改进物理实验器材 拓宽学生猜想空间

杨柳青　邢长福

摘  要 在初中物理教学中，物理实验能够帮助学生有效掌握物理知识，培养学生的科学素质。但一直以来，初中物理实验教学受限于教材，教师按部就班地带领学生进行实验操作。初中物理实验需要大胆创新，改进实验器材，从而不断拓宽学生的猜想空间，提高物理教学质量。

关键词 初中物理;实验器材;创新意识

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）15-0043-03

1 前言

物理是一门由“物”及“理”的学科，实验是初中物理教学的基础，很多物理知识的获得都来自实验的观察和实践。但是一直以来，初中物理实验教学采用的都是一种照本宣科的教学方式，对学生的创新意识培养造成不利影响。教师应带领学生不断对传统实验器材做出改进，从而拓宽学生的猜想空间，培养学生的创新意识。

2 初中物理改进实验器材、拓宽学生猜想空间的方法

用简易器材装置直观演示实验现象  现代科学技术的进步，促进了教学仪器工业的发展，并使得越来越多的新型仪器、成套仪器、高档精密仪器走进初中物理实验课堂。这不仅极大地改善了物理实验教学条件，也更好地满足了学生的物理实验学习需要。但是由于很多实验仪器比较昂贵，大部分学校无法多台购进，因此，实验教学成为教师一人操作的课堂。此外，整齐划一的实验仪器还很容易限制学生的个性发展，影响学生想象力的激发。教师应对传统的实验器材做出改进，促使实验器材向简易化的方向发展，从而更加直观地展示实验现象，这对学生猜想空间的拓宽是有一定帮助的[1]。

如购买一台洛伦磁力演示仪需要几百元钱，而利用一个大烧杯、一只永磁体、一台学生电源，在烧杯中装入硫酸铜溶液，将电极插入，烧杯的上部放上磁铁，这样在电源接通后，就可以发现溶液之中形成环流;然后只需通过观察溶液上的泡沫运动，就可以说明左手定则。这样的实验器材改进方式，不仅省去了高昂的仪器购买费用，而且激发了学生的创新思维，拓宽了学生的猜想空间，对学生的物理学习有诸多益处。

用新产品改进、优化物理实验  物理作为学生在初中阶段学习的一门重要学科，新课程标准明确提出“物理演示实验要贴近现代生活，反映现代科学技术发展，激发学生物理学习兴趣，启迪学生的智慧思维”。因此，教师在带领学生进行实验仪器改进时，应多关注新兴物理材料、物理产品，从而用新材料和新产品改进传统物理实验，这样不仅可以更好地帮助学生加深对现代物理技术的认识，而且有助于学生猜想空间的拓宽。

发光二极管是一种常见的半导体发光器件，它与普通二极管一样具有单向导电性，却比传统发光原件体积更小，工作电流、电压更低，发光更加稳定。因此，在初中物理实验教学中，教师若是可以使用发光二极管替代普通发光原件，从而进行实验仪器装置改进，往往可以实现更好的教学效果。如把两只颜色不同、方向相反的发光二极管串联在电路之中，并将其代替传统发光原件检流计，这样就可以更好地用其演示电磁感应现象。由于发光二极管比传统发光原件响应速度快，因此得到的实验效果会更加理想，不仅优化了初中物理实验教学，还在很大程度上拓展了学生的猜想空间。

实验仪器一物多用，激发创新精神  初中物理实验教学要培养学生举一反三、一物多用的能力，因此，教师在带领学生进行实验器材改进时，可以进一步扩大传统实验器材的用途，从而使陈旧的教学仪器发挥出新的作用。这将会为教学注入更多的生机活力，并促使学生的创新精神得到激发。如在热机的原理实验装置实验中，特级教师宋维军老师就曾带领学生进行实验操作改进：使用生活中常见的废旧易拉罐作为实验器材，把易拉罐密封，找一个适当位置打一个小孔，通过小孔用注射器向易拉罐中注入少量的水;在小孔的上方固定一个小叶轮;将易拉罐放在酒精灯上加热，当产生水蒸气时，借助蒸汽的喷射力量，小叶轮就会飞速旋转。这样的实验改进方式极大地拓宽了学生的猜想空间。

改进实验器材，不同角度演示物理实验  在初中物理实验教学中，教师应该带领学生从不同角度、不同侧面去观察物理现象的本质特征，从而加深对物理知识的认识体会。因此，教师在带领学生改进物理实验仪器时，应确保改进的实验仪器装置可以从不同角度演示物理实验，这是物理实验教学优化创新的重要体现。如在讲解“受热碰撞”方面的物理原理时，教师对实验器材做出改进，尝试用固体、液体、气体等不同材料去对热胀冷缩的现象做出说明，这样可以帮助学生更加全面地认识理解知识，从而拓宽学生的猜想空间。

