1、例谈物理实验教学的设计与改进白衣中学卜中华作为自然学科的物理，其特点是实验多，应用性强，许多物理规律、定理的得出，都以大量的实验为基础；而所有的物理知识，学习的最终目的，又在于将其应用到实际生活之中去。因此，在物理教学过程中，加强实验教学，培养学生的能力就显得尤为重要。在物理课堂教学中，如何加强实验教学，现就自己多年的物理教学实际，谈一谈自己的具体做法。一、课前充分准备实验。要加强实验教学，必须保证实验成功，而实验成功的关键就在于实验前的充分准备，包括仪器规格的选择、实验器材的安装与布局、实验的次序、过程、可见度与可信度等。而有些实验，教材、教参上并未考虑这些细节，这就要求教师在进课堂之前要认
2、真策划，周密考虑、反复实验，保证实验成功。例如：后文中我提到的用饮料吸管做口哨改变音调的实验，该实验看起来很简单，但真正要让口哨吹得响，还真不是一次就能够做成功的。我在上课之前就曾经花了不少时间，除了做口哨的过程，更重要的是在吹口哨时力度的把握。课前如果准备不充分，很难达到实验效果，甚至根本吹不响。又如摩擦起电实验，该实验受湿度的影响极大，实验时要严格保证所有器材的干燥，如果不考虑这一点，实验就很难成功。因此，实验之前，教师应根据当时的天气采取相应的准备措施：晴天可以将实验仪器拿到阳光下晒一晒，而雨天则只能用火烘烤，特别是阴雨天要随烘随用。再如：在研究电阻受温度的影响实验中，课本只提出电阻选用
3、日光灯的灯丝或细铁丝，至于怎样布局、安装才既便于操作，又便于观察，就只能靠教师课前反复实验、摸索。为此，我选用日光灯管的灯丝做实验时，为便于操作和学生观察，将其固定在演示用电池座上并用电烙铁焊好，同时，由于玻璃在加热过程中容易破裂(我在第一次做此实验时就将玻璃烧破了)，为保证实验成功，做了两个以便应急之用。二、适当补充一些课本没有设计的实验。教材上的实验，基本上都能满足实验要求，但有时为了更好地帮助学生理解物理知识，或者为了提高学生学习物理的兴趣，在实际的教学过程中，教师可以适当补充一些课本没有设计的实验。1、新授时为激发学生的学习兴趣而引入的实验。这类实验的根本目的就是为了激发学生的学习兴趣
4、，因此，这类实验或者具有一定的趣味性，最好是实验的结果能够出乎学生的意料，颠覆学生的传统认识，或者能让学生感受强烈。当然，实验也应该与我们的课堂知识紧密相关。实例 1：惯性的引入我用过多种方法：公共汽车上年轻小伙与漂亮美女发生的惯性与“德行”的笑话引入；抽取一叠书其中的一本，先慢慢抽动，后迅速抽动，结果不同的实验引入；假装不小心绊到地上的东西而险些摔倒的生活经验引入都不如出乎学生意料的实验引入：饮料瓶中装水，平放在讲台上，中间留一气泡。向一侧突然推动瓶子，中间的气泡向推动的方向运动学生的新奇感大增。实例 2：压强知识的引入，教材上一般选取生活常识引入：雪地行走与滑雪、蚊子叮咬吸血、骆驼脚掌很大
5、等等，学生要么没有这类经历，要么没有认真观察过，印象不深。我在课堂上则要求学生用手中的笔做实验：两手各伸出一个手指分别挤压笔尖与笔尾，体会两个手指不同的感受。学生两个手指的感受完全不同，引入压强的知识也就水到渠成。实例 3：在大气压的引入时，我也是靠一个违背学生“常识”的实验引入：将大试管中套小试管，手握大试管倒过来，小试管总要往下掉。将大试管中装水，插入小试管后再倒过来，小试管非但没有掉下来，反而不断上升，而且上升的速度越来越快！学生的新奇感倍增，求知的欲望得到充分的调动。实例 4：在学习磁生电时，我用了如下实验引入：从废旧的录音机上取下两个直流电动机，同轴固定好，甲电动机引线外并联接入两只
