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巧用创新教具解决实验室器材存在的问题

2020-05-26刘志标

教师博览·科研版 2020年2期
关键词:盲区器材创新

[摘要]因各种客观原因,按课程标准配置的实验器材仍存在一些问题;因实验操作或仪器管理不善,加速了器材问题的产生。针对一线教师遇到的实验器材存在易腐化、易潮湿、易破碎等各种问题,提出重组废弃器材、寻找日用品代替、改进实验教具等自主创新实验器材的多种方法,通过列举多个翔实的案例,展现创新教具的功能,达到突破实验器材问题瓶颈、丰富实验资源、填补实验室器材、有效提高课堂教学效率等目的。

[关键词]创新;器材;问题;盲区

[基金项目]江西省“十三五”基础教育课题“指向核心素养的初中物理教育教学创新实践与研究”研究成果之一(课题编号为RJWL2018-844)。

[作者简介]刘志标(1971—),男,江西瑞金人,瑞金第二中学,高级教师,研究方向为物理教学和STEM活动。

一、发现问题

有一次开展片区教研活动,来到一所乡村初中听了一堂《升华与凝华》的新授课,施教者是个老教师,对教学内容很熟悉,对教材实验教学也是了如指掌。但课堂上一个实验也没做,用的是碘和干冰的升华视频实验,边看视频实验边讲实验完成实验教学,现象明显,直观有效。视频实验只能是辅助实验作用,实验教学应当实际操作,让学生观察到实际的操作过程、现象,这样才有利于提高学生的分析和动手操作能力。课后与施教者交流此实验教学时,施教者认为碘有毒,且在“碘锤”中碘凝华后不便清洗,实验室器材存在很多问题,不便开展教学就不做了。

二、探析实验器材存在的问题

随着政府加强对教育的投入,各校按标准配置装备了实验器材。但仍然常听到一线教师受困于实验器材。通过调查,发现传统标配的实验器材存在的问题主要有:有的器材数量少,难以满足同一年级多个物理教师多个班级上课的需要;有的器材易老化,有的器材易碎化,有的器材易潮化,有的器材易生锈,有的器材操作繁杂,有的器材或实验现象可见度很小。因此,实验设计往往受这些问题的影响,难以形象、生动地呈现知识点,难以创设学生自主探究的实验环境。鉴于此,需要教师因地制宜,创新器材,突破仪器本身存在的缺陷。

三、自主创新教具,解决实验器材问题

(一)将废弃的器材加以重组

实验室每隔几年就要清理一些因老化、潮化、碎化而自然耗坏或操作损坏的器材,这些器材,弃之可惜,留之碍眼。如果将它们巧妙地加以重组,并拓展原实验器材的功能,优化原实验器材的操作方法,就能收到很好的实验教学效果。

教学案例1用来“探究电流发热与哪些因素有关”的配套器材是J2375型演示器,使用这种标配的带“U”管的“焦耳定律演示器”时,不方便往u型细管中注水,实验做完后清理也麻烦,而且易使发热电阻受潮生锈;时间一长,连接u型管的橡胶极易老化腐蚀,更换橡胶也极不方便;U型玻璃管也是易碎品。因此,这个演示器通常两年后基本就要报废处理。为解决标配的“焦耳定律演示器”这些问题,可以将若干个废旧的J2375型器材中仍有用的电阻和密封塑料壳拆下来,用电子温度计代替U型管,从而实现重组使用。

1.具体的制作方法是:取4个电阻,R1阻值为5Ω,R2、R3、R4阻值均为10Ω,将R3、R4两个10Ω的电阻并联起来后,再依次与R1、R2两个电阻串联;将三支电子温度计直接用塑料扎丝分别固定在电阻R1、R2、R3上,最后将三个密封塑料壳盖在电阻R1、R2、R3上。

2.使用方法:先记录三个电子温度计的初温,通电1min时,再比较三个温度计的变化示数,可以分别得到的结论是——通过导体的电流一定时,通电导体产生的热量与电阻有关;导体阻值一定时,通电导体产生的热量与电流有关。再通电1min,还可以得到导体产生的热量与通电时间有关的结论。再进一步深入分析,R1的阻值比R3的阻值小,但通过R1的电流是通过R3电流的两倍,比较R1与R3的发热升温情况,发现电阻R1比R3升温高,因此,还能发现在通电时间相等的情况下,电流比电阻对导体发热的影响程度更大。

这个重组的“新型焦耳定律演示器”,比原器材操作更简单,现象更明显,节约了教学前的准备时间,也节约了课堂实验时间,并增加了一个探究功能,教学效果更显著。与此同时,充分合理利用废弃材料,也是倡导了环保节能的理念,间接对学生做了正能量教育。

