物理实验无处不在——浅谈开发实验资源的策略，本文主要内容关键词为：浅谈论文,无处不在论文,物理实验论文,策略论文,资源论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
新课程改革旨在转变学生的学习方式，是一场“学习方式的革命”。丰富的课程资源则是本次改革顺利进行的根本保证。没有课程资源作为改革的坚实后盾，再美好的愿望也只能是空中楼阁。实验资源是物理课程资源的重要组成部分，它决定物理课程资源质的提升，其重要性不言而喻。本文将从四个方面阐述开发物理实验资源的策略，以期抛砖引玉。
一、经典实验的推陈出新
在日常教学中，经典实验最能说明物理原理，现象出乎学生意料，教师喜欢演示，学生乐于观察、思考。这些实验在物理教学中发挥的作用不可替代，可谓经典。遗憾的是，我们在利用这些经典实验时只关注其最出彩、最有价值的部分，没有深入地思考实验的附带价值及不完美之处。
1.经典实验的深度挖掘
［案例1］瓶吞鸡蛋
该实验能直观说明大气压的存在。在“气体的压强”新课导入时，很多教师喜欢用该实验激发学习兴趣。然而，我们想一想，每演示一次，瓶都吃进一个熟鸡蛋，如果多个班级演示，就得准备多个熟鸡蛋。怎样完整地取出熟鸡蛋，以便循环利用？于是，我引导学生讨论、研究。比如有学生想出如图1所示的方法，倒立、摇晃集气瓶，使鸡蛋的头朝下并稳稳地卡在瓶口，将集气瓶固定在铁架台的铁圈内，瓶口下方放有装水的水槽。然后，往集气瓶底部浇开水，几秒钟后，鸡蛋被完整地吐出来，由于水槽中水的缓冲作用，鸡蛋完美重生。需注意的是，煮鸡蛋的时间应长一些，不能太嫩，否则在吐的过程中蛋清容易破碎。另外，在瓶吞蛋时，集气瓶中若放有细沙，实验前需先洗净沙子，防止鸡蛋与瓶口间漏气。接着让学生尝试解释原因：封闭气体受热温度升高，压强变大，在瓶内气压作用下，鸡蛋被压出。气体压强知识现学现用，缩短了应用周期，培养了学生学以致用的意识。
图1
受瓶吞鸡蛋实验启发，笔者开发了瓶吸水实验。器材：集气瓶、水槽、水、打火机、纸片。实验过程：将集气瓶倒扣水中，发现水难以进入瓶中。接着，取出瓶，将纸片点燃后，投入瓶中，迅速地将瓶倒扣水中，水被轻松地吸进去。
［案例2］覆杯实验
该实验补充说明了大气压的存在，我们还可以对它深入挖掘。如果将杯子沿不同方向倾斜，硬纸片不掉下来，从而说明各个方向均存在大气压。当我们将杯子里的水逐渐减少，再盖上硬纸片时，大部分学生猜想纸片会掉下来，此时，教师缓慢倒立杯子，否定学生猜想，激发学生浓厚的探究兴趣。
2.经典实验的逐步完善
［案例3］测大气压实验
苏科版教材用注射器、细线、弹簧测力计、刻度尺能测出大气压的值。教材提供的是2mL注射器，因其横截面积小，用一个弹簧测力计就能测出拉力。但体积太小的注射器可见度低，不利于演示与观察，且容易损坏。实验室中常见的是10mL注射器，量程为10N的弹簧测力计根本不够用。我们不妨采用下面的实验方案：
方案一：将注射器活塞朝下固定在铁架台上，下面挂几只200g钩码。当挂最后一只钩码活塞刚好被拉动时，取下这只钩码，改用弹簧测力计钩住钩码底部，竖直向下拉弹簧测力计，读出示数，再加上钩码的物重，即是活塞受到拉力的大小。
方案二：取一塑料桶，将其挂在活塞下方。然后，往桶里加沙，直至活塞开始滑动时，称出总的物重，此重力即为活塞受到的拉力。由于物重较大，我们应将沙分批称量。
同时，我们引导学生进一步分析挂钩码与拉弹簧测力计、加沙的不同之处。虽然同样是下端挂重物，但钩码的物重是间断的，拉力的大小只能呈倍数关系增长，拉弹簧测力计、加沙的方法可以有效弥补这个缺陷，拉力的数值是连续的。
二、自制教具的历久弥新
