例谈初中物理实验创新

2018-11-01

物理之友 2018年10期

(1. 江苏省镇江市丹徒区三山中学,江苏镇江 212143;2. 江苏省镇江市丹徒区教师发展中心,江苏镇江 212143)

1 化繁为简

麦克斯韦曾经说过:“演示实验的教育价值常常与仪器的复杂性成反比,学生用自制仪器,即使老是出错,也常常比人们用细心调整的仪器易于学到更多的东西。”所以初中物理实验应做到操作简单、器材便于收集和制作,让实验与学生更亲近。

案例一:静摩擦力方向的判断

静摩擦力方向的判断是学生在学习中普遍存在的难点,其主要原因是学生在日常的生活体验中缺乏这方面的感性认识,往往没有留意静摩擦力现象,更难想象两个相对静止而又存在相对运动趋势的物体接触面间的受力情况。在教学中,可以取两只毛色不同的牙刷,使刷毛相对交叉叠放,一起平放在粗糙的木板上,通过实物展台将画面投影到屏幕上,让学生清晰地看到刷毛。沿水平方向轻推上面的牙刷,可以看到上、下物体间刷毛形变的方向与彼此相对运动的方向相反(如图1),由此迁移到具体情境问题的分析上。如果要进一步优化教学方式,可以让学生自带电动玩具车、算盘、毛笔、细沙和纸张等,让学生通过游戏的方式来研究,效果会非常好。

图1

案例二:演示悬浮现象

有老师是这样做悬浮的演示实验：先调配低浓度的盐水,鸡蛋放入水中下沉,接着往盐水中继续加盐搅拌,通过提高盐水浓度找到一个平衡点,实现悬浮。还有老师反其道而行之,先配置好足以让鸡蛋漂浮的浓盐水,在做演示悬浮时,只需要缓缓加入清水即可。鸡蛋的重力和浮力绝对相等是很难做到的,第二种方法的好处是先稀释上层盐水,鸡蛋受到的浮力逐渐减小,于是下沉,但是鸡蛋在浸入下层更浓的盐水过程中,更容易找到这个平衡点,实践证明第二种方法简单易行，效果更佳。这里推荐一种快捷的演示方法:往烧杯中注入一半配置好的浓盐水(足以让鸡蛋漂浮),然后利用漏斗沿烧杯内壁缓缓加入适量色拉油,鸡蛋放入后会快速悬浮在当中(如图2)。

图2

2 变静态、被动为动态、主动

注意力是指人的心理活动指向和集中于某种事物的能力，俄罗斯教育家乌申斯基指出：“‘注意’是我们心灵的唯一门户,意识中的一切,必然都要经过它才能进来。”注意是指人的心理活动对外界一定事物的指向和集中。课堂的教学经验告诉我们：学生更容易被动态的事物所吸引，我们的实验应该更动态一点,增强互动性。

案例三:演示大气压的存在

为了表明大气压的存在,老师们喜欢通过“覆杯实验”来验证。很多老师为了快速引入或者担心实验的失败,往往简单地把纸片盖在装满水的杯口再倒转过来,让学生看到“水没有落下”的事实即了事。反思这个演示实验,这样有没有激发学生思考?如果不是老师后面“回过头来”解释各种奥秘,学生对“水没有落下”的原因仅仅停留在“大气压作用”上。我们不妨这样设计:让每个小组带好平口的普通玻璃杯、脸盆、大小足以遮挡杯口且薄而平的塑料片(用它替换纸片的好处是不会遇水变形),引入的环节布置成任务：比一比,谁能完成覆杯实验？让学生在分组完成任务的过程中带着问题思考和讨论：水不装满行不行？薄片不水平行不行？薄片在什么情况下落下了？引导学生对实验结果和条件进行深层的对比分析,进而发现杯子内外的气压关系。老师最后可以利用学生的器材做精彩的“转动”演示,让水杯缓慢的朝不同方向旋转,发现薄片牢牢盖住杯口而不落下，相信这一系列的互动会让学生收获更大。

案例四:演示流体压强与流速的关系

在学习“流体压强与流速的关系”时,有些现象和习题情景都是学生没有经历过的,学生没有丰富的感性材料来理解和消化,其实很多实验可以现场演示。以乒乓球为例,可以演示足球运动中的“香蕉球”。在教室中,利用球拍用力击打乒乓球的侧边,球在无风的教室中划出明显的弧线轨迹;将乒乓球放在高脚杯中,朝杯口斜上方猛起吹气,乒乓球能跳出来(如图3);再比如“吹不落的乒乓球”,这是一道经典的习题,操作如图4所示,老师可以照样演示。

图3

图4

学生的注意力在实验上,何愁激发不了他们的求知欲。在解释完其中的物理原理之后，来一场如图5所示的游戏也未尝不可,“求胜心”会让学生积极地应用物理知识。

图5

3 变平面为立体

实验展示了客观的现象,如何理解平面这一说法？笔者举几个例子:在“探究声波的形成”实验中,教材从水波、绳子一端固定甩动另一端时的运动形态、弹簧振动时的波动形态等方面引导学生理解声波的产生,但是无论是教材配图和水波演示,我们能看到的波动是在某一个平面的;“探究光的反射定律实验”和“探究光的折射规律实验”中,光线始终呈现在一个平面纸板上;“探究磁体的磁场分布实验”中,我们是在平面的玻璃上看小铁屑的分布,从而联想到磁场的分布情况……如何让学生认识到这些现象是处于立体空间的？实验的改进值得大家思考。

案例五:“探究光的反射定律实验”的改进

图6

这是笔者从听课中获得的经验,有位青年教师对实验器材进行了改进，如图6所示,将卡片(提前画好量角器刻度线)设定到小转盘中间,用自拍杆绑定好激光电筒,将自拍杆的手柄端固定到大转盘上,以固定处为转轴,然后调节入射光线对准硬纸卡的对折线的最低点(镜面上的入射点),演示时转动大转盘，带动自拍杆上的激光电筒做水平圆周运动,这样入射光线和反射光线就可以360°旋转起来,小转盘也可以转动,让作为“量角器”的卡片能运动到恰当的位置，来承接光线和读取角度。这个复杂的实验仪器花费了老师不少心思和时间,但是制作的材料全都取材于生活,学生乐于接受并感觉亲切。学生在看了演示之后,提升了对光的反射定律的认识层次。

4 化险为夷,巧妙解决困难实验

在初中阶段,师生接触到的实验一般危险系数不高,但也不能忽视,比如在家庭安全用电中“短路的危害”的演示,可以尝试这样改进:用锡箔纸代替熔丝,锡箔纸在5mm左右,用鳄鱼夹夹住,将电源电压降为3V,短路时可看到锡箔纸燃烧,效果很好,散发的味道也不难闻。

还有一些实验,演示有技巧和难度,年轻教师往往找不到窍门。记得一位新教师做压缩引火实验时,一连压了十几下都没成功,老师急得满脸通红,最后只得硬生生地把实验现象和结论描述给学生,学生一片叹息,一脸索然无味,这样的演示也就失去了意义。这个实验按照教学进度,一般安排在十月份,气温变低了,加大了实验难度。可以改进实验如下:用小刀刮下火柴头的药粉,倒入引火仪的管底,用力下压活塞一次(以便预热,升高温度),提升后换气并用力迅速压下活塞,火柴被压燃,效果很好,即使冬天也同样能成功。改进后的实验成功率大幅提高,更具说服力,还排除了危险性。