演示实验的改进和自制教具让课堂更精彩

金慧

1 问题的提出

物理实验是一个重要的辅助物理教育，也是学生掌握知识和应用知识的重要途径之一.物理学是一门抽象的，逻辑性很强的学科，严谨的表述、严密的体系、严格的推理验证，无一不显示这一点.加之中学生涉世不深，生活经验不足，实践经验匮乏，因此对抽象的物理概念、规律的理解与掌握，往往存在着或多或少、程度不等的困难，这就必须借助教师在课堂上做好演示实验去补偿.通过演示实验，将抽象的东西形象地展示出来、描绘出来，让学生身临其境、耳闻目睹、亲自获得具体的直接的经验，得到清晰的感性认识，从而在教师的启发引导下经过分析和推理、归纳和概括、上升到理性认识，形成物理概念，导出物理规律.所以在物理教学过程中，演示实验是学生认识物理规律的感性基础，是学生加深对物理概念理解的重要环节，更是培养学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习方法的重要途径.

通过调查比较，笔者发现现在的物理实验教学中对实验主要出现在两大方面：器材和可操作性，或称现象不明显性.器材由于地区等一些差异，可能有一些学校一些实验器材尚未到位，现有的实验器材又不能满足中学物理实验教学的需要，导致许多实验无法进行，或现有的一些实验器材实验效果不佳、不明显.鉴于此，笔者认为提倡教师积极开展物理自制教具的制作，弥补实验仪器的不足，又能让学生体会到物理就在身边，物理的实用性等，二者优势互补.演示实验尚存有以下几方面的问题：（1）有些实验的方法缺乏科学性.如我们熟悉的牛顿管，实验不可避免的会出现以下的缺点：将玻璃管倒立的过程中，筒内重物具有了初速度；重物在运动过程中除了受重力以外，还受到器壁的作用力，这三点都与自由落体运动的定义不吻合.（2）有些实验操作烦琐、不易成功.如显示微小电流方法；（3）还有一些装置看似简单的实验，实际操作很难达到预期的效果.（4）有些实验器材在运往课堂的途中，容易产生误差，再进行调节浪费大量课堂时间，而江苏高考制度的改革，导致物理课堂时间有限.如气垫导轨测速度等.

2 实验改进

现针对以上几种情况，选取了一些效果不理想的演示实验进行改进或进行器材自制，以期通过改进、自制，使现象明显，充分发挥其教育功能.

2.1 给斜面加一块海绵

在做实验“测匀变速直线运动的加速度”时发现带滑轮一端虽有弹簧，但减速效果不佳，有时会造成翻车现象，一次试验过后，小车往往损坏严重，实验数据不准确.针对此情况，对轨道进行改进，装置较简单，就是在带有定滑轮的轨道那一端加一块海绵，这样减速效果较理想.小车损坏情况基本消除，实验成功率加大.

2.2 自由落体牛顿管实验

把羽毛粘上微小铁屑，玻璃管的顶端按上可以自由取放磁铁装置，在玻璃管下端装有抽气嘴.这样改进后，铁片和羽毛就可以被磁铁吸在玻璃管的顶部，演示时只要移开顶部的磁铁，不必翻转玻璃管就可实现铁片和羽毛同时自由下落，克服了用老式牛顿管演示时所产生的缺点，并可以控制开始下落的时间，老师演示起来轻松，学生观察起来也从容，增强了实验的科学性、可控性、可见度，通过对比演示，学生可以清晰地观察到，当玻璃管内有空气时，铁片比羽毛下落的要快，抽掉空气后，羽毛和铁片同时下落，演示效果直观清晰.

2.3 “超重和失重” 演示实验的两个改进方案

采用简易趣味的特殊教具来演示“超重和失重”，形象独特美妙，其实验效果远非教材上介绍的几则演示实验可比.

方案1 找一根钢锯条（或折一根富有弹性的竹条，鲜桑条、柳条均可）在其一端系挂一重物（如砝码、摆球、螺母等）.演示时，手握锯条另一端，向上或者向下加速平动锯条，则见锯条与静止时弯曲度的对比变化明显，“超重和失重”现象显见.

方案2 用一矿泉水瓶，在其底部开一个直径2cm的小孔（用来通气和注水），把一块橡皮膜扎在瓶口上，瓶内注入适量的水，实验时，通过观察水球大小的变化来研究水的超重、失重现象.通过瓶底的小孔向瓶内注入半瓶水，使扎在瓶口的橡皮膜尚未形成水球，并让学生观察水球的大小（几乎无水球），手提瓶子加速上升，可看到橡皮膜突然增大成水球.加速度大的话，橡皮膜将会破裂，这说明瓶内水对橡皮膜的作用力增大了，水在这种状态时，就是超重现象.向瓶内注入半瓶多水，使瓶内装入适量水后，使扎在瓶口处的橡皮膜形成一个较大的水球，让学生观察水球的大小.然后，让瓶子从高处自由下落，可观察到水球消失，这说明瓶内的水在自由下落过程中对橡皮膜没有压力，水在这种状态下就是失重.

此两套装置制作简单、材料易找，实验现象明显、有趣，激发学生的学习兴趣和动手欲望.

2.4 温度对扩散的影响演示器

取两只50mL的一次性塑料注射器（未经医药用过的），把教材中的“滴墨法”改成“吸墨法”进行实验，消除了滴墨法中重力所起的作用.吸墨法中墨水在温度高的热水中心呈塔形扩散，墨水在冷水中成柱形扩散现象，可说明分子的热运动是吸墨法实验里清水变色的主要因素.用吸墨法做“温度对扩散的影响”实验，其实验原理科学、正确，现象明显.

3 演示实验的改进和自制教具的规律小结

演示实验的改进可以从以下四方面入手：（1）寻求替代，用新器材玩具代替旧的实验仪器，提高演示效果；（2）改进实验思想，改变演示实验的呈现方式，增加实验的趣味性；（3）根据需求增设新实验，突破教学难点；（4）罗列旧实验旧仪器的缺点，寻求改进的方案，呈现最佳演示方案.

合理改进、活用自制教具可以使教师用新实验来更好地说明一些抽象的物理规律，疑难的知识点，有效地创设问题情景，使物理实验与教学实际更紧密地结合，使实验现象更加明显，从而使老师教得更轻松；同时又增强了实验的趣味性、直观性、形象性和科学性，使学生学得更有劲.