初中物理微实验教学策略

郑 莹

(深圳市龙岗区布吉中学，广东 深圳 518112)

初中物理是一门实验课程，物理的原理、知识、应用以至创新皆应源于实验[1]。但现实中学生通常只能在课堂观看实验演示，在实验课按教师要求操作实验，实验似乎不能碎片学习、泛在实验，大而泛的问题难以调动学生自主探究的积极性。师生如果不能自主实验、泛在实验，实验就难以创新，实验教学就跟不上时代潮流。

物理微实验是物理微型实验的简称[2]，具有简小精悍、灵活自由的形式，新奇有趣、程式多变的内容，现象明显、操作简单省时等特点，凸显实验的开放性、实践性、自主性、创造性、趣味性，并能以小见大，实现知识的厚薄演绎和信息的巨微转化。新课改提倡以微实验教学新模式转变实验教学方式和方法，提高实验教学的质量。微实验教学关键之处在于微实验的创设，可先从实验微处理方面入手。

一、实验微处理

实验微处理是将实验细小化，形成碎片化学习功能。可将问题细化成若干小问题分层分步研究，或是提炼实验中的重、难点，提炼有细化、深化研究价值的实验问题，使实验的器材和实验方法简单化，创新更多变式，形成碎片化实验内容，然后分块集成，完成大的实验研究。如研究摩擦力实验，可分研究摩擦力大小、研究影响摩擦力大小的因素、研究摩擦力方向等几个实验进行，摩擦力方向是学习的重点，静摩擦力方向是学生学习的难点，可以用拖把、扫帚、黑板刷、牙刷、气球等，分设滑动、推而不动等条件，创设许多微实验，观察拖把、扫帚、黑板刷、牙刷、气球等的朝向，将其受到的摩擦力方向可视化，既突破教学难点，又培养学生实验创新能力。在研究影响摩擦力大小因素的实验中，接触面积大小的因素最易成为学生讨论的热点，想当然认为接触面积大摩擦力必定大，这里就可以改变接触面积的大小设计对比实验，甚至将实验变成游戏比赛，让学生深刻感受改变接触面积大小能否改变摩擦力大小的事实。又如研究浮力的实验，可分为研究浮力的大小、浮力的方向、浮力产生原因探究等微实验，其中浮力产生原因是学生学习的难点。可找一带侧漏口的茶壶(内装小铁块至茶壶在水中能下沉)，用一吹胀的小气球轻松密封茶壶大口，同时用橡皮膜密封茶壶侧漏口，然后将茶壶和气球轻压入水中。松手，气球不上浮；将茶壶和气球从水里拿出，去掉茶壶侧漏的橡皮膜，从侧漏中往茶壶加水，当加入的水触碰气球底部，气球立马浮起来！

上面实验可见实验微处理的技巧：选取某一物理原理、规律，或某一知识点、某一技能、某一探究点而设计实验；利用身边物品完成实验设计、操作、得出结论；实验器材的改进和实验方法的设计是实验微处理的关键和重点。实验微处理使实验无处不在、无时不在成为可能。

