新型实验添趣物理课堂

陈连余

【摘 要】微型化实验丰富教学手段，奠定了有效教学的基础；体验性实验创设教学情境，激发了学生思考的动力；DIS实验创新实验教学内涵，提升了实验教学的品质。这些新型实验赋予了物理实验教学崭新的魅力。

【关键词】中学物理 实验教学 微型化实验 体验性实验 DIS实验

1997年获得诺贝尔物理学奖的朱棣文先生，在回忆他的中学物理课堂时这样说道：“我在高中最后一个学期里做得比较好的一件事就是制造了一个物理摆，并用它‘精确地测量了重力加速度。此前多年的动手经历，使我学会了许多技能，这次都用在了物理摆的制作过程之中。颇具戏剧性的是，25年后，我又用激光冷却原子的技术研制出一种新的测量重力加速度的方法。”若干年后他对物理课堂印象依然深刻的是物理实验，动手能力、思维能力的培养载体也是物理实验，所以说，物理实验在物理课堂教学中具有举足轻重的地位。

2004年秋季试行的全国高中新课程改革，给高中物理教学带来了新的理念，实验教学焕发了勃勃生机。广大物理教师在继承传统实验的基础上，充分地发挥了改革创新的积极性和创造性，丰富和发展了实验资源、实验手段、实验项目、实验功能等，赋予了实验教学崭新的魅力。出彩的实验成为优质物理课堂的必需，重视实验教学成为物理教师的共识。下面我从三个方面对一些新型物理实验做出示例和剖析。

一、微型化实验丰富教学手段，奠定了有效教学的基础

微型实验的特点是器材简省、内容简单、效果明显。在实验时一下子就能吸引学生的注意力，激发学生思考的积极性，增强了教学效果。

【示例1】旋转陀螺上飞出的水滴

在分析做曲线运动的物体的运动速度方向时，南京师范大学的刘炳昇教授制作了一个小陀螺，如图1所示。在陀螺内部装上红墨水，陀螺转动后，在离心力作用下红墨水滴沿轮缘切线方向飞出，得到如图1所示的效果。引导学生观察水滴洒落的图像，启发思考图像说明的问题。通过实验，抽象问题形象化，“做曲线运动的物体在某点的运动方向总是沿着曲线上该点的切线方向”的结论自然形成。学生参与实验的兴趣浓厚，思维活跃，教学目标轻松达成。

【示例2】最先熄灭的蜡烛

如图2，在密闭的容器中，有两支相同的蜡烛，一支放在容器内的高处，另一支在低处。将两支蜡烛同时点燃，那么最先熄灭的是哪支？问题一经抛出，学生的意见首先出奇地一致：“低的。”接下来，是一片寂静。过了一会儿，又一个声音响起：“不一定。”再后来，教室里就是叽叽喳喳、七嘴八舌。此时，教师点燃两支蜡烛，大家屏住呼吸，观看结果，实验结果出来后，大家反应各异。教师再取出另一只大小不同的玻璃罩再次罩住两支蜡烛，重新实验，得到了与第一次不同的实验结果。比较两次实验结果，思考不同的原因。学生最初一致的结论其依据是初中物理知识：“二氧化碳密度大于空气，将会在低处堆积。”但是，容器的体积、形状是否允许高处的二氧化碳对流到低处？在某一具体容器中存在变数，这也是高处蜡烛可能首先熄灭的原因。经历了这样的实验，通过感性的手段让学生的认识上升到理性高度，传统思维习惯受到挑战，理性思维的习惯得到培养。

【示例3】在装满水的杯里放回形针

如图3所示，将水注入杯内，直到水面与杯口相平，然后将回形针一枚接一枚地轻轻放入杯中。猜猜看，最多能放入多少枚回形针而杯内水不溢出，尝试解释看到的现象，分析能影响放入的最大数目的因素。

通过实验，让学生对液体内部存在空隙有了深刻印象，对液体的表面张力有了初步认识。从审美角度来看，用简单的实验、简要的设备获得清晰的实验效果，为科学结论的形成创设情境，这就是美。