需要注意的是，多角度实验演示的实验器材改进，并不是机械重复、无效重复的实验，教师每一次的实验仪器材料改进，都应该确保为学生提供一个新的信息，确保学生在原有认知的基础上增添新的知识内容理解[2]。如在“布朗运动”实验教学演示中，笔者就从教学目标要求出发，通过对原有实验器材的改进，综合运用三种实验教学手段说明布朗运动机理，得出“布朗颗粒不停做无规则运动”这一结论，从而使学生对实验原理产生更加深刻的理解。

3 初中物理改进实验器材、拓宽学生想象空间的案例

觀察“水沸腾实验”的改进  “水沸腾实验”是学生初步接触物理知识时学习的一个很基础的物理实验。以往带领学生观察“水沸腾实验”时，一般是按照教材实验操作要求按部就班地进行，经过几年的教学实践发现，教材中提出的实验方法存在一定缺陷，需要进一步对实验仪器做出改进。

1）原实验缺陷。原实验使用大烧杯盛水，用酒精灯隔着石棉网加热，若要使水达到沸腾的状态，需要很长的时间。虽然可以直接用热水加热，以缩短实验操作时间，但是一旦水温达到95 ℃，上升就会变慢;若将实验中使用的水量减少，气泡现象又变得不明显。此外，在撤去酒精灯时，由于石棉网还有一定的余热，学生会发现烧杯中的水不会立刻停止沸腾，导致他们产生误解 [3]。由此可以看出，教材中的原实验方法不但操作时间较长，实验现象还不够明显，因此有必要对实验仪器及方法进行改进。

2）实验仪器改进方法。将大烧杯换成4 cm的大试管，并在其中装入25 ml左右的冷水，然后将温度计置于其中，并用酒精灯进行加热;每隔30 s进行一次数据记录，这样就可以在10 min内完成整个实验操作。具体实验仪器改进装置如图1所示。

通过这样的实验装置改进，会观察到这样的实验现象：水在沸腾前气泡小而少，且在气泡上升过程中，气泡的下部比上部要大一些;而在水达到沸腾时，气泡多并且大，气泡上升时，气泡下部比上部要小一些;将酒精灯撤走时，试管中的水会立刻停止沸腾。与传统实验相比，经过改进的实验效果更佳，可以更好地阐释液体的沸腾现象。学生不仅会对物态知识有更加深刻的认识，也可以迸发创新精神，思维猜想空间不断拓宽，从而推动物理学习发展。

探究“安培力实验”的改进  猜想是人们根据经验材料和已知事实对未知事物做出的推测性说明。对于初中学生而言，猜想能力的培养可以更好地帮助他们加深物理知识探索，促使他们在猜想与质疑的过程中向真理靠近。因此，在初中物理实验教学中帮助学生不断拓宽猜想空间十分重要。笔者曾结合“安培力实验”，通过改进实验仪器，培养学生的猜想能力。

第一次实验仪器改进时，准备长度为5.8 cm的轨道、宽度为3.5 cm的U形磁铁、长度为8 cm的铝棒、0～20 Ω

的滑动变阻器、1.5 V的干电池，电路电流控制在0～0.6 A

之间。实验的目的是判断安培力的大小，可以为学生提供这样的猜想途径和空间：是否可以通过滑动变阻器来改变电流的大小，从而对安培力的大小做出判断？在这一提示下，学生做出如图2所示的实验仪器改进。但是通过实验操作发现，由于金属棒和轨道之间具有一定的摩擦力，因此在启动金属棒时必须要用手推动，这样就很难观察到金属棒启动的快慢。此外，由于该实验装置中只放置了一块磁铁，因此很难判断安培力与磁场中金属棒之间的有效长度关系。这一实验器材改进还存在一定问题，需要进一步做出改进。

第二次实验仪器改进时，整体实验原理与第一次相同，但是添加了一些实验装置，如学生动手制作了一个边长为11 cm、匝数为50匝的矩形线圈，准备了四节干电池（1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V）、两块U形磁铁（每块磁铁的宽度为3.5 cm），具体的实验仪器改进装置如图3所示。

这次实验仪器装置改进提供了不同的电源，在探究电流与安培力关系时，学生也不再单纯依靠滑动变阻器改变电流大小对安培力作判断，也可以使线圈的边长不断增大，可以在其中放置两块磁铁，从而使实验观察的猜想空间加大。这样的实验仪器装置改进教学很好地发挥了学生的主体作用，有助于学生物理实验猜想空间进一步拓宽。

4 结语

实验教学是初中物理教学的重要组成部分。现行的初中物理教材中拥有大量的实验，但是从近几年的教学实践看，还存在不少问题，一定程度上影响了教学效果。新时代的初中物理教师应该具有大胆革新的精神，通过改进物理实验器材，優化物理实验教学，进而帮助学生拓宽猜想空间，提高物理教学质量。

参考文献

[1]张中慧，孟智繁.改进物理实验教学的实践与探索[J].中国教育技术装备，2018（11）：123-124.

[2]邓秋艳.初中物理演示实验的创新探究和应用[D].长沙：湖南大学，2018.

[3]金宗涛，付涛.初中物理实验多视角选择器材研究[J].中国教育技术装备，2017（19）：135-136.