(二)巧用日常用品代替实验室器材

有些实验易做,但实验后难于清洗,甚至有刺激性气味。对这种实验,实验教师和仪器管理员都是敬而远之,避而不做。如果用日常用品来代替原实验室的玻璃容器,可当作一次性实验器材处置,避免清洗之劳苦。

教学案例2物态变化中的“升华与凝华”实验,因“碘”在常温下易升华且有紫色气体生成,稍加热现象更加突出,所以,教材中常用“碘”来做“升华与凝华”。教材中选择的烧杯或试管做容器,甚至还推介了专用器材——“碘锤”(玻璃制品)做容器,但实验后难以清洗。如果用“保鲜袋”装一些碘颗粒,扎紧袋口后,常温下仔细观察,可以发现淡淡的紫色气体慢慢地出现;将盛有点颗粒的“保鲜袋”袋底浸入热水后,一股浓浓的紫色气体飘然升起——这是碘的升华现象。从热水中取出“保鲜袋”一会儿,“保鲜袋”内壁上有紫色粉末物出现——这是碘蒸气凝华现象。此实验时间短,效果明显,防止了碘的刺激性气味的影响,实验后不必清洗也不必回收,直接将塑料袋当作特殊垃圾处置就可。此实验器材还可分组进行,解决“碘錘”的数量不足不便分组的问题,让学生通过积极主动仔细观察这一实验现象的,再经历概括总结,很容易建立起“升华和凝华”的概念。

瓶瓶罐罐皆仪器。用来源于生活中的“器材”可以代替许多实验室的器材,只要用得恰当,符合科学,常让学生感觉似乎意外又不意外。学生感到意外的是:教师所选器材超越课本,身边这么多东西可以用来做物理实验;学生感到不意外的是:这些器材的实验效果、结论与教材上的相同。这样,将学生身边的事物与学习的内容紧密结合,使学生在自己熟悉的环境中进行探究实验、把握新知,让学生体会物理知识的学习并不是那样的空洞,而是实实在在,深刻体会身边就是物理。

(三)改进实验器材,规避学生观察实验的盲区

教师演示实验时,因实验现象微小或观察角度等原因,教室中有某幾排或某几列的学生观察不到实验现象,这个几排或几列的区域便称为“学生观察实验的盲区”。教学时,需要教师创新教具,规避这些学生观察实验的盲区,让全体同学都能看到实验现象。

教学案例3学习平面镜成像特点,学生通过分组探究观察,能理解到平面镜所成的像与物体大小相等的特点。但当问及“人远离穿衣镜时,所成的像有什么变化”时,大多数同学认为“像变小”,这是因为大家在平时观察到的“人远离穿衣镜时”,所成的像确实是在变小。为了克服这一定势思维的影响,教师有必要再演示平面镜成像,如果教师用一块透明玻璃板竖立在水平台面的白纸上,教室中只有坐在中间的几列学生容易观察到,而坐在两侧边的学生难以看到。此时,教师可制作三个透明玻璃板连体的“平面镜”,让教室内左中右的同学都能观察到像。

1.制作方法:取一块40cm×30cm的薄透明玻璃板,放在平整的桌面上,用透明胶将两块20cm×30cm的薄透明玻璃板分别粘到长玻璃板两侧,注意玻璃块之间要留有1mm的间隔。

2.使用方法:将“平面镜”竖直立在平整木板上,调整大玻璃板两侧的小玻璃板的角度,使其夹角为120°左右;在三个玻璃板围成的区域内取合适的点A,分别找到三个竖立的玻璃板的对称点B、C、D。取4支相同的蜡烛,点燃3个,分别放在B、C、D三点上,教师手持未点燃的蜡烛到A处,让学生观察到虚像后,再将此装置远离学生1-2米,学生看到的虚像变小了,但虚像仍与A处蜡烛重合等大,而A处蜡烛并没有变小!从而确定虚像大小并没有改变。

教师针对学生易受思维式势的影响,改进实验器材,造成强有力的视觉冲击引发强大的认知冲突,破解思维定式的束缚,打破原有思维定式的那部分错误内容,从而构建正确的认识。

尽管实验室器材有专门的维护与保洁制度,但因客观因素导致的器材问题是无法避免的。而物理创新实验在物理教学教学中有着举足轻重的作用,针对实验教具、方式、操作的不断改进,教师巧用创新教具,开发新型实验,既能解决器材问题,丰富实验资源,又能启迪学生智慧,提高课堂教学效率,开阔学生的创新视野!

参考文献

[1]夏彪.创新实验设计突破教学难点[J].中国现代教育装备,2014,(18):45-47.

[2]陈晨,陈立其,陆建荣.初中物理教学渗透物理思想教育的内容选择与实践探索[J].物理教学,2019,(02):46-49.

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