利用生活化元素改进物理演示实验的实践与思考

施学斌　黄文俊

近年来随着人们的教育思想与教育观念的不断更新，学生认知主体地位逐步得到教学工作者的重视.高中物理教育也逐步发生了从生活走进物理，从物理走向社会的变化.现阶段物理教学过程注重保护探索兴趣，致力于让学生“领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦.有参与科技活动的热情，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题” .

学生在自主建构知识体系，强调掌握探究的方法和程序，经历探究的体验和感悟，形成良好的情感和品格，在学习知识的同时，逐步掌握终身学习的本领 .这就意味着一线教师不能只过分强调书本上的理论知识，忽视学生动手能力方面的培养.但目前教学实践中，各种原因导致教师不做或少做实验，放弃运用实验进行直观教学的做法普遍存在，而这一现象的严重后果是培养具有创新能力的人才越来越困难.

1 物理演示实验面临的尴尬与挑战

众所周知“兴趣是最好的老师”.物理是一门实验科学，各种各样有趣的实验现象，本应该让一群正处于“好奇宝宝”阶段的高中生对此相当感兴趣的.但是为什么会有相当一部分同学见到物理题就发怵？物理课如“紧箍咒”一般让他们痛不欲生？这些其实跟教师愿不愿意用实验来打动他们很有关系.另外，通信技术、交互技术、虚拟技术等快速发展能使90后、00后的学生们用各种各样的渠道获得足够丰富的信息，交互技术能使得他们的感官“逐步”获得强烈的刺激反馈，通过虚拟技术、人机交互技术等学生可以获得一样的信息，但体验更佳，学生们因此而乐此不疲.渐渐习惯这些技术带来新鲜感的学生们，很难满足枯燥乏味的“一言堂”、“讲练式”教学模式.一些原本可以让学生动手做实验，有的老师让学生“看黑板”；有的老师用多媒体展示，或运用各种软件“做实验”，例如“仿真物理实验室”之类的，并称之为是“现代技术的运用”；还有相当一部分老师更乐于布置实验试题给学生做，通过在学生的课外《练习册》中的练习来考察学生实验方法或原理掌握程度情况 .这些类似现象加剧了学生与物理之间的距离，因此导致上述学习现状.

事实上这样做增加了学生的学业负担，浇灭了学生对物理的积极性，伤害了学生动手实践的积极性，更是违背了新课程改革的初衷.长期下去就使实验教学在“应试”的泥潭里越陷越深，这一现象在高考总复习的时候表现的更为突出.奇妙有趣，奥秘无穷的物理课渐渐的变成了依靠公式和定理堆积起来的大量计算和推理，过于抽象的思维使得学生对物理学习的兴趣慢慢降低直到消失.失去了长久动力的学习兴趣，再优秀的同学也只是教师们培养的一批“高分低能”的学生，显然这是不符合国家新课程改革的初衷的，长期下去对国家的未来发展百害无一利.

但如果能换个角度想一想：如果我们的物理课像游戏一样花样百出，教学中注重学生学习的每一步变化，鼓励学生大胆动手实践，认同并鼓励支持他们.那么教师就不用为学生学不会而发愁，再也不用为学生上课开小差，成绩上不去，能力得不到提高而苦恼.因此一线教师必须要设法通过丰富多彩的教学活动方式，提高学生对物理学习的积极性，使得学生主动参与物理课堂教学和实验，从一个课堂旁观者变成课堂参与者，从知识的被动接受者变成主动探索者，充分调动学生学习的积极性.

因此物理学的学科特点决定了实验不仅是物理教学的基础，同时也是引发学生学习兴趣，使学生主动获取知识，发展能力，提高科学素质的基本途径.一线教师在进行物理教学的时候，应该在传授知识本身的同时，更多的是了解学生的兴趣爱好，了解知识特点，转变教学方法，想法设法使课堂内容丰富化、多样化，改变原有的单一化教学模式，使学生学有所获，并且有充足的信心，由被动接受变为主动学习、快乐的学习.

2 开发生活化元素物理实验的实践思考

为了更好的提高、提升学生学习物理的兴趣，教师应当充分利用各种实验、小制作，尤其是各种生活化元素的课外小制作，使之成为学生在科学探究中所不可或缺的基本内容或手段.通过简便易行、生动有趣的课外小实验与小制作，激发学生主动探究的热情，启发引导学生将所学的知识转变为实际创造能力，对于培养学生热爱科学、热爱生活的良好情感，培养学生的探究意识、创新精神和动手能力，都将是很有意义的.

2.1 利用生活化元素改进演示实验应注重科学性

不能用假象代替真实的物理现象，不能用错误概念歪曲物理概念.不论是学生实验、演示实验等，实验原理的科学性是其前提，都需要注重实验原理的正确性和表述实验的确切性.