二、体验性实验创设教学情境，激发了学生思考的动力

学生是课堂教学的主体，让学生参与实验，那肯定受到欢迎。每当做学生分组实验时，学生总是不听教师的讲解，迫不及待地动手实验，盼望分组实验。其实，在理论教学课堂上我们也可以让学生动手实验，这也是教学预设的一个有机组成部分。

【示例4】两个直线运动的合成

实验器材有铅笔、直尺、三角板、白纸等。实验任务：两个同学合作，共做实验。如图4所示，在桌面上铺放白纸，将直尺在课桌上平放、固定，将三角板放在桌面上，其中的一条边抵在直尺上，铅笔笔尖抵在三角板的另一条边上。将三角板贴着直尺右移，同时让铅笔笔尖沿着直角边上移，沿三角板的一边画线。观察笔尖在白纸上留下的轨迹，尝试让笔尖在纸上画出直线。在课堂上无论学生怎样努力，笔尖在纸上留下的轨迹总是弯曲的。学生很是纳闷儿：三角板贴着直尺的移动路径为直线，笔尖贴着直角边的移动路径也是直线，而得到的笔尖运动的轨迹竟然会是曲线。也就是说，在笔尖的曲线运动是由两个直线运动组成的。经过真实的过程体验，“一个曲线运动可以是由两个直线分运动组成”的思想得到了建构，运动分解的思想牢牢地印刻在学生的头脑中。

【示例5】让做平抛运动的小球准确入篮

在一节AP物理课上，执教者是一名外教，执教课题“平抛运动”。出乎我们意料的是，外教没有直接去探究平抛运动的规律，而是为学生准备了一个分组实验。如图5所示，他给大家展示一根带有凹槽的弹性轨道，将它弯折后贴着桌边固定，确保轨道底端水平，最后拿出小球和篮筐，让小球从轨道上某一高度贴着轨道自由下滑，调整放在地面上篮筐的位置，保证小球入篮。学生的成果汇报表演就是确保小球经过平抛运动后准确入篮。

在学生做汇报表演时，凡是实验成功的，教师及时用卷尺量出了小球做平抛运动时的水平射程和竖直下落的高度，并作了记录，最后带领学生探究出其中的定量关系。

【示例6】断电自感现象

实验器材：40W日光灯的镇流器一只，一节干电池。让40W镇流器与一节干电池连接成如图6所示电路，并叫一名学生握住导线裸露的两端MN，在断开电键S时学生因电击会感觉到强烈的一震。

人的安全电压为36V，电路中的电源电动势仅为1.5V，人遭到电击，显然是镇流器线圈断电自感产生的。通过体验性实验，学生以触觉来认识到镇流器产生了自感电动势，从而为理论分析打下了认知伏笔。

当然，我们还可以做很多体验性实验，如用铅笔、纸带或手进行打点计时器的模拟；用自由下落的直尺来测量人的反应时间；用一组人的蹲下和起立模拟波传播过程中质点的运动；等等。上海市进才中学王肇铭老师说，实验具有化繁为简的神奇作用，用实验教学比用粉笔教学要省事得多。他曾经花5分钟做实验，讲清了课堂30分钟还讲不清的问题。

三、DIS实验创新实验教学内涵，提升了实验教学的品质

一些传统实验，由于实验器材的局限、实验数据的采集困难、实验数据的精度不高等诸多因素的影响，得出的实验结果不太理想。随着DIS实验的普及，辅以Excel工作表格处理数据，使得实验结果十分清晰。

【示例7】探究影响导体电阻的因素

2005年秋季，江苏省青年教师物理优质课比赛现场。我校夏广平老师通过当堂实验，借助于DIS实验器材，采集数据，描绘出如图7所示的两组图线。

课后，几位听课老师忍不住问，图线是真的还是假的，因为图线作得太漂亮了，以至于让人怀疑图像的真实性。如果采用传统的电学实验器材进行实验，一是读数的准确度达不到，二是数据处理的任务课堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律实验的误差分析

在2012年江苏省教学名师优质课展示活动中，我校徐锐老师执教的课题是“玻意耳定律”。徐老师采用如图8中所示的器材实验，用压强传感器来采集实验数据，在计算机上拟合出图8中所示的p-1/V图线。图线不是严格地经过坐标原点，这是什么原因造成的呢？