二、微实验创设原则

实验微处理后就可创设很多微实验，激发师生实验创新能力。

1.教材实验器材的改进

教材上实验有哪些优缺点？ 如何使现象更明显、操作更方便？实验的改进有哪些规律可循？如人教版八上第四章第三节77页“探究平面镜成像特点”实验中燃烧两根相同的蜡烛探究平面镜成像特点，实验器材的优点是光源明亮、成像清晰。但实际遇到的问题是很难找到两根完全相同的蜡烛，烛焰受空气对流的影响不稳定，两根蜡烛燃烧情况不能完全一致，“物像重合”的理想状态很难出现。针对教材实验问题，用两块长、宽相同的长方体木块代替蜡烛，能克服烛焰不稳定问题，容易做到“物像重合”。但木块不会发光，光源太暗成像不清晰，可给木块包上亮彩纸，用红笔描红木块四周，明显看到木块的长和宽分别重合，“等大”效果就更明显；再在木块上涂上不同颜色，用颜色分左右，通过平面镜则可显示物像对称。又如，人教版九年级第十三章第二节第9页“压缩空气改变内能装置”的实验中，实际操作时要大力迅速压下活塞(学生操作更难把握)，经常只见硝化棉冒烟，少见火星出现，有时候冒烟也看不到，实验成功率不高。将硝化棉改用感温变色粉(感温材料对温度非常敏感，学生小时候有类似玩具，如感温奶瓶等)，只需轻轻压下活塞，对玻璃筒内气体做功，气体内能增加，温度升高，红色感温粉立马变白色；松手，玻璃筒内气体对外做功，内能减少，温度降低，白色感温粉立马变红色，现象非常明显，大大提高实验成功率!并且可以重复演示，不像原来用硝化棉升温燃烧冒烟，再重做实验需清理硝化棉重新组装实验，如果加大玻璃管内体积，空气被压缩的体积大，温度升高快，更增大演示的效果。同时，经改造后的实验演示装置还可以做成小巧玩具供孩子玩耍，比如用一个小针筒，里面放入敏感变温粉，推压密封活塞，即可看见变温粉颜色改变，非常简单、安全。

创造过程没有止境，教材实验器材的改进是有规律可循的。先要找出原来器材的优缺点，克服不利因素，提高成功率，使现象更明显、操作更方便并能体现自主原创。

2.设计多个实验探究一个物理原理

同一物理原理可以用不同器材、设计不同方法操作，加大发散思维的力度，设计不同实验探究一个物理原理，能克服常规实验“照搬教材实验”“照葫芦画瓢”的问题。如，探究流体压强与流速关系的原理就有多种设计：将一张扑克牌对折后盖放桌面上，用一根玻璃管对着扑克牌下面吹气，扑克牌下面气体流速大，压强小，扑克牌不会被吹翻，反被压得更紧；往两气球(或乒乓球)中间吹气，两气球反倒靠得更近；将一吸管插入装水烧杯中，在露出水面的吸管处切小口，切口处将上面吸管折放平，给水平弯折的吸管吹气，可见烧杯中吸管的水柱会上升；反拿漏斗，用手轻托一乒乓球堵住漏口，给漏斗吹气，漏斗下面的乒乓球不会掉下来；用水管给盆里两纸船冲水，两纸船反倒靠得更近，可以模拟两船相撞。

上面气球改为乒乓球、吹气改为流水，如此同样物理原理可以用生活中的不同器材、设计不同方法操作，由一变多。可见，发散思维是实验创设的根本。又如有哪些器材可以探究物体的浮沉条件或改变物体的浮沉？ 将橡皮泥捏团放入水中下沉，做成空心状却能浮在水面；气球吹气扎口放入水中会上浮，装入少许水吹入气可悬浮水中，再装足水扎口放入水则下沉；马铃薯放入水中下沉，如何让它漂浮？苹果放入水中漂浮，如何让它下沉？装满水的矿泉水瓶能在水中下沉吗？(需装盐水)，小玻璃瓶正放可浮水面，倒放一定下沉吗？

3.同一器材探究不同原理

一种器材可做多种实验，极大拓展实验思维和设计的空间。如，气球能做的实验包括，力的作用效果、形变、气体压强传递、流体流速与压强关系、浮沉条件、反冲运动、静电、大气压、摩擦力等等。一支铅笔，可以做惯性现象、寻找物体重心、探究摩擦力大小因素、密度计制作、导体绝缘体等20多个实验。

4.同原理同器材实验的不同变式设计

同样器材、同样原理，通过不同设计，改变实验条件，可看到不同现象，或完成不同实验。如改变物距就能产生不同的折射现象：把装满水的瓶子慢慢地远离书的封面，将会观察到：随着瓶子和封面间距离的增加，原来被放大的那些字开始模糊，等到再透过瓶子看清封面上那些字的时候，字竟成了反字。又如，透过装水的圆形玻璃瓶看字是放大的，可透过瓶内气泡看字是缩小的。都是折射，但一个是凸透镜，另一个是凹透镜。再如，放大镜可怎么玩？改变物距、改变看的角度和侧面，成像是实像还是虚像？正立的还是倒立的？还有，简易电动机可以有七八种不同的制作模型。