自制教具是开发实验资源的重要途径。它往往是教师立足学生基础，借助常见的生活用品，为突破教学重难点，经过大量的脑力和体力劳动创造出来的。因此，也是弥足珍贵的实验资源。
［案例4］重力方向演示仪
1.结构及原理
①如图2，实验装置主要由以下几部分组成：木质底板、半T形铁支架、长方体玻璃容器、一根红线、钢球、木质垫板。
图2
②实验原理：学生已经知道小球下落方向与悬线方向是一致的，判断重力的方向就转化为判断悬线方向。通过测量悬线与水平线的夹角，让学生明确悬线方向与水平面垂直，这个方向称为竖直方向，即重力的方向为竖直向下。
2.教具特点与使用说明
①加深学生对水平面的认识。当底板平放时，水平面与水平桌面平行。当底板左端被垫高时，水平面重新调整，待静止后，水平面又恢复到与水平桌面平行。通过该步骤演示使学生对水平面的认识更深刻、全面。
②更直观地反映重力的方向。演示重力的方向时，有的教师采用苏科版教材的方法（8年级下册第47页图8-18），该方法难以让学生准确判断重力的方向与水平桌面垂直，而且桌面本来是否水平也值得商榷。为此，有的教师在仪器后面放置装有水的圆形水槽，即在后面构建一个水平面。这种方法有三个弊端：其一，准备仪器麻烦，且质量较大，不方便。其二，只有当我们水平观察圆形水槽的水面时，水面才是人们眼中的水平线，而当我们俯视或仰视时，呈现在学生眼前的水平面是一个扁扁的椭圆形，不利于学生观察。所以，笔者将其替代为一个轻巧的长方体平板玻璃容器，符合学生的视觉习惯，更恰当地展示水平面。其三，圆形水槽与钢球距离较远，不便于学生观察。因此，笔者将钢球放入玻璃容器中（实验过程中钢球不能碰到容器内壁），红线与水面的位置关系就更清楚、直观。而且我们可以用直尺或量角器直接测量红线与水平面的夹角。
此外，当我们用木垫板改变底板与桌面夹角时，小球位置发生了变化，但红线所代表的重力方向还是与水平面垂直，也就是竖直向下方向。
说明：本实验通过实物投影仪投影在屏幕上，效果尤佳。
三、物理习题的唤醒启发
物理习题是巩固学生知识，发展学生思维能力，培养学生分析、解决问题能力的有效载体。在物理习题中往往显性或隐性地蕴藏着实验教学的契机，我们却忽略了。唤醒这些实验教育因子，为我们拓宽实验资源提供灵感和思路。
1.将出乎意料的实验题纳入实验资源库
［案例5］如图3，在吸管中间剪一水平口（吸管未剪断），从切口处折弯吸管，使两段大致成直角。把吸管一端放进水里，从另一端用力吹气。观察到的现象是()
A.切口处有水向上喷出
B.切口处有水向前喷出
C.水中逸出大量气泡
D.水中吸管内的液面高度保持不变
在“气体的压强”新授课后，笔者让学生做本题，全班只有4人正确，约占10%。学生凭经验难以想象实验现象，更不会有意识地用气体压强与流速的关系分析，难度可想而知。当笔者演示该实验时，学生为出乎意料的实验现象欢呼雀跃，说明本实验能成功地激发学生的求知欲，而且学生能用所学知识准确、完整地对其解释。因此，本实验可以作为“气体压强与流速关系”的新课导入或者知识应用的演示实验。
图3
［案例6］如图4，不准用手拿，不准借用任何器材，怎样将右边酒杯中的乒乓球移到左边酒杯中？
图4
不用任何器材，能把乒乓球从一个酒杯移向另一个酒杯，真是神奇，难道老师有乾坤大挪移的本事？本实验创设的情景犹如一个巨大的磁场将学生深深地吸引住。实验方法：在右边酒杯右侧偏上，向左边吹气，注意控制气流速度，就能将乒乓球吹到左边酒杯中。用漏斗代替酒杯演示效果更好。
［案例7］一位物理实验小组的同学利用一只可乐瓶与一只乒乓球做“研究浮力产生原因”的实验。如图5所示，将一只塑料可乐瓶剪去底部，把一只乒乓球放在瓶内，从上面倒入水，观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出（图5a），但乒乓球并不上浮，这是因为______。若用手堵住瓶口（图5b），可观察到乒乓球浮起，这是因为______。
