创新路 不高冷——由一节公开课引发的实验器材改良

朱亚萍 秦 毅

(江苏省宜兴市实验中学,江苏 无锡 214206)

·实验研究·

创新路 不高冷
——由一节公开课引发的实验器材改良

朱亚萍 秦 毅

(江苏省宜兴市实验中学,江苏 无锡 214206)

本文以一节公开课——苏科版九年级物理“动能 势能 机械能”为例，从课中的三个重点实验入手，本着对学生主体地位的认可，教师开展了一系列的实验器材改良，取得显著的教学效果.作者用事实说明，只要想做、愿做、并且动手去做，一定能走出一条属于我们教师的教学创新之路.

初中物理；公开课;实验器材;改进和创新

众所周知,中学物理教学必须以实验为基础.加强实验不仅是向学生传授知识的需要,而且是培养学生能力和良好品德、形成科学世界观的需要.可以说离开了物理实验,物理教学的目的和任务是难以完成的.新一轮课程改革也把培养学生的探究能力作为物理课程的核心目标.然而在教学实践中,不少冠以“探究性”“实践性”“创新性”等新名词的探究教学在本质上仍是“填鸭式”“灌输式”“讲解式”的,究其根源，往往与教材配套实验器材的缺乏和探究效果差强人意等因素分不开.为了更好地开展物理教学,让教学取得更为理想的效果,就必须确保实验仪器设备的到位.虽然目前学校的物理实验仪器较前几年已经有了不小的改进,但实验仪器的改进和创新仍然是永恒的话题.

一线物理教师在平时的课堂教学中,使用那些原有的统一配发的实验器材时,经常会碰到这样那样的问题,导致实验效果并不理想.几乎所有的物理教师都已经意识到实验教学的重要性,实验器材的改良迫在眉睫.然而人的惰性似乎是与生俱来的,加之平时上班除了正常的上课、备课、批改作业之外,还有数不清的各类表格、计划和总结要写.实验器材的改进是一项不仅费脑力而且费时间、费精力的工作,甚至还可能费钱,看上去属于“可做可不做”的工作就一而再、再而三地搁置了.针对苏科版“动能 势能 机械能”的教学,我们在实验器材方面进行了改进.而真正促成这一好事的,竟然是接到了开设一节公开课的任务.

公开课在各层各级都有开设，开设公开课的好好坏坏,众说纷纭.然而这一次,我们却从中获得了很久以来不曾出现的改进实验器材的勇气和动力.苏科版中“动能 势能 机械能”一节,教材编写重点突出,合理得当，从教学内容的编排和设计上很难有所突破.于是,我们将课堂亮点的设置瞄准到实验和器材的改进和创新上.

本节的实验有三个:探究动能的大小与哪些因素有关，探究重力势能的大小与哪些因素有关，以及粗略了解弹性势能的大小与什么因素有关.我们对原有的实验器材和方案都有了不同程度的改进和创新.下面就这三个实验改进前和改进后的情况,一一表述.

1 探究动能的大小与哪些因素有关

探究影响动能大小的因素是初中物理的一个重要实验,做好这个实验,有助于学生对能量、动能的概念产生感性认识,进一步加深对控制变量法、转换法的理解和应用.

通常的实验方案就是教材上的做法，如图1所示，先让一辆小车从同一斜面的不同高度由静止滑下,撞击静止在水平面上的同一木块,观察、比较木块被撞击后移动距离的长短,从而得出小车的动能与小车的速度大小的关系;然后改变小车的质量(通过在小车上增加砝码),让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下,撞击静止在水平面上的同一木块,观察、比较木块被撞击后移动距离的长短,从而得出小车的动能与小车的质量大小的关系.

实验操作过程中存在的问题为:(1) 斜面和水平面是由相同厚度的两块木板搭建而成,占地面积大,而且容易发生移动和散架;(2) 小车从斜面上滑下时容易跑偏,导致撞击木块的角度有偏差,甚至还没有撞到木块,小车已经滑出了斜面(如图2).

我们将一薄木板在长度的四分之一处进行一定程度的弯折,使其成为一个带有固定斜面的跑道,并利用电工用来串电线的塑料管钉在薄木板两侧,作为跑道的挡板.小车在有挡板的斜面上滑动,它当然就滑不出去了.为了保证小车能正对木块撞击,我们还特地将木块的宽度截成和跑道的宽度相同，这样改进后,不仅增加了器材的整体性,而且提升了实验的可操作性(如图3).

