黄建林 朱春凤

(1. 浙江省绍兴市柯桥区兰亭镇中学，浙江 绍兴 312000； 2. 浙江省绍兴市柯桥区齐贤镇中学，浙江 绍兴 312000)

用“高见度”创新实验突破演示实验的疑难点

黄建林1朱春凤2

(1. 浙江省绍兴市柯桥区兰亭镇中学，浙江 绍兴 312000； 2. 浙江省绍兴市柯桥区齐贤镇中学，浙江 绍兴 312000)

通过课堂观察,分析教师课堂中一些演示实验存在的疑难点,借此问题为突破口,利用生活中的一些器材开发一系列“高见度”创新实验,并以此来突破演示实验的那些疑难点,从而提高教学效果．

高见度； 创新实验；演示实验； 疑难点

物理是一门以实验为基础的学科,有关知识的传授、概念的建立、规律的得出都是建立在实验基础上的,可以说实验在物理教学中有着不可替代的作用,但一些存在疑难点的实验不但起不到应有的作用,反而会对知识的建构产生一定的负作用,如流速与气压的关系、摩擦生电的现象、绝缘体与导体、液化实验等等,此类演示实验有的现象不明,有的概念不清,有的疑点太多,有的太繁琐,严重影响了上课的效率．

1 具体案例及其改进

案例1.流速与气压的关系.

图1

(1) 课堂观察.

一位教师讲解流速与气压时,因为书本上的实验存在着或多或少的缺点,他用自己改进的实验来演示流速与气压的关系,具体装置如图1所示,右边用一台电风扇吹,发现3往上运动了,而2不动,1却往下运动了,分析1、2、3的运动情况,从中得出流速越大压强越小,流速越小压强越大．

(2) 问题分析.

这个演示实验对于初中学生存在以下几个疑难点.

① 学生是怎么知道流速大小的,例如,电风扇吹在3上,学生是怎么知道3上面的流速一定比下面的大的呢?同样1也是这样．

② 因为问题①的存在,导致思维的不可视化,学生反而在用结论推理流速大小,即因为3往上运动了,所以推出作用在3这个泡沫上的力是往上的力大于往下的力,再推是因为流速大压强小,本末倒置,不利于培养思维的逻辑性和顺序性．

③ 一些教师是这样解释的:因为风从3上、下面的一端到另一端时间相等,而上面路程长,所以速度就大．(对于初中学生来说,没学过流体力学,他是无法接受上下的时间是相等的这个前提．)

(3) 开发实验.

创新实验1.

① 材料： 1个U型管(稍大点),1块泡沫板,1台吹风机.

② 制作方法及操作：

第1步，找来一个U型管,把泡沫板碾碎成一颗颗的小泡沫,然后放一些小泡沫到U型管中．

第2步，用吹风机对准U型管一端,打开吹风机,这时可以看到小泡沫颗粒是往吹风的地方跑出来的．

创新实验2.

① 材料：1个中型气球,1个废弃的光盘,1个塑料接口,502胶.

图2

② 装置图:如图2所示.

③ 制作方法及操作：

第1步，找一个塑料接口,稍大点,把它和光盘中间的口对齐,用502胶使它们连接在一起．

图3

第2步，把气球口按图3所示包扎在塑料接口处,用橡皮筯捆好．

第3步，用嘴往光盘中间的洞中吹气,把气球吹到一定大小,如图3所示．

第4步，这时你把这个装置放在黑板上、墙壁上都可以,随着它一边往光盘口漏气,一边却吸在墙上．

创新实验3.

① 材料：502胶1支,1块泡沫板，1台电吹风机，1个塑料接口.

② 装置图:如图4所示.

③ 制作方法及操作：

第1步，用502胶把塑料接口跟光盘中央连接并粘在一起,并按图4把吹风机插入塑料接口上．

第2步，用另一只手把泡沫板拿到光盘下,不打开电吹风机,此时泡沫板由于受到重力而掉下．

第3步，同样把泡沫板拿到光盘下,这时打开电吹风机,泡沫竟没有掉下来,你想电吹风机开多久它就多久不会掉下来,关掉开关后,它竟又掉下来了．

(4) 改进评估.

学生评:笔者与几个学生进行访谈:你对这个实验有哪些看法或表达?

生1:科学实验竟可以这样玩，痛快，我喜欢.

生2:利用这些创新实验，使我真正理解了流速大压强小，流速小而压强大的原理.

生3:这些实验太刺激了，想不到光盘和气球竟有这么大的作用.

教师评:课后大家对实验的一致观点如下.

