开发实验装置培养学生创新能力

董军锋

摘 要：认识到了用“手按矿泉水瓶”演示活动来体现“水的浮力”存在不足，利用身边的实验素材来自制实验装置，笔者从实验素材、制作过程、操作步骤、改进优点、问题分析及改进新设想等六个方面对自制实验装置进行总结。通过将演示实验改成分组实验，扩大了实验现象的可视度和持续性，促进了学生在课堂上更好地理解新知识。在制作实验教具过程中，组织学生参与到制作过程中，让学生体验到了实验活动的过程，培养了实验创新意识，激发了实践的主动性和积极性。

关键词：创新;实验素材;自制教具

课堂实验是吸引学生课堂注意力的有效手段，但是课堂演示实验存在实验现象可视度低、实验开展成功率低等问题，老师就将演示实验变成了口头实验、粉笔实验或视频实验，导致学生对实验活动体验的缺失。受演示实验本身条件的限制，参与学生人数有限，导致用个别学生的实验感受来代替全班学生的感受，这限制了学生体验实验活动的机会。所以，以“水产生浮力”自制实验教具为例，笔者从问题分析、寻找素材、制作过程、操作步骤、改进优点、问题分析及改进新设想等六个方面入手，对研究过程做了总结。

【案例】 制作“水的浮力”实验装置

素材来源：在八年级科学上册第一章第3节《水的浮力》中，有一个实验活动“手按矿泉水瓶”，其活动内容为： ①.将一个空塑料瓶的瓶盖拧紧，然后把它压入水中，你的手有什么感觉？②.将手松开后，观察瓶子运动的情况。

分析讨论问题：笔者针对课堂演示实验存在的问题进行了思考分析后，总结出了以下几点不足：①.实验器材携带麻烦，需要准备能横着放入空矿泉水瓶的容器，而且要盛足够多的水，保证能观察到“在手放松后矿泉水瓶会上升”的实验现象;②.虽然在课堂上要求学生亲自完成“手按矿泉水瓶”活动后，要求学生诉说“感受”，而感受只能由参与者去体会，其他学生不能切身感受这种活动结果（或现象），这样的实验处理方式会降低学生在课堂上参与的程度，进而降低课堂实验活动的效率;③.手松开后，矿泉水瓶几乎是跟着手一起上来的，其他较远的学生看不到明显的现象，所以“矿泉水瓶是受到水的浮力而向上运动的”的实验结论有些勉强;④.利用图示实验装置，不但获得的实验现象有缺陷，而且装置的利用率也不高。

针对上述讨论总结出的问题，笔者主要做了以下改进工作：

一、“水产生浮力”实验装置的研究过程及应用

1.实验素材：透明塑料杯，细铁丝，乒乓球，橡皮筋，小指针，纸条，胶带纸，热熔胶，刻度尺。

2.制作过程：①.在塑料杯外壁贴上纸条;②.在乒乓球的中心位置，用烧红的铁丝钻一个小孔，然后用热熔胶将乒乓球与橡皮筋连接起来，并且在橡皮筋上固定一枚小指针;③.在透明塑料杯底部中间位置，用烧红的铁丝钻一个小孔，将橡皮筋穿过塑料杯底部的小孔后，适当调整指针位置后，再用热熔胶将底部小孔封住，装置制作完成。

3.操作步骤：①.向容器中缓慢加水，直到橡皮筋刚刚被拉直时（或者观察到乒乓球浮在水面中间）就停止加水，观察此时橡皮筋所处的位置;②.将容器倾斜放置在一斜面上（注意：不能让乒乓球碰到容器壁），观察此时橡皮筋所处的位置;③.移走斜面后观察此时指针所指的高度，并在白纸上标出相应位置;④.向烧杯中继续缓慢加水，直到乒乓球全部浸没在水中，观察此时指针所指的高度，并在白纸上标出相应位置。

4. 研究结果与应用：在課堂上，利用学生自制的装置开展分组实验后，笔者对发现的问题再次进行了总结，如：a.乒乓球浮起后，橡皮筋没有处于竖直位置或乒乓球贴在塑料杯内壁上;b.乒乓球在未浸没前，水面已经升到塑料杯杯口;c. 在纸条上标出指针所处的高度时不够精确;d. 乒乓球在水面上不断振动，影响标出指针的位置，应沿着塑料杯内壁倒入，避免水冲击到乒乓球。

二、阐述“水产生浮力”的实验装置原理

在制作“水产生浮力”的实验装置时，为了解决“浮力不可见”而变成“可见”，以及增强实验效果，在设计制作原理上，从以下几点阐述：

1.转换法：具体事例，比如“乒乓球向上浮起”，依据力能改变物体的运动状态，让学生观察到乒乓球受到了浮力;通过橡皮筋拉直之后所处的位置，显示出“浮力的方向”;通过“橡皮筋被拉长的程度”来显示“浮力的大小”。

2.对比法：比较两次活动中观察到的橡皮筋所处的位置，得到浮力的方向“总是”竖直向上的;比较两次活动中观察到的橡皮伸长的长度，以及乒乓球进入水中的体积，认识到影响浮力大小的因素。

三、总结“水产生浮力”的实验装置的优点及创新点

改进优点：①.实验素材为常见日常生活用品中获得，适合开展家庭小实验，将课堂实验拓展到课外，有利于提高学生参与活动的程度;②.择优选用学生在家制作的活动装置后，用作课堂实验教具，而且能开展分组实验活动，既提高课堂实验活动的效率，又可以激发学生积极参与课外实验活动的兴趣，让学生能感受到实验创新的获得感;③.实验现象明显，而且现象能维持较长时间，如：a.通过“乒乓球向上运动起来”能说明乒乓球受到了水的浮力;b.通过“橡皮筋处于竖直位置”能显示出浮力的方向;④.实验装置携带方便，可重复利用，而且自制实验装置能拓展其他用途，比如：通过“橡皮筋伸长的长度变化”来显示出乒乓球受到水的浮力大小也在变化，进而引出“影响浮力大小的因素”。

创新点（改进新设想）：①.在连接乒乓球和塑料杯底时，橡皮筋要垂直插入孔中后再用热熔胶固定;②.能在上面打上刻度的透明塑料片来代替纸条，贴在内侧，可以与水直接接触，更能精确判断指针所指的高度;③.用泡沫塑料代替乒乓球，增大浮力，从而增大实验现象;④. 为了减少指针本身重力对实验的影响，利用锡箔纸做指针，减轻指针重力给实验现象带来影响，同时将指针与泡沫塑料固定，要求指针能与塑料片保持垂直;⑤.橡皮筋改成弹性好的弹簧，增大浮力产生的效果;⑥. 泡沫塑料用电热丝切割成长方体，以及引入刻度，这样的实验装置可将定性实验改成定量实验。

综上所述，认识到了用“手按矿泉水瓶”活动来体现“水产生浮力”存在不足，笔者从寻找实验素材、阐述制作过程、演示操作步骤、分析新问题、总结改进优点以及改进新设想等方面，制作“水产生浮力”的实验装置，然后将自制实验装置运用于课堂教学，成功地将演示实验转变成学生分组实验，增强实验现象的可视度，提高了学生的参与程度，培养学生的创新意识和探索实践的能力。通过参与制作实验装置的过程，笔者通过手机拍摄照片或录制视频，并制成活动纪念相册或视频，记录了学生在实验过程中付出的努力和收获的乐趣，让学生对研究过程有了切身体验，也获得了实验创新过程中所带来的成就感，同时也让学生的意识到从感性认识上升到理性思考的重要性，意识到解决问题需要回归到理性思考中。