巧用创新实验 助力物理课堂

吴佳林

（浙江师范大学附属芦江书院，浙江 宁波 315800）

笔者有幸观摩了两届宁波市初中科学教师创新实验评比和一些区级创新实验比赛，对它们进行了分析、归类，发现创新实验大体可分为两类：（1）对原有实验的改进；（2）教师自行开发的实验.结合课堂教学实际，笔者以自己原创的几个实验为例，对这两类创新实验展开说明.

1 对教材原有实验的改进、优化

现行的各版本初中物理教材中实验较多，有些实验看起来简单，然而要真正把它做好却不易，有的演示实验效果欠佳，有的实验受材料限制，有的实验受天气影响等等.［1］因此，有必要对部分教材实验进行改进和创新.

1.1 真空不能传声实验

初中阶段对声学知识的要求主要体现在对声现象的了解和认识.真空环境是初中生无法接触、不曾了解的，而且，由于部分科幻电影的误导，一些学生头脑中甚至存在“真空也能传声”等错误的前概念.因此在课堂上，对“声音能否在真空中传播”实验的演示是必要的.多数教材中本实验是利用抽气泵和大型“真空罩”进行，但该套装置很多农村学校并未配备，且实验时有不少的弊端：如密封圈容易老化变形；装置过于笨重，携带不方便；抽气时所需时间过长；抽气泵噪声过大，导致电铃声音被噪声淹没等.［2］

为了突破教材实验器材的限制，笔者设计了如图1所示的装置进行实验.该装置由家用真空封口机、真空包装袋、隔音垫、蓝牙音响组成.

图1

家用真空封口机和真空包装袋是保鲜食材的常用物品，与抽气泵、玻璃罩相比，具有体积小、重量轻、便于携带、操作极其简单等优点.本装置用透明的真空包装袋作为容器，利用封口机“一键真空”功能，快速抽去袋内空气，制造空气相对稀薄的微气体环境，且在抽气时，包装袋袋面形态的变化可反映出袋内空气量的变化，简化了气压表这一装置.由于大气压的作用，随着袋内气体量的减少，最终包装袋将以褶皱状紧贴在蓝牙音响表面，表明袋内气体量已接近真空.用蓝牙音响取代电铃的好处在于：通过观察电脑、手机屏幕上的音乐界面和蓝牙音响表面闪烁的灯光可清晰地判断出音响仍在工作这一事实，可视性大大增强.蓝牙音箱放于隔音垫上，可以避免底部直接与桌面接触引起的固体传声对实验造成的干扰.

课堂教学时，打开蓝牙音响，连接手机或笔记本电脑，如图2所示，将音响放入真空包装袋中，夹住袋口，放于隔音垫上，播放音乐，学生可清晰地听到声音.将包装袋口放入封口机，按下“一键真空”按钮，学生可肉眼观察到包装袋体积的减小，直至袋面紧贴音响表面，如图3所示.与此同时，能听到的音响声音越来越小.引导学生观察手机端音乐界面的音量，音乐仍在播放，且系统音量未变.在包装袋上撕开一个小口，空气进入袋中后，耳中听到的音量瞬间变大，与之前形成鲜明对比，得出“声音不能在真空中传播”的结论.

图2 抽气前

图3 抽气后

1.2 演示磁铁周围磁场的空间分布

磁场是一种看不见的物质，在初中物理教学中，用被磁化的铁粉排布情况来表示磁体周围的磁场，如浙教版教材所述，如图4所示.

图4 磁铁周围铁粉排布图

此时学生通过探究实验，已经认识了条形磁铁周围某个面的磁场，但真实的磁场是立体的，浙教版初中科学教材并未给出磁场的空间分布，华东师大版教材有这样描述：“把磁铁浸放在混有铁粉的甘油中以显示磁场的空间分布”，但并未有详尽的描述，很多教师进行该实验时发现，甘油的效果并不好，且由于重力的作用，存在磁铁难固定、铁粉分布量不均匀等情况.因此，笔者对该实验进行了如下改进，实验器材为旋转台、胡椒粉瓶（装铁粉）、条形磁铁、细线、铅笔、二甲基硅油（100粘度，淘宝可购）、透明塑料筒.

将透明塑料圆筒放于旋转台上，往内倒入一定硅油，将细线一端绑定在条形磁铁上，另一端缠绕于铅笔上并固定，将条形磁铁慢慢放入圆筒，如图5所示.

图5

利用胡椒粉瓶特制的瓶盖，将铁粉从上往下均匀地撒至硅油中.由于重力的作用，铁粉在下落过程中会与条形磁铁磁场充分接触，且硅油恰到好处的粘度使得铁粉的下落变得较为缓慢，保证了铁粉被条形磁铁磁化的时间足够.最终效果如图6所示，旋转展示台，使学生能清楚地看到条形磁铁周围磁场的空间分布.

图6

2 开发创新实验，服务课堂教学

前沿科技的进步，带动了教育技术的发展.传感器、同屏技术、VR等一系列的手段进入了课堂，大大丰富了物理创新实验的资源.

物理之美，源于生活，物理课堂教学往往从一种生活现象引向一个值得探究的科学问题.但由于教学场地的限制，有些真实情境很难让学生切身感受，如初中物理中“机械运动”一课的教学.学生在判断运动还是静止时，习惯性地以地面作为参照物而不自知.如何创设真实情境，引发学生认知冲突，使学生认识到参照物和参照物选择的重要性呢？借助教育技术的东风，笔者开发了一个创新实验.用无线摄像头进行参照物教学.实验器材为长木板、两块白色塑料板（一块画有条纹）、小车、小红旗、迷你无线摄像头、旋转台.

将无线摄像头连接电脑，和红旗一起固定于小车上，使得红旗能出现在摄像头视野中.如图7所示.搭建小车运动的轨道，长木板模拟路面，将两块白色塑料板竖立于木板两侧.如图8所示.

图7

图8

将摄像头正对无条纹的塑料板一面，打开摄像头，使学生观察大屏幕中摄像头视野，推动小车，图9和图10为间隔8s后两幅视野照片.询问学生小车是否运动（由于塑料板遮挡视野，学生无法看到小车的运动情况，只能根据摄像头拍摄画面判断）.

图9

图10

学生回答小车未动，因为红旗在视野中位置未发生改变（此时学生默认以红旗为参照物，来判断小车的运动状态）.旋转展台，发现小车到了另一侧，说明小车运动了，引发认知冲突.

将摄像头正对有条纹的塑料板一面，再次实验，图11和图12为间隔12s后两幅视野照片.询问小车是否运动.

图11

图12

学生回答小车运动，因为视野中条纹在移动（此时学生以塑料板上的条纹为参照物）.旋转展台，得以证实.对比两次实验，引发学生深度思考，引出参照物的概念.

引导学生分析：第1次同学们说小车“静止”并非错误，若以红旗为参照物，小车的确相对静止，因为红旗和小车的相对位置没有发生改变.拿掉挡板后，脑海中出现“小车动了”的念头，是因为头脑中下意识地又以地面作为参照物，小车相对于地面的位置发生了改变，的确也可以说是运动的.

最后，引导学生认识到运动是绝对的，静止是相对的.