例如在学习过《动能定理》一节之后，教学内容过渡到《机械能守恒定律》的分析上.两节内容均为必修2甚至整个高中物理知识上的难点：动能定理适用范围广，适用情形多，且往往能够简化计算过程，对同学们的能力提出了很高的要求；机械能是从能量守恒角度对物体经历的物理过程的总体把握，而能量对高一同学而言还是属于比较抽象难理解的概念.在分析机械能守恒条件时并课本上仅仅是通过一副卡通插图（图1）来说明弹性势能和动能可以相互转化.我们可以设计一个简单的实验用于帮助同学们理解动能和势能的相互转化，并吸引同学们的关注.

实验方案设计如下：每位同学发一根橡皮筋，然后用草稿本裁剪出一块5×3 （cm2）的纸片，经过折叠后对折，如图2.松手之后橡皮筋储存的弹性势能转化为“子弹”的动能，因此“子弹”能以较快速度将纸团射出，本实验体现了弹性势能与动能的相互转化.另外射出之后的“子弹”从高处飞出做平抛运动，“子弹”的重力势能可以转化为动能（但这个过程很难直观察觉，可以将上述过程作为人教版必修2课本78页：“问题与练习”第3题的演示实验）.

新课时通过利用本方案引入，能让每个同学都亲身参与到活动中来，可以很好实现诸如“该过程有哪些能量，哪些能量相互转化等”问题顺利的过渡.利用生活化元素改进的演示实验能让同学们亲自体验，促进学生被动学习转变为主动学习，实现学习的自主性.

2.2 利用生活化元素改进演示实验应注重简易性

实验取材过程的易得、制作过程的简单、演示过程的便利，演示效果震撼是生活化元素开发的演示实验教具最显著的特征之一.制作复杂、结构复杂的实验，不利于教师制作，也容易分散学生的注意力.不易操作、不易制作、成本过高的实验，难以作为教师演示实验或学生探究实验，都不易推广.

例如为了演示物体的惯性，可以让学生表演一下刷牙这个过程，在刷完牙之后将动作定格在刷牙之后的甩手这个动作上，请同学分析这个甩手的动作.同学们通过这个实验，就很感兴趣“为什么要用牙刷？”“这个动作有什么特别的含义吗？”……其实这个动作就是利用惯性，在甩手时突然停顿，这时牙刷头上的水分由于惯性飞离刷头，从而达到甩干牙刷头的目的.如此贴近生活情景且又是如此熟悉的场景，学生深深体会到物理来源于生活，生活处处充满了惊奇.

又例如在演示液体的表面张力时，可以用“如何将一口绣花针（硬币）浮在水面上呢？”这个实验引入.学生们跃跃欲试，可以请同学们自己动手试试看：也许有人会直接把绣花针（硬币）放在水上；也许有人会把绣花针（硬币）先放在碗底，然后再慢慢注入清水...在尝试过程中，或许有同学试着将绣花针（硬币）先放在餐巾纸上，然后再把餐巾纸轻轻的平铺在水上，借助餐巾纸吸水快的特点，等餐巾纸吸水沉入水中，就能发现绣花针（硬币）很容易就飘在水上，如图3.

2.3 利用生活化元素改进演示实验现象必须直观性

“千言万语说不清，一看实验就分明”.所谓直观性，指演示时实验过程的各种现象易于被学生的感官感知.物理是一门严谨的学科，其知识、原理、规律的表述必须严谨，在理解这些严谨的语言时，教学实验需要做到形象.为了突出教学效果，避免歧义，一个实验最好只展示一个现象或者说明一个原理，这样更有利于学生专注于该专注的问题上，有利于学生产生思维的火花.

例如微小形变是判断弹力是否存在的关键，但往往微小形变很难观察.微小形变可以通过放大的办法来证明它的存在.

原方案：书本上列举了在有机玻璃上放一个倒立的三角形有机玻璃，由于受到重力作用，而使得接触面发生微小形变，微小形变导致有机玻璃内部的光路发生变化，从而根据光路变化来证明发生微小形变.不足：本方案涉及到光在均匀介质中传播方向不变的光学知识，在上弹力这一课时知识点还未涉及到光学相关知识，另外有机玻璃似乎离同学们生活较远，很难获取.

改进方案及制作过程：找一个普通的黄酒瓶（一定要找瓶身为扁状的），用水注满，在水中滴几滴红色眼药水（其他如黑色钢笔墨水也可），然后用一个废旧的家用温度计，小心去除测温部分（也可用细小的吸管替代），将剩余部分用泥巴裹住之后做成一个瓶塞，盖住瓶子如图4.用手去捏瓶身，根据温度计（或吸管中）液面的升降就极容易判断出玻璃瓶发生了微小形变.