(1) 高见度.实验现象明显，视觉冲击强，对比明显.利用U型管、气球和电吹风吹气前后的对比，实验结论更准确可靠.

(2) 低成本.用的气球和光盘、泡沫等废弃物，成本低，材料易取、易得.

(3) 趣味性.制作简单方便，而且这些装置都像个小玩具，易操作、易玩而且趣味性高，学生们很喜欢，真正体现在玩中学，在学中玩的理念.

(4) 思维冲击大.这几个创新实验能有效降低学生的思维难度，同时极易激起学生的“头脑风暴”，启发性强.

案例2.玻璃从绝缘体变导体实验.

(1) 课堂观察.

“烧红了的玻璃能导电”是8年级上册第4章第3节“物质的导电性”中必不可少的演示实验．有的教师上课时用的是酒精喷灯,有的教师把灯泡改成了二极管,最终虽然都能得出,导体和绝缘体不是绝对的,玻璃在常温下是绝缘体,但在加热变红时会变成导体的结论．

(2) 问题分析.

这样的演示实验存在以下不足.

① 酒精喷灯不但开始时预热时间较长,而且使用很麻烦．

② 有的教师改成二极管,虽然材料简单了,但二极管发光小,现象不够明显．

③ 用上面2种方法做实验,实验耗时较长,而且成功率低．

(3) 开发实验.

① 材料： 1个验电球,1盏酒精灯,鳄鱼夹和导线若干,1个灯芯.

② 装置图:如图5所示.

图5

③ 制作方法及操作.

第1步，将上面的材料按图5所示串联好,此时发现验电球不亮,说明常温下玻璃不导电．

第2步，点燃酒精灯,把灯芯放在酒精灯上烧10s左右,此时看到验电球明显发光了,说明此时玻璃导电了．

(4) 改进评估.

① 实验简单、方便,用时少,为上课节省了好多宝贵时间．

② 效果明显,验电球亮光,实验现象明显,可见度高,班里所有的学生都看得很清楚,为玻璃加热时会导电这一结论打下了可信度．

③ 实验安全,只要用酒精灯加热就成．

案例3.摩擦起电.

(1) 课堂观察.

在一次展示课上,一位教师这样开头:教师拿着吸管,靠近细小的水流,水流不弯曲,教师用纸巾摩擦后,再次靠近小水流,发现水流向吸管弯过来了．这时教师问学生:吸管发生了什么变化．学生的回答是:吸管产生了吸力．再问学生时,学生揣摩出教师要的答案,回答吸管产生了电,即摩擦生电．

(2) 问题分析.

① 在初二学生的前概念中,使物体运动或弯曲肯定是有力的作用的,所以那学生说产生了力,这是好多学生会说的原因,当然也有部分学生会说:是因为摩擦生磁了．

② 用这个实验开头,干扰因素太多,而且不够纯粹,当然在学生头脑中的假设也很多,对于教师想要的结论,即摩擦生电不容易也不合适,当然这样的实验视觉冲击力也很强,即使用了转换法,在学生头脑中也不能形成强有力的可视化思维,最后得出摩擦生电结论时,学生也是半信半疑的,无法全部相信．

(3) 开发实验.

① 实验材料： 1块毛皮,1根橡胶棒,1个氖管.

② 装置图:如图6所示.

图6

③ 制作方法：

第1步，先用氖管接触橡胶棒,氖管不发光．

第2步，用毛皮摩擦橡胶棒后,一只手拿着氖管,把氖管从橡胶棒的一端慢慢地滑向另一端,这时一方面听到噼啪的声音,另一方面会看到氖管发光．

(4) 改进评估.

① 实验视觉效果强,冲击力大．

② 实验纯粹、直观,没有任何疑惑,使学生一看就知道摩擦生电．

③ 这样的引课能极大地调动学生学习物理的兴趣和积极性．

案例4.液化.

图7

(1) 课堂观察.

浙教版初中《科学》第1册第4章第6节“汽化与液化”,关于在常温下压缩体积可以使气体液化的实验,教师按教材采用玻璃注射器和乙醚来完成(如图7所示)．实验步骤如下.

① 将少量乙醚吸进注射器,取下针头．用橡皮帽把注射器的小孔堵住．

② 握住注射器的下端,注射器内的乙醚________________．

③向内推动活塞,注射器内的乙醚气体将__________．

实验结果是看不清现象,效果不好．

(2) 问题分析.

针对原实验,笔者调查了部分教师和学生,结合自己的感受,认为原实验存在以下不足.