6、颜色不同且接法相反的发光二极管，将乙电动机接上学生电源，乙电动机带动甲电动机转动时发现红色发光二极管发光；改变乙电动机通入电流的方向，与甲电动机相连的红色发光二极管不发光而绿色二极管发光此实验揭示了电动机与发电机有着相似的结构，并由此引入磁生电。2、为了更好的让学生理解物理知识而引入的实验。这类实验的唯一目的，就是通过实验，让学生理解并掌握某一特定的物理知识。实例 5：振动发声。敲击音叉发声时，音叉的振动学生几乎看不到，尤其是后排的同学。新授时我用细线吊着泡沫球接触发声音叉，泡沫球被弹开，特别是将发声的音叉接触水面时，溅起的水花飞溅在讲台上，即使坐在教室后排的学生都看得清清楚楚。实例 6：固体
7、传声。一个是新教材 P29 想想做做的同桌相互做的实验：课堂上一位学生轻敲桌面，不要使附近的同学听到敲击声，另一位同学把耳朵贴在桌面上却能够听到清晰的敲击声，以此让每一位学生感受到固体不仅能够传声，而且传声本领比空气强得多。另一个类似的还有骨传导实验：用双手捂住自己的双耳，同桌用两支笔相互敲击，学生基本上听不到敲击声；同样将双耳捂住，用牙齿咬住一支笔，另一位同学用笔敲击时，却能听到清晰的敲击声。实例 7：管、弦乐器影响音调高低的因素。在音调的新授时，为了让学生理解音调的概念，也为音色与音调的差异打下基础，我补充了如下实验：一是经典传统的饮料吸管口哨实验：用剪刀不停的剪短正在吹响的饮料吸管，发出
8、的声音音调变高；二是取一支玻璃试管，在里面装入不同多少的水，然后吹响它，比较发出声音的音调高低；三是用笛子吹奏一首曲子，体会音调的不同；四是课堂上我将口琴的外壳拆开，让学生观察口琴的内部振动簧片的排列规律，然后吹奏乐曲。实验虽多，所花费的时间却并不长，而且对于学生理解音调以及音调与振动物体的尺寸关系有很好的促进作用。实例 8：光的直线传播。光的直线传播现象学生在生活中虽然有所接触，但真正能看到成“线”的光的机会并不多，甚至可以说没有看到过。课堂上我在一次性饮水杯中吐入一口烟，然后用红外线手电照射，烟雾中的一条红色光线很是清楚。实例 9：在讲镜面反射和漫反射时，我补充了这样的实验：在一张白纸中间
9、用透明胶带粘一块小平面镜，用双面胶将白纸粘在黑板上，然后用手电照射白纸，学生看到白纸和中间的平面镜的亮度是不一样的。然后引导学生分析实验结果，得出反射的两种类型便相当自然。实例 10：凸透镜成像学生分组实验时，我补充了如下两个实验：一是学生调节光屏的位置使像清晰时要求学生用不透光的物体遮挡住凸透镜的一部分，学生发现，只要还有光射在凸透镜上，光屏上的像依然存在，而且大小、倒正都没有发生改变，只是亮度上有变化，很是出乎学生的意料。另一是当成像清晰时保证凸透镜的位置不变，将蜡烛和光屏的位置交换，观察成像情况，以此进一步理解凸透镜成像时光路也是可逆的。实例 11：蒸发吸热致冷。课堂上用棉球在每位学生的
10、手臂上擦拭一些酒精，然后要求学生用课本对着擦拭酒精的皮肤扇风，体会皮肤的不同感受。同时，为增强可视度，用少许醮有酒精的棉花包裹住演示用温度计的玻璃泡并对着它扇风，每位学生都惊奇的看到温度计的示数明显下降。实例 12：关于相互作用力，教材上只有物体间力的作用是相互的演示实验，没有相互作用力大小关系的验证性实验，在学习完测力计后，我便用两个测力计互拉，相互作用力的大小相等显而易见，举手之劳，教学效果却相当明显。实例 13：关于弹簧测力计的原理，课本上并没有要求进行实验探究，但浏览各种参考资料都有与之相关的实验习题，同时也为了让学生更好的理解在弹性限度内弹簧的伸长跟受到的拉力成正比，课堂上我还是补充