三、微实验创设策略

常见微实验创设的方法和技巧有：发散思维、推理想象、对比究因、拓展整合等，还有一定的模式和规律可循。

1.想象推理模拟

通过推理想象可以对生活中的物理现象、生产中的物理应用进行模拟实验，帮助学生理解无法直观、深奥的物理现象。

【实验1】模拟跨步电压

图1 模拟跨步电压实验

如图1，在地面(最好潮湿)画几个同心圆，标出A、B、C、D点，学生电源一接线端接圈外地面，模拟电厂地线，另一接线端放地面圆心处，模拟掉落地上的高压线，用电压表两接线端分别接A和B,模拟人的跨步两脚，可见电压表指针摆动，有电压读数，模拟跨步电压。将电压表接B处改为接D,电压表读数变大，可见跨步越大，电压越大；将电压表两接线端分别接同一圆上两点B和C,可见电压表读数为0，若电压表只有一根接线接地，电压表读数为0，模拟高压落地线旁，人可以“双脚并跳”或“单脚跳”逃离危险地。

【实验2】模拟海市蜃楼

往装水的瓶子加入海盐，搅拌，静置3 h，再用引流办法在液面加纯净水，一会可见液体分层，瓶子后放彩色玩具，在液体分层位置(液体密度不均匀)可清晰看见玩具“漂浮”的像。

【实验3】模拟电刻

图2 模拟电刻实验

工业生产的电刻字、画是怎么回事？如图2，用约7 V电源，铅笔写字的一端削尖，电源一端连接锡箔纸，另一端连接铅笔芯组装，铅笔就可以在锡箔纸上写出字来(看到铅笔尖端接触锡箔纸处冒烟)。

【实验4】模拟雾凇形成

如图2，将樟脑丸研碎，放入干燥的玻璃瓶内，再放入一根干柏树枝，瓶塞密封瓶，放石棉网上直接加热，一段时间后停止加热并充分冷却，柏树枝就有类似于雾凇的粉末附在上面。

2.实验对比归因

探究实验现象原因的一种办法是反现象究因，设置相反的实验现象，对比寻找导致相反现象和结果的因素。

例1，铁块被磁化后如何使铁块的磁性立刻消失？敲一敲铁块就可以！原来铁块的磁化是放在磁场中铁块内部的“小磁铁”被整齐排列，所以铁块对外显示磁性，敲一敲，这种排列被破坏，铁块磁性立刻消失。

例2，隔着装水的大烧杯看字，字是放大的；在大烧杯的水里压入一个空的小烧杯，再看字，字是缩小的!原因是装水的大烧杯是凸透镜，水里压入一个空的小烧杯后变成了凹透镜。

例3，找几个酒杯和几个水瓶，分别装入不同高度的水，按水位由高到低分别敲酒杯和水瓶，发声音调的变化截然相反，原因是什么？酒杯振动发声的物体是杯体本身，所以发声音调越来越高，水瓶振动发声的物体是瓶内的空气柱，所以发声音调越来越低。

例4，用气球做汽化吸热液化放热实验：用滴管往气球内滴入几滴酒精，将气球口扎实，然后将气球放入装有热水的烧杯中，观察气球因内部酒精液体吸热汽化变成酒精气体，气球体积变大；此时将变大的气球拿出，或投入装冷水的烧杯中，观察气球因里面酒精气体受冷放热液化体积缩小。

例5，拿一玻璃漏斗，口朝下，用手将乒乓球放玻璃漏斗内托紧，分别通过漏斗管往漏斗内吹气、吸气时，松开托住乒乓球的手，乒乓球都没有掉下来。虽然现象一样，但吹气是利用气体流速与压强关系减小乒乓球上方气压，吸气通过减少乒乓球上方气体减少气压。