图5
本实验可用于演示浮力产生的原因。案例6、案例7启发我们一物多用，也是丰富实验资源的有效手段。
2.把帮助学生理解而创设的实验纳入实验资源库
［案例8］一艘装有石块的小木船，浮于水池上。如果把石块从船中取出抛入水池中，池中水面高度如何变化？
对于本题，我们习惯用理论推导的方法，比较石块与船整个系统的浮力变化，通过分析排开水体积变化来判断液面的升降。笔者以前也采用这种方法。有一次，和科代表谈心，他说理论上懂了，但总觉得液面应该上升。原来，学生虽然在理论上接受了，但潜意识里对结论还是持怀疑态度。我们不妨用实验来证实。如图6，实验器材：1个细长透明容器、1个小烧杯、1小石块。盛适量水，小石块放在烧杯中，并漂在水面上，在液面处做上记号，然后将石块放入水中，观察液面的变化情况。理论推导与实验验证结合起来，彻底消除了学生心中疑点。设计实验证实抽象的理论解释是我们开发实验资源的一个思考方向。
图6
［案例9］气功师躺在布满钉子的钉板上安然无恙，其真相是：______。
学生亲自体验是不现实的，我们可以用气球代替人来模拟这种现象。当我们用一个钉子轻轻地戳气球时.气球很容易爆掉，说明产生的压强大，而当我们把气球放在布满钉子的钉板上时，气球上面却能放置很多重物。虽然是模拟实验，但学生能从实验现象中深刻体会到气功师特异功能的真相，用间接体验丰富主观认识。
四、综合实践活动的鼎力相助
综合实践活动，特别是一些科普类的实践活动与初中物理紧密相关，比如水火箭制作、光污染研究、装修中的物理知识等等。这些活动中蕴藏着巨大的物理实验资源，如果我们做个有心人，注意收集、整理，将能从中获得大量的小实验，对课堂实验起到极好的补充。在我市的一次综合实践活动中，笔者就淘到了一个很好的实验素材。
［案例10］F1电动空气桨赛车
赛车结构，如图7：三叶桨、电动机、前轮、电池盒、开关、后轮。
图7
该案例适合于初三复习课。我们可以围绕以下几个问题进行教学。
1.小车为什么能够前进
三叶桨转动时会对空气产生力的作用，而力的作用是相互的，所以空气对三叶桨也产生力的作用。
2.怎样改变小车的运动方向
当三叶桨的旋转方向改变时，车的前进方向随着发生变化。通过改变电流方向来改变三叶桨旋转方向，实现小车的前进和后退。
3.怎样组装F1电动空气桨赛车
这是培养学生动脑动手能力的绝好机会，因为它涉及电路设计和实验操作能力。可以启发学生按以下两种思路组装。
①三叶桨单向转动
这是一个基础电路，学生轻松完成电路设计和连线操作，如图8。此时，电动机达到额定电压，小车运动速度较快。
图8
②三叶桨双向转动
双向转动即三叶桨既可顺时针转动，又可逆时针转动。怎样在单向转动的基础上改进，实现三叶桨的双向旋转？电路的设计是难点，要求用一个单刀双掷开关控制电动机的转向。怎样将单刀双掷开关正确地接入电路对学生的动手能力也是极大的考验，如图9。在本设计中电动机两端电压只能达到1.5V，优点是单刀双掷开关可控制赛车的前进和后退。如果将车身加长，在原干电池基础上再串联一节干电池，也能达到电动机的额定电压。
图9
在实际教学中，可先让学生设计电路图8a，再设计电路图9a，让学生拾级而上，完成知识的自主建构。
除上述方法外，还有一些常用的开发策略，比如一物多用、变废为宝、巧妙利用玩具、魔术等，在此不再赘述。总之，只要我们具有一双慧眼，留心日常生活，注意收集、整理，开发实验资源的思路就会越走越宽。
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