11、了这一实验。在实验的基础上引导学生对实验数据进行分析，特别是对弹簧的长度、伸长与受力的关系进行分析，从而得出结论，这比学生靠死记规律掌握起来要容易得多。实例 14：关于合力。现行教材已将力的合成知识删除，但在后续的学习中，尤其是各种习题中都会出现二力的合力问题。因此，在新授时，我一直为学生通过实验补充同一直线上二力的合成知识。实例 15：关于物体的重心，课本仅指出质地均匀、形状规则的物体的重心位置。在学习二力平衡后，我出示一块形状不规则的硬纸板，要求学生确定它的重心的位置。出示的器材仅有一根穿了细线的针和一支笔。学生经过讨论后，我让成绩较好的学生上台演示操作过程，效果相当不错。实例 16：气压
12、影响沸点的“冷水烧开水”实验，我不仅在初二引言课中完成，在新授到该知识点的时候再次演示，学生的印象犹为深刻。如果学校有两用打气筒，气压影响沸点的实验应该会更明显，遗憾的是我校实验室的两用打气筒一直是个摆设。实例 17：关于滑轮组。无论是新教材，还是老教材，对于滑轮组都没有要求进行实验，仅有一段简短的文字表述和两幅插图，但由于学生理解能力的限制，滑轮组的知识历年都是学生学习的难点。新授时，我补充演示由一个定滑轮和一个动滑轮组装的两种绕线的滑轮组的省力、省距离实验，并在此基础上作图分析 n3、4 时的使用情况，引导学生归纳找出规律。这样做，一方面能更好的攻破难点，另一方面也为后面的测滑轮组的机械效
13、率学生分组实验起到了很好的演示示范作用。实例 18：在解释摩擦起电的原因时，教材说：不同物质的原子核束缚核外电子的本领不同，不同物质的两个物体相互摩擦时，都将带电，而学生根据上节知识，只知毛皮摩擦过的橡胶棒带负电(得到电子)，丝绸摩擦过的玻璃棒带正电(失去电子)，那么，用毛皮摩擦过的玻璃棒是否带电呢？理论解释应该带电，但学生没有亲眼目睹，印象不深，甚至对理论产生怀疑。这时，我再演示用毛皮摩擦过的玻璃棒也能吸引纸屑的实验，虽然吸引纸屑的现象并没有用丝绸摩擦过的玻璃棒吸引纸屑那样明显，但依然可以帮助学生理解并记忆物理规律。实例 19：在学习导体和绝缘体时，课本上介绍的实验装置无法演示溶液、人体、大
14、地的导电性，我则用 500 型万用表的 10K 档进行补充演示(学校实验室的演示用多用电表应该也可以，只是我个人没有用过)。这样做，不仅加强学生的感性认识，帮助其理解、记忆人体、大地、水溶液是导体，也能更好地为后面的“安全用电”教学作准备。实例 20：关于电源，初中阶段定义为能够提供持续电流的装置。有了持续电流，电灯才能持续发光。为了让学生更深层理解持续电流的概念，我补充了电容放点短时间点亮小灯泡的实验：用学生电源对大容量电容器(我采用的是 25V/4700F 的电解电容器)充电后去点亮小电珠(6.3V/0.3A)，结果小灯泡发光不超过 2 秒钟。电容器充电后带了电，但由于所带的电太少，不能当