对于这种情况，我们一般会以实验误差作为问题的合理解释，一带而过。但是，徐老师却在课堂上抓住问题不放，循循善诱，带领学生分析数据。观察数据后首先发现，即使温度不变，pV乘积总是随体积的减小而有微小减少，这并不是偶然误差的数据特征。进而又发现，p-1/V的图线并未通过原点，很接近原点，反复实验得出的图线出现的都是正截距。学生经过热烈讨论后提出两个可能原因：活塞与筒壁间漏气；少考虑或多考虑了某一误差因素。

单纯地从数据分析，似乎原因可能是由于活塞与筒壁间漏气。但活塞是双层，且有油密封，压强并不足够大，不应当出现漏气的现象。简短的理性分析后，接着的是短暂的沉默，学生之间再次实验并相互交流，真的是少考虑了什么物理量吗？多次实验后终于发现：气体压强的实验数据是精确的，活塞对应的刻度也是准确的，问题出在测量实际气体的体积只考虑了针筒内的气体，而传感器管道部分的少量气体却被忽略了！正是因为现代测量仪器的精密，才可能细细推敲针筒连接段细管内气体带来的“误差”。

在新课程背景下诞生的新型物理实验，既是继承传统的结果，更是思维创新的成果。这些灵动的创新实验为我们的物理课堂插上了腾飞的翅膀，使得物理课堂精彩纷呈、创意无限。

（作者系江苏省特级教师，现为南京市金陵中学教师）

人的安全电压为36V，电路中的电源电动势仅为1.5V，人遭到电击，显然是镇流器线圈断电自感产生的。通过体验性实验，学生以触觉来认识到镇流器产生了自感电动势，从而为理论分析打下了认知伏笔。

当然，我们还可以做很多体验性实验，如用铅笔、纸带或手进行打点计时器的模拟；用自由下落的直尺来测量人的反应时间；用一组人的蹲下和起立模拟波传播过程中质点的运动；等等。上海市进才中学王肇铭老师说，实验具有化繁为简的神奇作用，用实验教学比用粉笔教学要省事得多。他曾经花5分钟做实验，讲清了课堂30分钟还讲不清的问题。

三、DIS实验创新实验教学内涵，提升了实验教学的品质

一些传统实验，由于实验器材的局限、实验数据的采集困难、实验数据的精度不高等诸多因素的影响，得出的实验结果不太理想。随着DIS实验的普及，辅以Excel工作表格处理数据，使得实验结果十分清晰。

【示例7】探究影响导体电阻的因素

2005年秋季，江苏省青年教师物理优质课比赛现场。我校夏广平老师通过当堂实验，借助于DIS实验器材，采集数据，描绘出如图7所示的两组图线。

课后，几位听课老师忍不住问，图线是真的还是假的，因为图线作得太漂亮了，以至于让人怀疑图像的真实性。如果采用传统的电学实验器材进行实验，一是读数的准确度达不到，二是数据处理的任务课堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律实验的误差分析

在2012年江苏省教学名师优质课展示活动中，我校徐锐老师执教的课题是“玻意耳定律”。徐老师采用如图8中所示的器材实验，用压强传感器来采集实验数据，在计算机上拟合出图8中所示的p-1/V图线。图线不是严格地经过坐标原点，这是什么原因造成的呢？

对于这种情况，我们一般会以实验误差作为问题的合理解释，一带而过。但是，徐老师却在课堂上抓住问题不放，循循善诱，带领学生分析数据。观察数据后首先发现，即使温度不变，pV乘积总是随体积的减小而有微小减少，这并不是偶然误差的数据特征。进而又发现，p-1/V的图线并未通过原点，很接近原点，反复实验得出的图线出现的都是正截距。学生经过热烈讨论后提出两个可能原因：活塞与筒壁间漏气；少考虑或多考虑了某一误差因素。

