物理教学中创新小实验的设计与思考

物理教学中创新小实验的设计与思考在实际的物理教学中，课堂物理实验有越来越复杂、越来越高科技化的倾向，有的甚至以虚假的或者是虚拟的动画来替代实验。在当今的时代，我认为朱正元老先生所提倡的“瓶瓶罐罐当器材，拼拼凑凑做实验”的实验教学思想还是极有价值的。利用身边常见的或是容易获取的物品做物理实验，不完全是因陋就简、废物利用，而是因为器材为学生所熟悉，学生会更感兴趣。麦克斯韦就说过：“一项实验，使用的材料越简单，学生越熟悉，就越想透彻地获得所验证的结果。”

本文将介绍几个在教学中简易可行的创新小实验，并谈谈对小实验设计的思考。

一、几个创新小实验

【创新小实验1】：吹乒乓球引入惯性概念。

在“牛顿第一定律”的课堂教学中，可用“吹乒乓球的实验”引入新课，如图1所示。首先请一位娇小的女生吹悬挂着的乒乓球，球很容易被吹动；然后让一位高大的男生吹看似完全一样的乒乓球（此时的球已被教师偷偷换成一个内部装满小钢珠的乒乓球），结果是该男同学用最大的力气也不能将球吹动。奇怪的实验现象出乎所有学生的意料，这样，学生的好奇心被有效地激发了。

【创新小实验2】：用象棋子演示运动的合成与分解。

在“研究平抛运动规律”的教学中，可用象棋子演示平抛运动的分解。在超市购买象棋，象棋子最好是木制的，且表面涂有清漆，这样的象棋子比较光滑。教师将两个象棋子对齐，左手指轻轻捏着，使棋子的截面处于竖直状态，如图2所示。然后教师的右手指将其中一个棋子水平弹出，另一个棋子做自由落体运动。通过听两个棋子同时落地的声音，来研究和验证平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。这样的实验，器材易取，操作方便，现象明显，学生在课外自己也可以做。

【创新小实验3】：用纸和铁夹演示惯性大小的决定因素。

在“决定惯性大小的决定因素”教学时，可用铁夹和纸做单手撕纸的实验。取一张废弃的答题卡（也可以是a4纸），教师事先将其一端撕开五分之四左右，但不要撕断，如图3甲所示。先让学生用手拿着较大的a部分，尝试中用力将较小的b部分甩断；再用手拿着较小的b部分，尝试用力将较大的a部分甩断，让学生通过实验的比较来得出结论。然后教师用一个铁夹夹在较小的b部分，如图3乙所示，再让学生用手拿着较大的a部分，将较小的b部分甩断，通过感受将纸甩断的难易程度，来体会惯性的大小由质量决定的结论。

【创新小实验4】：用怪坡实验演示能量守恒。

在《追寻守恒量》一课的教学中，可通过“怪坡实验”引发“视觉冲突”。准备的器材有两块橡皮（高度差约0.4cm）、两根玻璃棒（长约30cm）、一个玻璃球（直径约2.2cm）。通过控制玻璃棒分开的角度——在高度较大的橡皮端将玻璃棒分开的距离大一些，另一端的玻璃棒分开的距离小一些，使玻璃球能够从静止开始沿玻璃棒从低处向高处运动，如图4所示。实验结束后，引导学生讨论、探究出怪坡现象的本质原因：看似向上运动，但小球的重心实际是下降的，重力势能向动能转化，从而追寻出机械能这个守恒量。

二、对创新小实验设计的思考

1.取材要容易

在设计创新小实验时，可就地取材、因陋就简、废物利用、拼装组合，废弃的纸张、易拉罐、矿泉水瓶、乒乓球以及各种孩童玩具等都可以作为实验的器材。比如在设计气体膨胀做功的演示实验时，选用一个无色透明大可乐瓶、一个与瓶口相配的橡皮塞、一个从废旧的自行车内胎上取下的气门芯，在橡皮塞上钻一孔并将气门芯插入瓶塞中。演示时，在瓶内滴几滴酒精，用橡皮塞塞住瓶口使它不漏气，但塞子不要塞得过紧，用铁架台将瓶子固定，用打气筒从气门芯向瓶内打气，当气压足够大时，塞子从瓶口冲出，瓶内充满白雾。这个现象就说明气体膨胀对外做功，使瓶内气体内能减小、温度降低，瓶内部分酒精蒸气和水蒸气液化成雾状。

2.操作要简单

创新小实验的设计宜简不宜繁。过于复杂的实验装置不易凸显事物的本质，还会分散学生的注意力。比如在演示光的反射与折射现象时，就可以用激光笔代替原来的氦氖激光器做实验。还可以用激光笔的激光对准圆珠笔头的小口，射到教室后面的墙壁上做光的衍射实验，学生也可以拿白纸在中途挡住激光，就近观察光的衍射现象等。用激光笔做微小形变的实验，效果也非常好。用夹子夹住激光笔，桌上置两个平面镜，调整角度使光线经两次反射后照于天花板。当用力压桌面时，桌子发生微小形变，由于平面镜的光杠杆作用，对形变进行了两次放大，而天花板对光线而言则是一个斜面，所以又进行了一次放大，实验现象十分明显。这样的做法并不仅仅是为了节约开支，由于器材为学生所熟悉，学生更感兴趣，对提高学生动手能力、开发学生智力有着重要的作用。

3.现象要直观

所设计的创新小实验现象要直观，可见度要高。直观、形象、可见度高的实验可以起到“千言万语说不清，一看实验就分明”的作用。如在做表面张力的演示实验时，一般都是这样做的：“取一段金属丝做成环状，把棉线的两端系在环的两点上，然后把环浸入肥皂水里，再拿出来，环上就布满了肥皂水的薄膜，此时薄膜上的棉线是松弛的。用热针刺破棉线左侧的薄膜，右侧薄膜就会收缩，使棉线向右弯成弧形；刺破棉线右侧的薄膜，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成弧形。”在做这个实验时，可以在棉线上穿上一小段空圆珠笔芯，当用热针刺破一侧液膜后，另一侧液膜就会拉着空圆珠笔芯迅速滚动起来。这样的创新设计就可以使实验的现象由“静”变“动”，变得直观、形象，更能引起学生的注意，也会起到很好地提高学生学习兴趣的作用。

4.设计要科学

创新小实验的设计必须力求真实、正确，符合科学性。实验有误差是难免的，但不能为了避免误差而拼凑数据；实验不成功是正常的，不能因此就用虚假的实验来替代；实验现象不明显也很正常，不能因此就用电脑软件做出的虚拟课件来顶替。例如，用大型示教用电流计演示lc振荡电路产生振荡电流时，看到电流计指针来回摆动，于是就解释说振荡回路产生了振荡电流，这是不科学的。因为一般情况下lc回路振荡频率很高，电流计指针根本来不及摆动。指针的摆动实际上是瞬间电流作用的结果。如果用示波器来观察振荡电流波形，则既形象又科学。

在新一轮课程改革中，物理教学中所涉及的具体问题情境更加复杂多变，原有的实验器材需要更新，实验的配置也不是很齐备，不能完全满足新形