15、做电源用。3、讲解习题时进行实验演示。许多习题，由于学生缺乏实验经验，老师在讲角时若没有实验作基础，即使讲得天花乱坠，学生也不一定能够理解，若能用实验进行验证，则可以少走许多弯路。前面在新授时所补充的许多实验，其实也来源于一些习题。实例 21：还是关于相互作用力。九年级教材“动手动脑学物理”中有一个习题：磁铁能够吸引铁钉，这是学生已有的生活经验。但铁钉能不能吸引磁铁呢？学生凭经验一般会得出不吸引的结论，因为生活中往往是磁铁大而铁钉小，用铁钉去靠近磁铁，根本无法将磁铁吸动。在讲解此题时，我先演示铁钉“不吸引”磁铁的实验，然后将该磁铁用细线悬挂起来，再让铁钉靠近磁铁，结果磁铁被铁钉吸了过去。由于有
16、该实验做基础，在复习时再遇该题时，我还就此实验结果的不同从惯性、摩擦力等方面进行分析。实例 22：在装有水的烧杯中放入一支装有水的大试管，用酒精灯给烧杯加热，当烧杯中的水沸腾时试管中的水会怎样。学生由于没有这样的生活经验，仅凭老师的理论分析，理解起来比较困难。我在讲解此题时花几分钟时间做这一实验，分别用温度计测量烧杯和试管中的水温，发现试管中的水虽然和烧杯中的水温度一致，但就是不能沸腾。实例 23：光现象中常有读平面镜中看到的指针式钟表所示的时间问题的习题。讲解这类题目时，我让每一位同学准备一块平面镜，一般学生尤其是女生手中几乎都有小平面镜，试题中的图像放在平面镜前，在平面镜中看到的钟表的像恰
17、好又将图像还原了。用平面镜还可以验证光路可逆：甲同学在平面镜中看到了乙同学的眼睛，乙同学一定能在这块平面镜中看到甲同学的眼睛，实验简单，学生印象深刻。实例 24：起重机用钢丝绳吊着货物匀速上升、匀速下降和静止在空中不动时，钢丝绳对货物的拉力大小哪个大，学生凭所谓的生活经验总认为上升时的拉力大。讲解此题时，我通过实验进行验证：在测力计下用细绳挂一重物，静止时读出测力计的示数，然后用测力计提着重物或快速上升、或缓慢上升，或缓慢下降，每次都尽量保证做匀速直线运动，即保证测力计的示数稳定，同学们惊奇的发现每次实验时测力计的示数几乎都相同，这样的效果，比老师不经过实验而给他们进行理论上的分析不知要强多少
18、倍。实例 25：关于扬场机。谷物、糠皮和碎石在皮带传动下被抛出，三者的落点各不相同，学生缺乏生活经验，仅凭理论分析也显得空洞。于是我一手抓住谷、壳和碎石三种物体用力往前扔，现象非常明显，再在此基础上进行理论分析，学生由于有实验结果作基础，理解起来也就变得轻松自如。在此题的基础上，我又对农村用风车车谷和扬场的情况进行分析或者进行对照实验：让谷、壳和碎石从风口落下，谷壳被吹得最远，碎石几乎没被吹走，不同的情况，结果不同，原理其实都是一样。实例 26：关于灯泡的亮度， “220V40W”和“220V60W”的两个灯泡串联和并联接入照明电路中时哪个灯泡亮些，学生虽然能够从理论上分析得出结论，但毕竟没有
19、亲眼目睹，死记又常常要忘记，课堂上我先将这两个灯泡并联接入教室电源，60W 的灯泡亮些，撕开该灯泡电线上的彩纸，一张笑脸加上一句俏皮话：“我是 60W，我比你亮些！” 。接着我又将这两盏灯串联后接入电源，学生发现60W 的灯泡比原来暗了许多，甚至比 40W 的灯泡还要暗，再次撕开彩纸，笑脸变成了哭脸：“我是 60W，我比你还暗！”学生哄堂大笑，教学目标达到！实例 27：如何不借助于其他工具区分外形完全相同的铁棒和磁铁，学生若没有老师的提示，一下很难想到具体的方法，即使想到了，原理是什么？具体的操作怎么用语言表述出来也有一定的困难。为此，我便用实验演示。遗憾的是我想尽了一切办法，都没能找到两只完
