员潜入水下不同深度，装备不同，难道液体内部也有压强吗？如何去研究液体内部是否有压强呢？学生马上想到利用橡皮膜，再看橡皮膜的凸出情况．我让学生把带有橡皮膜的试管放入水中，观察橡皮膜的凸出情况，有的小组说，看不清橡皮膜的变化情况.有的小组说，好像橡皮膜向上凹进.这时我引导学生说明橡皮膜在水里，不易观察它的变化情况.怎样转换变成易于观察呢？出示压强计，并且在橡皮膜上用力压，也就是橡皮膜上受到压强，发现Ｕ形管液面出现高度差，改用稍大一点的力，发现Ｕ形管液面出现高度差变大.这样就把比较橡皮膜受到压强大小时观察橡皮膜的凸出情况转换为看Ｕ形管液面出现高度差的变化大小.学生即明白怎样做以及观察什么，也知道为什么要用压强计，能得到什么结论.假使以后遇到类似的问题，学生也会把这些基本实验方法迁移，灵活应用，达到授人以渔的目的.

三、设计实验使学生突破对难点的理解

有些知识点不易理解，在教学过程中，教师可设计几个实验，让学生亲自体验问题情境，获得丰富的直接经验.例如，在学习摩擦力方向时，学生总认为摩擦力的方向与物体运动方向相反.我让学生双手合一，闭上眼睛，让右手向上运动，左手感觉怎样？学生说左手感到向下的力.同样右手感觉怎样？学生说右手感到向上的力.我问学生，其实物体运动情况就是右手向上，为什么左右手感觉不一样呢？说明摩擦力的方向不是与物体运动方向相反.学生通过小组讨论、分析，知道为什么左手感觉向下，右手感觉向上，加深理解摩擦力的方向是与物体相对运动方向相反.

总之，作为一名物理教师，应该努力提高学生的学习兴趣，让学生领会科学研究的基本方法．课堂上教师应根据学科特点，设计生动有趣的实验．成功完美的演示实验和学生实验有助于学生的学习，也可提高教师的教学水平．