例6，将硬币放烧杯至看不见的位置，将水倒入，折射后看见硬币了；将硬币放烧杯至看见的位置，将水倒入，折射后看不见硬币了。还有，自制温度计和自制压强计在制作的材料和方法上有哪些异同点？如何利用大气压对比做瓶吞、瓶吐鸡蛋实验等等，可见大量实验可以反向究因、发现和创新。

3.实验的拓展

教材的演示实验可以进行实验器材和实验内容的拓展。如教材“光的折射”中铅笔在水中“折断”实验，可将铅笔斜放烧杯水中观察“折断”，也可竖放烧杯水中间观察“变粗”，或放烧杯水里两侧边观察铅笔向烧杯侧“迁移”，还可斜放烧杯后面透过整杯水观察“弓蛇”现象。又如，将硬币投入装水的烧杯，可看见几个硬币的像？改用四边形、五边形的玻璃杯能增加多少像?可见，实验内容不断丰富，实验方法不断完善，将实验拓展，做不同变式实验，会创新更多的实验研究问题，随着研究问题的深入，可以设置进一步究因的实验，使原定的实验得到发展和完善。再如，发声体(如音叉)振动发声，为了能看到振动，一般是在发声体上放轻小物体，发声体振动使轻小物体大幅度振动从而使振动“可视化”。这个实验可以继续深入探究：发声体的振动是在一个平面的来回运动吗？为了进一步了解这个问题，可以设计利用平面镜反射将发声体的振动规律放大更细微地观察。在桌面上放一轻小镜子，镜子反射光投射在天花板上形成小亮光斑，敲动桌面振动发声，观察小亮光斑的移动，有水平、垂直两个方向，可知发声体振动不是只在一个平面的来回振动。

4.实验的整合

物理实验可与生物、化学、美术、音乐、语文、体育跨学科整合。音乐喷泉、管弦乐器等包含哪些物理原理？语文“杯弓蛇影”一定是光的反射吗？能做光的直线传播、光的折射的“杯弓蛇影”实验吗？盐水是化学物质氯化钠溶液，能不能产生电？加两个硬币做电极制作盐水电池，思考盐水车是怎么回事？以后能有加清水就能走的车吗？生物体内能形成微电流吗？ 用铜片和锌片分别作两个电极插在西红柿内制作西红柿电池、灵敏电流计的指针摆动，改变两电极距离、换用新鲜或腐烂西红柿或柠檬土豆，观察电流大小变化。用白糖水在白纸上写字，糖水蒸发干字痕迹不见了，再将白纸拿到火上烤一烤，字形、图案会因糖分脱水，而呈现浅褐色，白纸现字了。听说过碘酒现字吗？有哪些物理和化学原理呢？观察过红墨水在清水中的扩散，能把分子运动的“行踪”画出来吗？准备国画的墨汁和宣纸，用筷子将一滴墨汁蘸到水面，墨汁带油性，入水后部分分子在水面运动，将宣纸盖在水面上，墨子分子的运动“行踪”就印画在宣纸上了！还可以将水改为浓盐水延长墨汁漂浮的时间，用棉签在墨面上“作画”，印出美丽图案。想想怎样印彩色画？

5.自制仪器

物理教材中许多实验仪器可用生活材料自己制作。如自制照相机、自制投影仪、小孔成像装置、自制电动机、自制电池、自制温度计、自制乐器、自制望远镜、自制滑动变阻器、自制密度计、自制放大镜、自制压强计等。

微实验使实验的学习寓于具体、精简的实验情景之中，可以通过问题激发、情景启示、实验设计、实验分析、实验总结、实验应用等实现实验思维的连贯、延续和创生，是既科学又方便的实验思维训练途径。微实验设计力求实验器材生活化、设计问题化、内容探索化、操作技术化、关联信息化，凸显微实验教学的开放性，因而获得无穷的实验创新源泉，可以形成微实验库、微实验课程，逐渐形成微实验的教学和评价模式。同时通过微实验创新和微实验普及，使实验变得无处不在、无时不有；也可做成“掌上实验”，方便师生自主实验、泛在实验地学习。