初中物理課堂演示實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新實(shí)踐

汪阿運(yùn)

[摘要]初中物理主要以觀察和實(shí)驗(yàn)為主。教材設(shè)計(jì)的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)，有時(shí)不能滿足學(xué)生深度學(xué)習(xí)的需求，主要表現(xiàn)為：很多實(shí)驗(yàn)不易產(chǎn)生明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;不能很好地指引學(xué)生在科學(xué)探究的過(guò)程中自主生成科學(xué)結(jié)論。為此，需要教師針對(duì)不同的科學(xué)探究，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，并使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，指向更加明確，與學(xué)生的前認(rèn)知聯(lián)系也更加緊密。

[關(guān)鍵詞]初中物理;演示實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新;實(shí)踐

[中圖分類(lèi)號(hào)]G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）05-0050-02

物理學(xué)是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要組成部分，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中有著不可替代的作用，也是踐行和落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，有些課本實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到預(yù)期的效果，給學(xué)生的深度學(xué)習(xí)帶來(lái)障礙，如果對(duì)教材提供的演示實(shí)驗(yàn)不加取舍，一概照本宣科，就會(huì)受到原有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置等方面的制約，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)概念一知半解，不能很好地與學(xué)生的前認(rèn)知結(jié)合起來(lái)，甚至扼殺學(xué)生對(duì)未知知識(shí)的創(chuàng)造性思考。在教學(xué)過(guò)程中，恰當(dāng)、靈活地進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，不僅能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，消除神秘感，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，而且有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的把握和對(duì)難點(diǎn)知識(shí)的突破，使學(xué)生能加深對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解，提高學(xué)生的探究能力。為此，很多一線教師在沿用教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的同時(shí)，又在不斷思考實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新，力求收到顯著的效果。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題，進(jìn)行一些創(chuàng)新和改進(jìn)設(shè)計(jì)。

一、依據(jù)物理原理使演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯

從演示實(shí)驗(yàn)的作用來(lái)看，大致可分為導(dǎo)入課題、得出結(jié)論、原理應(yīng)用等三種類(lèi)型。要想演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮出應(yīng)有的效果，就必須讓演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象足夠明顯。有些演示實(shí)驗(yàn)只能大概觀察到一些現(xiàn)象，學(xué)生在觀察的時(shí)候不易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，有時(shí)微小的實(shí)驗(yàn)變化未能引起學(xué)生注意而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，讓教師的權(quán)威受到挑戰(zhàn)。例如在“氣體浮力”教學(xué)中，教材中安排了一個(gè)籃球給氣球充氣的實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證大氣中的物體會(huì)受到浮力作用。如圖1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是讓杠桿兩端分別懸掛鉤碼和籃球，籃球上的充氣口連接有氣球，先調(diào)節(jié)杠桿平衡，然后讓籃球中的氣體給氣球充氣，意圖實(shí)現(xiàn)氣球受到大氣的浮力而打破平衡，從而驗(yàn)證氣球受到大氣的浮力作用。這個(gè)實(shí)驗(yàn)一般很難看到明顯的浮力作用效果，究其原因，我們可以進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析：

氣球充氣后產(chǎn)生的浮力大小與物體總重力之比只有萬(wàn)分之六。如果想要浮力和物體重力之比變大，只有讓氣球的體積變大，也就是讓氣球充入更多的氣體。考慮到籃球的體積有限，再充入更多的氣體難度較大，也不具備很強(qiáng)的可操作性。為此，筆者做了一些改講：

前一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作需要給籃球充氣后，放氣給氣球。往籃球中加壓打氣就有一定的操作難度，打少了難以充起氣球，打多了氣容易讓籃球爆炸。后者利用vc泡騰片與水反應(yīng)瞬間產(chǎn)生大量氣體，反應(yīng)快速，短時(shí)間內(nèi)就可以獲得大量的氣體給氣球充氣。此實(shí)驗(yàn)對(duì)器材要求低，通過(guò)改進(jìn)，能夠讓氣球所受的浮力與重力的比值從萬(wàn)分之六提升至千分之四，約七倍的跨越讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，同時(shí)讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視性更佳，給學(xué)生帶來(lái)更好的視覺(jué)體驗(yàn)，從教師層面上看可操作性也更強(qiáng)了。

二、依據(jù)教學(xué)需要使演示實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)化

初中物理教材選擇了很多經(jīng)典演示實(shí)驗(yàn)，但是有些實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不夠穩(wěn)定、時(shí)有時(shí)無(wú)，這樣，實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力會(huì)大打折扣。同時(shí)從資源效用最大化的角度考慮，很多演示實(shí)驗(yàn)只能研究某個(gè)特定的物理問(wèn)題，功能比較單一。為此，教師可自行設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)，力爭(zhēng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)器材能滿足多個(gè)問(wèn)題探究之用。例如，在“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)浮力”的教學(xué)中，教材一般設(shè)置石塊浸沒(méi)水中，用彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變小來(lái)顯示小石塊受到了浮力作用。這種簡(jiǎn)易的稱重法基本能夠說(shuō)明浮力的存在，但是正因?yàn)楹?jiǎn)易，所以也存在一些問(wèn)題，比如石塊體積較小，浮力不大，示數(shù)差值較小;石塊體積不規(guī)則，學(xué)生不易對(duì)浮力大小與排開(kāi)液體體積的關(guān)系產(chǎn)生關(guān)聯(lián);學(xué)生看不到動(dòng)態(tài)的浮力作用，靜態(tài)的示數(shù)變化難以給學(xué)生顯著的刺激。為此，筆者做了一些改進(jìn)設(shè)計(jì)。