2.4 利用生活化元素改进演示实验要注重安全性

安全性指实验制作及演示过程中，确保实验仪器和师生的人身安全.生活化元素改进的实验，由于材料易得，材料没有做过严格的安全测试，加上学生极易模仿，有危险性的实验必须排除.有些实验演示时并不危险，但学生如果课外模仿制作容易产生不安全的因素，此类实验也应该尽量通过诸如安全教育等予以排除.所以设计实验时必须学会排除多种可能性，以适应学生的年龄特征.

例如人教版选修3-3教材关于压缩气体做功的演示实验，如图5所示，在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如蓬松的棉花，迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化.但是课本上演示实验在实际操作过程中存在以下问题：由于活塞和圆筒需要左右手分开固定，因此可能会因下压动作过猛导致实验者手腕受伤；有时下压过猛，内部气压迅速增加，还未稳定时若恰好松手，活塞甚至会可能反弹伤人；往往会出现活塞迅速下压后，棉花球并不燃烧的现象，同时还可看到筒中弥漫着大量的乙醚“白雾”，且实验效果并不明显.

方案改进：将用完的签字笔芯的笔尖用老虎钳夹住后拔出，然后将里面残留的墨水清理干净.用老虎钳将其中一端轻轻夹出一个凹槽（注意不要夹断或者夹破）.用老虎钳将自行车车轮的辐条有螺纹的末端剪掉，并用锉刀将末端打磨平整.用笔芯一端在桔子皮上按出一个孔，将桔子皮压进笔芯内，用做好的辐条慢慢将桔子皮推到笔芯凹槽处，然后再次用笔芯在桔子皮上按出另外一片桔子皮，这样气压桔子枪就做好了，整个装置的示意图如图6.

制作好的桔子枪是通过多片桔子皮形成一段密闭的空气柱，用辐条快速推动笔芯一端的桔子皮时，封闭的气体体积迅速变小，气体压强增大，从而推动末端桔子皮做功，桔子皮“啪”的一声，以较快速度飞出.该实验器材简单易得，结构简单，课堂演示时获得学生们的惊叹，起到了很好的教学演示效果.实验取材方便，制作工艺简单，没有任何危险性，全体同学都能动手去做，在自己制作过程中可以锻炼动手能力，并能够通过看谁的桔子枪射程远等小游戏调动学生热情，从而让他们感受到学习的快乐，能够充分调动学生学习积极性.

另外，上述在演示机械能守恒定律的演示实验时，将子弹弹出还是具有一定危险，可以将其改进一下.方案：利用商品外包装的硬塑料片，取出其中一块大小约10×5 （cm2），对折，然后用剪刀剪成图7形状.使用时先将塑料卡片沿虚线对折，然后用橡皮筋通过图中4个缺口卡住固定.将对折后塑料卡片往下压，则卡片张开，使得橡皮筋发生形变，松手之后，卡片向上跳起，如图8.整个橡皮筋势能释放转变为塑料卡片的机械能

的过程形象直观，且没有危险性.上新课用该小实验引入，同样起到活跃课堂氛围，为下文做了很好的铺垫的作用.

3 利用生活化元素改进演示实验的效果初探

生活化元素改进的实验装置材料来源丰富，实验装置结构简单，实验效果明显，趣味性强，因而学生的课堂情绪以及学习的主动性被调动起来.通过废旧物品的回收利用，加强学生节约资源、增强社会责任感，对促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考有积极的作用，对培养学生科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神能产生正面的影响.改进的实验教具是低成本而智慧不低，成本低而教学价值不低.使用身边随手可得的物品，甚至是人们认为失去价值的废旧物品进行探究活动和各种物理实验，即可以拉近物理学与生活的距离，也可以让他们深切地感受到所学的物理知识就在自己身边，能切身感受到科学和社会、科学和日常生活的关系，从而侧面提升学习物理的兴趣.

另一方面，日常教学中应大力提倡开发或利用日常生活用品作为教学用具，这些物品本来的用途并不是进行物理实验，然而能够发挥创意将其重新利用，这种做法本身就是一种创新.当然利用日常生活用品做实验，对教师的业务素质有所要求，加强教师知识培训和专业素质培训能够起到指引方向的作用.但有教师可能会认为这样不仅自己要动手参与设计和制作，还需要指导和帮助学生进行小制作、小发明会加大自身的负担.实际上这种负担大可不必，要相信学生的创造力和动手能力，放开双手，学生们无限的创意将会让你大吃一惊.