图3

我们做了几套上述的器材后,感觉制作过程有些繁琐,而且实验室的小车也不是很多,开展学生实验还是有难度.于是进一步思考,能否制作出更简易、更方便的器材呢？经过认真思考和多次尝试,发现塑料管可以解决问题，我们选用了粗一些的PVC塑料管,对它进行一定的切割和弯折,让它直接变身成带有轨道的跑道.这个跑道比原来的木制跑道更光滑,实验效果更好.用大小相同、材料不同的小球从斜面上滚下,撞击与轨道完全贴合的圆柱形木块.这次改良大获成功,实验效果很好(如图4).

图4

2 探究重力势能的大小与哪些因素有关

教材中采用模拟打桩的实验,即用木块充当重锤从空中落下,击打放在沙面上的小桌,根据小桌陷入沙中的深度来判定木块重力势能的大小.实验中先是选用质量不等的木块从相同的高度落下,后又用同一木块从不同高度落下,以此来研究质量和被举高的高度这两个因素对重力势能的影响.

实验的原理是没有任何问题的,可实际操作过程中碰到了如下问题:(1) 质量不等,且质量区别不能太小的木块至少要有三块,不仅不容易获取,而且需要的器材数量多;(2) 木块从高处落下,击打放在沙面上的小桌,这个过程中木块容易砸歪,导致实验失败;(3) 原配的铁钉作小桌腿的小桌,在击打过程中,只要木块的重力势能稍大,就很容易完全陷入沙中,而如果木块的重力势能较小,只要是木块的重力势能区别不大,小桌陷入沙中的深度就很难比较,有时几乎看不出来.这样的话就难以比较重力势能的大小了(如图5).

图5

如图6所示，我们改良器材的解决方案为:(1) 木块可以采用“探究动能大小与哪些因素有关”的实验中所用木块,它上面自带的四个孔正好用来放置钩码,从而实现分批改变重物质量的目的,同时大大减少了实验器材的数量,实现一物多用;

图6

(2) 针对木块从高处落下容易砸歪的情况,我们考虑让木块和小桌在同一竖线上,方法是在木块和小桌的中央分别钻出一个圆孔,尺寸略大于铁架台中铁棒的横截面积,然后将铁架台的底部埋入沙中,让小桌和木块分别穿过铁棒.这样,当木块从高处沿竖直的铁棒落下就一定不会砸歪;

(3) 既然原配的铁钉作桌腿的小桌很容易陷入沙中,我们就考虑重做小桌,把桌腿做得上粗下细，这样就不容易出现完全陷入的问题.为了便于学生比较出小桌陷入沙中的深度,我们又在铁架台的铁棒上粘贴了一张带有刻度的纸条,为了减小木块下落时与铁棒间的摩擦,也为了保证刻度的经久耐用,我们还特地将纸条用胶带牢牢的封在铁棒上,整洁又光滑.

3 探究弹性势能与弹性形变的关系

苏科版教材对“弹性势能的大小与哪些因素有关”的实验处理得比较简单,本节课我们把它设置成一个演示实验.如图7所示，用橡皮筋弹射“纸弹”,改变橡皮筋发生弹性形变的程度,同时观察“纸弹”飞出距离的长短,从而得出弹性形变的程度越大,弹性势能越大的结论.可初步实验的结果发现，作为演示实验,无论是橡皮筋的形变程度还是“纸弹”的尺寸都太小,不利于学生观察.如果把这个实验改成学生实验,能见度当然好了,但是学生人人都在发射“纸弹”,不仅不利于教师对课堂的掌控,而且教室的整洁也会出现严重的问题.所以,还是只能在演示用的器材上动脑筋.于是,我们对橡皮筋进行了一定的手工编制,把若干根橡皮筋编成了一条粗的橡皮条.然后把橡皮条的两端固定在一块木板上,而且在木板的表面画上刻度,并标上数字,这样相当于在木板上安装了一把刻度尺,橡皮条的形变程度就得到量化,一目了然.当然,由于橡皮条的威力远远大于单根的橡皮筋,我们换用了大个的“纸弹”,提升了可观测性(如图8).

这堂公开课上下来,别的暂且不论,仅实验效果一项是大获全胜的.这项成绩的取得来源于我们教师课前在实验环节的不断尝试,来源于我们教师事先在实验器材上的不断改良,来源于我们教师在心底对学生主体地位的认可.这次实验器材的改良成功告诉我们:创新路,不高冷!只要想做、愿做、动手去做,一定能走出一条属于自己的道路.

刘炳昇,魏日升.初中物理教师实验技能训练[M].北京：高等教育出版社,1989.