单纯地从数据分析，似乎原因可能是由于活塞与筒壁间漏气。但活塞是双层，且有油密封，压强并不足够大，不应当出现漏气的现象。简短的理性分析后，接着的是短暂的沉默，学生之间再次实验并相互交流，真的是少考虑了什么物理量吗？多次实验后终于发现：气体压强的实验数据是精确的，活塞对应的刻度也是准确的，问题出在测量实际气体的体积只考虑了针筒内的气体，而传感器管道部分的少量气体却被忽略了！正是因为现代测量仪器的精密，才可能细细推敲针筒连接段细管内气体带来的“误差”。

在新课程背景下诞生的新型物理实验，既是继承传统的结果，更是思维创新的成果。这些灵动的创新实验为我们的物理课堂插上了腾飞的翅膀，使得物理课堂精彩纷呈、创意无限。

（作者系江苏省特级教师，现为南京市金陵中学教师）

人的安全电压为36V，电路中的电源电动势仅为1.5V，人遭到电击，显然是镇流器线圈断电自感产生的。通过体验性实验，学生以触觉来认识到镇流器产生了自感电动势，从而为理论分析打下了认知伏笔。

当然，我们还可以做很多体验性实验，如用铅笔、纸带或手进行打点计时器的模拟；用自由下落的直尺来测量人的反应时间；用一组人的蹲下和起立模拟波传播过程中质点的运动；等等。上海市进才中学王肇铭老师说，实验具有化繁为简的神奇作用，用实验教学比用粉笔教学要省事得多。他曾经花5分钟做实验，讲清了课堂30分钟还讲不清的问题。

三、DIS实验创新实验教学内涵，提升了实验教学的品质

一些传统实验，由于实验器材的局限、实验数据的采集困难、实验数据的精度不高等诸多因素的影响，得出的实验结果不太理想。随着DIS实验的普及，辅以Excel工作表格处理数据，使得实验结果十分清晰。

【示例7】探究影响导体电阻的因素

2005年秋季，江苏省青年教师物理优质课比赛现场。我校夏广平老师通过当堂实验，借助于DIS实验器材，采集数据，描绘出如图7所示的两组图线。

课后，几位听课老师忍不住问，图线是真的还是假的，因为图线作得太漂亮了，以至于让人怀疑图像的真实性。如果采用传统的电学实验器材进行实验，一是读数的准确度达不到，二是数据处理的任务课堂上完不成。

【示例8】玻意耳定律实验的误差分析

在2012年江苏省教学名师优质课展示活动中，我校徐锐老师执教的课题是“玻意耳定律”。徐老师采用如图8中所示的器材实验，用压强传感器来采集实验数据，在计算机上拟合出图8中所示的p-1/V图线。图线不是严格地经过坐标原点，这是什么原因造成的呢？

对于这种情况，我们一般会以实验误差作为问题的合理解释，一带而过。但是，徐老师却在课堂上抓住问题不放，循循善诱，带领学生分析数据。观察数据后首先发现，即使温度不变，pV乘积总是随体积的减小而有微小减少，这并不是偶然误差的数据特征。进而又发现，p-1/V的图线并未通过原点，很接近原点，反复实验得出的图线出现的都是正截距。学生经过热烈讨论后提出两个可能原因：活塞与筒壁间漏气；少考虑或多考虑了某一误差因素。

单纯地从数据分析，似乎原因可能是由于活塞与筒壁间漏气。但活塞是双层，且有油密封，压强并不足够大，不应当出现漏气的现象。简短的理性分析后，接着的是短暂的沉默，学生之间再次实验并相互交流，真的是少考虑了什么物理量吗？多次实验后终于发现：气体压强的实验数据是精确的，活塞对应的刻度也是准确的，问题出在测量实际气体的体积只考虑了针筒内的气体，而传感器管道部分的少量气体却被忽略了！正是因为现代测量仪器的精密，才可能细细推敲针筒连接段细管内气体带来的“误差”。

在新课程背景下诞生的新型物理实验，既是继承传统的结果，更是思维创新的成果。这些灵动的创新实验为我们的物理课堂插上了腾飞的翅膀，使得物理课堂精彩纷呈、创意无限。

（作者系江苏省特级教师，现为南京市金陵中学教师）