① 教师认为原实验操作不方便,不实用．

部分教师反映乙醚是管制药品,学校没有配备乙醚,实验没法做．同时乙醚极易挥发、有刺激性气味、有毒,而在吸取乙醚时容器口是敞开的，加之操作不当等原因会造成部分乙醚泄漏，对人体会造成不良反应,具有一定的危险性．部分教师反映乙醚为无色透明液体,做演示实验时,液化、汽化现象不明显,实验的可见性不好,学生不易观察．部分教师认为操作时两手齐用,操作不方便,展示也不方便．还有一些教师反映原实验吸入乙醚的量往往偏多,即使量刚好，乙醚也不易汽化,实验很难成功．

② 学生认为原实验太“远”了．

一些学生开玩笑地说课堂上最远的距离就是实验明明就在眼前,但我没有看见,连那个乙醚的影子都没有看到,更不要说汽化和液化的过程了(实验的可见度低和可信度不高)．一些学生认为乙醚离我们的生活太远了,我们都不知道乙醚是干什么的(实验材料学生不熟悉,没有贴近生活)．一些学生认为实验都是教师一个人演示的,如果能让我们来操作该有多好(学生的参与度不够)．

(3) 开发实验.

① 实验材料： 100mL针筒,1支硅胶枪,1只打火机,1只夹子,1根输液管,碘若干．

② 装置图:如图8所示.

图8

③ 制作方法：

如图8所示,将去掉点火器的打火机、剪掉针头的输液管和针筒(教师演示用100mL)按图示连接．为了增加演示实验的可视性，可在100mL针筒内先放一粒碘,演示装置压活塞时所需的力较大,可配一个硅胶枪．

④ 操作方法:

第1步，松开夹子,打开打火机,向针筒中充丁烷气体,活塞往后退．

第2步，待针筒中充满气体时(可延迟5s,以活塞不蹦出针筒为宜),关闭打火机,用夹子夹住输液管．

图9

第3步，把针筒装入硅胶枪内,缓缓推动针筒活塞,注射器内出现液滴,继续向里推进活塞,液体的量逐渐增多,碘溶于丁烷,溶液呈红棕色(如图9所示,可借助实物投影仪将实验过程展示给学生看),松开硅胶枪马上可见液态丁烷汽化,碘析出后分布在针筒内壁．

(4) 改进评估.

① 打火机内的丁烷沸点为-0.5℃,即使在冬天也易汽化,不需要用很大的力气来拉活塞使其汽化．同时针筒内先充满气体再液化,不需要考虑过多的液体没有汽化对实验的影响．

② 打火机贴近学生生活,激发学生兴趣．学生通过实验能理解打火机中的丁烷在常温下是如何液化的．

③ 实验材料常见、组装方便、可单手操作,可在室内巡回演示或用实物投影展示，教学效果好．丁烷在密闭的系统中运作,不会泄漏,更加安全,可以让学生亲自操作或课后自己组装,强化了学生的亲身体验,进一步提高实验教学的效果．

2 反思提高

演示实验是为突破难点,建立概念、得出规律等起作用的,所以当我们碰到概念建立或规律得出出现困难时,可以用实验来解决,但这种演示实验必须符合:

(1) 高见度,即现象要非常明显,用高见度,视觉冲击强的实验来演示,从而得到让学生信服的结论.

(2) 纯粹,即实验就是为某个结论而做的,目的性明确,无别的干扰因素．

(3) 贴近生活,即所开发的创新演示实验必须跟学生的生活紧密联系在一起,[1]这一方面学生对于熟悉的东西更亲近,更易理解;另一方面也是物理来源于生活,又应用于生活的体现．

(4) 低成本，[2]即实验材料最好是成本低的一些生活用品或生活废弃物,真正做到低成本实验．

(5) 师生共做，即创新实验的过程最好让学生们都主动积极地参与进来,不但可以提高他们的动手能力,也能培养他们的创新思维．让我们积极开发高见度的创新实验,用强有力的视觉冲击,在学生的头脑中形成一个很直观、理解透彻的概念或规律,从物理实验到物理图像到抽象知识的建构过程中,先把思维难度降低,从抽象的语言变成形象的实验过程,从而再上升到理性的过程,这样更有利于概念的形成和规律的得出,也有利于提高学生学习的兴趣和求知欲．

1 黄建林,朱春凤.利用生活器材开发物理小实验的实践[J].中学物理教学参考,2016(11):56-59.

2 赵力红.低成本 高智慧 深探究(二)——低成本实验在物理教学中的开发与运用[J].教学仪器与实验,2006(3):12-15.

本文获浙江省教研课题“‘高见度’微创实验的开发和教学研究”(编号： 06329)基金资助.

2017-02-12)