物理實驗教學和通用技術實踐融合的案例

何積蒼

摘要：通用技術融匯了物理和其他學科知識，通過綜合運用與具體化形成解決現(xiàn)實問題的方法論，成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、提高學生綜合能力的一個重要載體。通用技術重在培養(yǎng)學生主動建構知識的能力，使學生從生活走進物理，能使學生保持濃厚的學習和探究興趣，有助于提高學生的動手操作能力。

關鍵詞： 物理實驗 ?通用技術 ?融合 ?案例

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.08.119

高中學生對物理實驗有濃厚的興趣，樂于探索物理世界的奧秘。筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，學生希望自己能夠掌握一些實驗操作技能。實驗教學能使學生在獲得物理知識、形成良好科學素養(yǎng)的同時，潛移默化地提升技術能力。物理實驗和通用技術課程有著密切的聯(lián)系，物理學科中的力學、電學、光學等都在通用技術學科中得到了完美的體現(xiàn)。通用技術側重于在實踐活動中進行設計與創(chuàng)新，物理學科在讓學生學習系統(tǒng)知識的同時，也注重動手能力的培養(yǎng)。

現(xiàn)在新教材中有不少實驗是利用傳感器和電腦圖表進行精細分析，這雖然有利于數(shù)據(jù)的采集和分析，得出結論，但缺乏直觀定性的實驗展示，所以有些情況下最好能用常規(guī)或者自制教具，做一些取材容易、貼近生活、簡單明了、便于操作的“小實驗”，讓學生近距離接觸實驗器材，觀察儀器的構造，體會工作原理，分析實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，歸納實驗結論，得出物理規(guī)律，體驗物理世界的奧秘，消除對物理知識的神秘感，使學生想學、善學、易學、樂學。課外科技活動、小實驗、小制作更容易讓學生接受，拓寬了學生之間交流、學習、討論問題的平臺。這樣不僅能使學生變被動學習為主動探索物理知識，使學生加深所學知識的理解，而且能極大地提高學生學習物理的興趣，鍛煉他們的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，從而實現(xiàn)物理實驗教學和通用技術的融合，真可謂“一舉多得”。下面介紹幾個采用物理實驗和通用技術課程融合技術而改進的實驗案例。

實驗一：氣體的等溫變化。

實驗器材：

透明塑料瓶（可樂瓶）、水槽、帶玻璃管的橡膠塞。

實驗過程：

1.給塑料瓶內灌一定量的水，用帶玻璃管的橡膠塞塞住瓶口，然后用力擠壓瓶子，觀察水的變化。

現(xiàn)象：玻璃管口有水噴出。

分析：擠壓瓶子，瓶子內氣體體積變小，壓強增大，把瓶子內的水向下壓，水從管口噴出。

2.把瓶子內的水倒出來，壓扁后將玻璃管插入裝有水的燒杯中，松手膨脹。

現(xiàn)象：管口有“噴泉”現(xiàn)象出現(xiàn)。分析：壓扁瓶子后讓其膨脹，瓶子容積增大，有“噴泉”出現(xiàn)，說明瓶子內空氣體積增大而壓強減小。

實驗結論：

溫度不變的情況下，一定質量的氣體壓強P與體積V成反比。

即PV=C（C為常數(shù)）——玻意耳定律。

實驗二：氣體的等容變化。

實驗器材：

帶膠塞的玻璃瓶、中性筆芯桿（拔掉筆尖，把它穿過膠塞插入瓶子中，筆尖座向上）、燒杯、酒精燈、水槽、易拉罐。

實驗過程：

1.給玻璃瓶內裝入少量稀釋的紅墨水（沒過筆芯桿下端），用熱水澆灌瓶子四壁，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：筆尖座孔有“噴泉”噴出。分析：玻璃瓶內氣體體積可以認為不變，有“噴泉”出現(xiàn)，說明當氣體溫度升高時，瓶內氣體壓強增大。

2.將空易拉罐裝少量的水在酒精燈上加熱至沸騰，然后將易拉罐迅速以開口向下置入冷水的水槽中，觀察易拉罐的變化。

現(xiàn)象：易拉罐立刻被壓扁。分析：易拉罐內氣體沒入水中認為體積不變，被壓扁說明溫度降低，罐內氣體壓強減小。

實驗結論：

體積不變的情況下，一定質量的氣體壓強P與熱力學溫度T成正比。

即P=CT（C為常數(shù)）——查理定律。

實驗三：動量守恒定律反沖運動。

實驗器材：

空易拉罐一個、細線。

實驗過程：

1.為便于灌水，將空易拉罐上部開口處擴大或去掉上部。用小鐵釘（或錐子）在罐下部邊緣鉆（4～6）個小孔，鉆好每個孔后用鐵釘向同一個方向壓一下。

2.在易拉罐上部鉆三個小孔，將細線穿過去，在高處系一結用于懸掛易拉罐。

3.準備一只水桶，把易拉罐裝滿水后提起在水桶上?，F(xiàn)象：水從各個小孔里噴射水來，易拉罐向相反的方向旋轉。分析：易拉罐裝滿水剛開始，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，總動量為零，當水在壓力作用下噴射出來，水的動量不為零，易拉罐反向旋轉的動量也不為零。

實驗結論：

如果一個系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這個結論叫做動量守恒定律。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′（等式兩邊均為矢量和）。

拓展：根據(jù)動量守恒定律，大炮發(fā)射炮彈，炮身會向后運動，炮身的這種運動通常稱為反沖運動，這是因為大炮發(fā)射前，發(fā)射炮彈時，火藥在炮筒中爆發(fā)，氣體膨脹推動炮彈向前運動，同時膨脹的氣體也推動了炮身。由于系統(tǒng)沒有受到外力的作用，在量值上，炮彈獲得向前的動量與炮身獲得向后的動量相等。

以上幾個用簡易自制教具所做的改進實驗，不但十分方便地驗證了玻意耳定律、查理定律和動量守恒定律，而且把教學與生活問題、間接經(jīng)驗與直接經(jīng)驗結合起來，使學生覺得物理就在他們的生活中，感到學有所得、學有所用，從而保持學習物理的興趣。同時以上幾個實驗用的是技術設計方法，體現(xiàn)的是實驗創(chuàng)新理念，使物理實驗教學與通用技術實踐很自然融合，達到了理科實驗、技術教育和創(chuàng)新活動統(tǒng)籌教育的目的。如果教師與學生經(jīng)常開展自制教具、實驗改進等實驗創(chuàng)新活動，必然會提高學科教學效果，提高學生的科學素養(yǎng);必然會培養(yǎng)鍛煉學生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力，提升學生的技術素養(yǎng);而且在促進科學教學、提高學生綜合素質的同時，還能推進學校整體教育教學發(fā)展。

總之，要大面積提高物理教學質量，全面提高學生素質，就必須在科學課程教學中加大實驗教學力度。只要我們善于理順各學科之間的相互聯(lián)系，統(tǒng)籌教育資源，堅持學科融合教學，我們的教學工作一定會做得更好。