把盛水的容器改裝成連通器，通過(guò)右側(cè)的小口徑端口加水，主容器中的水位可以穩(wěn)定上升，讓學(xué)生清楚地觀察到物體慢慢浸沒(méi)到水中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)慢慢變小，直至完全浸沒(méi)后示數(shù)不變，學(xué)生能夠看到一個(gè)動(dòng)態(tài)的浮力變化過(guò)程。同時(shí)，我們選取的物體形狀為長(zhǎng)方體物塊，體積為340cm³，這樣物體受到的浮力更大，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變化更加明顯，從而對(duì)浮力的測(cè)量值也更加準(zhǔn)確。長(zhǎng)方體物塊我們加以標(biāo)記等分，學(xué)生能夠把浮力的大小與排開(kāi)液體的體積產(chǎn)生聯(lián)想，更容易得到其中的線性關(guān)系。此實(shí)驗(yàn)器材一專多能，大致可以探究三個(gè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題：

1.二次稱重法測(cè)量浮力大小。

2.探究浮力大小與排開(kāi)液體體積的關(guān)系。

3.探究浮力大小與液體密度的關(guān)系。

一套實(shí)驗(yàn)器材可以做多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，極大地發(fā)揮了器材的效用，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)資源的高效配置。

三、依據(jù)教學(xué)內(nèi)容選用演示實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

物理教學(xué)一般以問(wèn)題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生思考。為了便于培養(yǎng)學(xué)生的思維，我們一般會(huì)以直觀的演示實(shí)驗(yàn)把難以理解的問(wèn)題具體化，以實(shí)物的形式演示出深刻的物理道理，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并思考得出相關(guān)結(jié)論。這就要求演示實(shí)驗(yàn)要能夠緊扣要研究的問(wèn)題，并能將需要研究的問(wèn)題目標(biāo)化、碎片化，讓學(xué)生自己通過(guò)實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)，尋找結(jié)論。教師只是問(wèn)題的發(fā)起者和指引者。例如，在“滑動(dòng)摩擦力”教學(xué)中，滑動(dòng)摩擦力的方向是一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反難以理解，教師一般在突破這個(gè)難點(diǎn)的時(shí)候片面地展示了部分情況，學(xué)生大致得到了結(jié)論，要說(shuō)學(xué)生真正深刻理解，還有些距離，一般的演示實(shí)驗(yàn)難以直面問(wèn)題，很難讓學(xué)生自己生成結(jié)論。為此，筆者做了一些嘗試：

1.設(shè)計(jì)一個(gè)透明的玻璃塊，底部粘連一個(gè)紅色的軟布條，向左拉動(dòng)玻璃磚塊，可以看見(jiàn)軟布條向右伸展開(kāi)，說(shuō)明玻璃塊受到了向右的滑動(dòng)摩擦力作用。這時(shí)與玻璃塊相對(duì)靜止的木板向左運(yùn)動(dòng)，摩擦力方向向右。

2.用細(xì)線拉住玻璃塊不動(dòng)，向右拉動(dòng)木板，紅色軟布條向右伸展開(kāi)，說(shuō)明玻璃塊受到了向右的滑動(dòng)摩擦力作用，此時(shí)玻璃塊相對(duì)木板向左運(yùn)動(dòng)。

3.玻璃塊和木板同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，但是玻璃塊的速度小于木板的速度，發(fā)現(xiàn)軟布條向右伸展開(kāi)，說(shuō)明玻璃塊受到了向右的摩擦力作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，玻璃塊相對(duì)于木板向左運(yùn)動(dòng)。

4.玻璃塊和木板同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，但是玻璃塊的速度大于木板的速度，發(fā)現(xiàn)軟布條向左伸展開(kāi)，說(shuō)明玻璃塊受到了向左的摩擦力作用，但是玻璃塊相對(duì)于木板向右運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)把發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾種情況進(jìn)行分割，逐一演示，讓學(xué)生觀察，學(xué)生亦可分組自行探究，教師稍加引導(dǎo)，學(xué)生自己便可生成結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。

物理是自然科學(xué)的組成部分，觀察和實(shí)驗(yàn)是研究問(wèn)題的基本方法。物理實(shí)驗(yàn)可以是電視上看到的高大上樣子，也可以用生活中隨處可見(jiàn)的簡(jiǎn)易物品來(lái)完成。不管怎樣，物理實(shí)驗(yàn)都要有直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，才能引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì);物理實(shí)驗(yàn)要能直面問(wèn)題本質(zhì)，才能讓學(xué)生通過(guò)自身的觀察思考，完成對(duì)科學(xué)觀念和科學(xué)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)演示就已經(jīng)為學(xué)生推開(kāi)了一扇科學(xué)大門(mén)，門(mén)內(nèi)的艱難是學(xué)生的，門(mén)內(nèi)的美景也是學(xué)生的。