20、全相同的磁铁和铁棒，暂时只好用一根条形磁铁和一根长短差不多的铁棒代替，但实验效果还是很不错，学生一看就能够明白。三、重新设计与改进实验。中国有一句俗话“尽信书，不如无书” 。要加强实验教学，还应根据学生的学习实际、学校条件特别是实验器材的限制及其他相关因素对课本实验作相应的设计与改进。实例 28：在探究影响摩擦力大小的因素实验时，教材上仅仅只探究影响滑动摩擦力大小的因素。我在教学中则考虑了相对运动速度、接触面积的大小以及摩擦的方式。拉动木块时速度的大小改变，将木块平放和侧放进行实验，得出摩擦力的大小跟相对运动速度的快慢和接触面积的大小无关。在考虑摩擦方式时，则用小车代替木块，只是一次将小车翻放
21、为滑动，一只正放为滚动，改动虽不大，所起的作用却不可小视：不仅能解释滑动与滚动的区别，学生对改变摩擦方式改变摩擦力的大小印象更为深刻。实例 29：还是相互作用力实验，现行八年级下册教材 P5 是将两个条形磁铁放在两辆小车上进行实验，原八年级下册同名磁极相互排斥是用细线将两条形磁铁悬掉着相互靠近，操作起来也较困难。我的改进是：找两个相同的环形磁铁(从废旧的扬声器中获得)，同名磁极相对压紧套在一个粗细适当的电线塑料套管中间后松手，两磁铁相互排斥而分开，易于操作，现象明显。若环形磁铁难找，也可用两条形磁铁同名磁极相对紧靠着竖直立在桌面上松手，两条形磁铁同时向左右倒下。实例 30：关于焦耳定律，初中阶
22、段只要求定性演示，而教材上的演示实验一方面器材较多，组装困难，另一方面可见度差。教学中我进行了如下改进：用两只电视机用的大功率方形水泥电阻(大小相近、电阻分别为 27 和 8.3)焊接在电路板上，实验时改变接法(串联、并联)来改变电流相等与否，并在其上方用蜡烛竖立固定两根火柴，然后用学生电源供电，火柴先倒的蜡烛先熔化，产生的热量多，效果非常明显。实例 31：伏安法实验设计的改进。在新授欧姆定律时，对实验的设计，我是这样做的：首先，根据电路的定义把电源、用电器(这里指电阻)、开关用导线连接起来组成的电流路径，确定实验的原始电路图(图一)，然后，依据实验目的和电流表、电压表的使用，加入电流表和电压
23、表，改进原始电路图，并确定两表的正、负接线柱(图二)，最后，根据数学知识：要研究两个量之间的关系，必须有多组数据，这就需要改变电阻两端的电压或通过电阻的电流大小进行多次测量，而要改变电流或电压，最简单的就是使用滑动变阻器，从而进一步联系滑动变阻器的使用，完善实验电路图(图三)。至此，实验设计完成，剩下的任务便是实验和实验数据分析。这一实验设计思路还可迁延到测电阻和测小灯泡的功率之中。VBRS EARPVBRS EARS E图一 图二 图三实例 32：在研究“决定电阻大小的因素”实验中，根据实验室配备的电阻演示示教板对课本实验进行改进：一方面，在实验器材上将铜线换掉，两根镍铬合金线中的一根换成长度相等、横截面积不同的镍铬合金线；另一方面，教学过程中为研究电阻与导体长度的关系，改进课本实验，用金属夹夹住导线并连续滑动，效果更好、直观性更强。实例 33：关于用火柴模拟链式反应的实验改进。由于火柴杆相对较长，而且稍一不慎就会使其移动，从而导致“反应”不能持续下去。我的改进是，在摆放火柴前将火柴在液体燃料中浸一下后再进行摆放，不仅解决了“熄火”的问题，而且由于火柴上沾有液体，滚动移位的问题也一并解决。以上便是我在实验教学过程中采用的一些具体做法。个人认为，课堂实验无处不在，没有实验不上物理课。能够让学生进行的实验尽可能让学生去做，作为老师，我们的任务是如何对实验进行取舍与设计。
