楊震等

【摘要】頂崗支教實習(xí)生實習(xí)學(xué)校一般為鄉(xiāng)下學(xué)校，實驗器材相對缺乏且實習(xí)教師實驗水平有限。實習(xí)物理教師在利用牛頓管演示自由落體運動時，因不能很好控制牛頓管翻轉(zhuǎn)速度、管內(nèi)物體下落時間短且兩物體比較容易相互接觸，不利于學(xué)生對實驗現(xiàn)象進行觀察?，F(xiàn)利用在牛頓管上增裝隔斷和磁性材料、在下落物體上增裝小鐵片的方法克服上述缺陷，更有利于學(xué)生對自由落體運動全過程進行觀察。

【關(guān)鍵詞】頂崗實習(xí) 牛頓管 實驗 改進

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）02-0169-01

頂崗實習(xí)是“高師生在師范院校的組織和教師的指導(dǎo)下，依據(jù)課程標準，在實習(xí)學(xué)校通過頂崗任課的方式來完成實習(xí)任務(wù)的教育教學(xué)實踐活動”。頂崗實習(xí)支教不僅可以使高師生在實踐中提高教育教學(xué)能力和綜合素質(zhì)，還可以破解農(nóng)村教育“人才荒”，為農(nóng)村教育輸送“新鮮血液”，推動實習(xí)學(xué)校的教改進程。但是，頂崗生在也存在從教能力不強、教學(xué)經(jīng)驗不足、教學(xué)效果不佳等問題。在頂崗實習(xí)巡回指導(dǎo)時發(fā)現(xiàn)，多數(shù)實習(xí)生由于經(jīng)驗所限，不能很好地利用實驗器材進行演示實驗，加之農(nóng)村基礎(chǔ)教育學(xué)校實驗器材相對缺乏，所以，其教學(xué)效果不盡理想。牛頓管則是實習(xí)物理教師運用不好的器材之一。

牛頓管是演示自由落體運動的常用儀器。用牛頓管做自由落體演示實驗時，需先抽氣，使其達到真空狀態(tài)。倒轉(zhuǎn)牛頓管，使小石子和羽毛置于一端，迅速翻轉(zhuǎn)牛頓管使其呈豎直狀態(tài)，基本上能演示小石子與羽毛同時下落的現(xiàn)象。演示牛頓管實驗既需要教師有較快的翻轉(zhuǎn)速度，還要在演示實驗的過程中對整個實驗過程加以說明。由于器材及實習(xí)物理教師經(jīng)驗所限，在演示該實驗時就容易出現(xiàn)“演示缺陷”。

一、現(xiàn)有牛頓管缺陷

缺陷1：小石子和羽毛同時下落時，比較容易相互接觸，而實習(xí)教師為了保證實驗成功，注意力幾乎全部在操作步驟上，容易忽略對實驗的解釋說明，易使學(xué)生產(chǎn)生“小石子壓著羽毛，它們才能同時下落”的想法。在學(xué)生提出問題后，很多實習(xí)教師無法給予科學(xué)合理解釋。

缺陷2：牛頓管翻轉(zhuǎn)過程中，由于實習(xí)教師不能很好的控制翻轉(zhuǎn)速度和動作，物體下落時間又非常短，往往造成物體已經(jīng)下落到底部而牛頓管還沒有完全豎直的情況，不僅不利于學(xué)生對自由落體運動全過程進行觀察，使很多學(xué)生對自由落體現(xiàn)象持懷疑態(tài)度，增加了本節(jié)課的教學(xué)難度，還會打擊教師的自信心。

由于以上兩種缺陷，實驗效果不盡理想，對此，筆者對其進行了微小改進，在一定程度上克服了上述缺陷，在實際操作中取得了良好效果。

二、牛頓管的改進

改進1：保證兩物體下落時不互相接觸。

（1）用光滑的薄玻璃片做一個寬等于牛頓管內(nèi)直徑，長度略小于牛頓管的隔斷。

（2）將隔斷放入牛頓管。（由于所加隔斷的寬度等于牛頓管的內(nèi)直徑，隔斷不會左右晃動，所以用膠帶稍加固定即可。）

（3）將羽毛和小石子分別放于隔斷兩側(cè)。

改進2：保證兩物體同時下落。

（1）在隔斷一側(cè)放置一根粘連著輕薄鐵片的羽毛。

（2）在隔斷另一側(cè)放置一塊粘連著輕薄鐵片的石子。

（3）在牛頓管頂端外部放一塊釹鐵硼塊（強磁性材料）。

按照上述兩種方法改進后（如圖1），即可進行自由落體運動演示實驗。

三、改進后實驗的操作步驟

實驗1：不抽出空氣，觀察兩物體下落情況。

（1）倒置牛頓管，使石子和羽毛置于牛頓管頂端。

教師說明：現(xiàn)在石子和羽毛都在牛頓管的一端，這時它們都在同一水平位置。

（2）將釹鐵硼塊置于牛頓管頂端外部，然后將牛頓管擺正。此時，兩物體由于受到磁力作用，都處于牛頓管頂端且不會下落。

教師說明：現(xiàn)在老師將釹鐵硼塊放在牛頓管頂端外部，這樣它就能將粘有小鐵片的石子和羽毛吸住。我將牛頓管翻轉(zhuǎn)過來時兩個物體就不會下落。

（3）迅速移走釹鐵硼塊，兩個物體因不再受磁力作用而向下運動，由于存在空氣阻力，羽毛下落速度較慢。[1]

教師說明：我迅速移走釹鐵硼片之后，兩個物體就不再受磁力作用了，就該自由下落了，同學(xué)們仔細觀察兩物體下落的速度。

實驗2：抽出空氣，觀察兩物體下落情況。

（1）重復(fù)實驗1中步驟（1）、（2）。

（2）抽出空氣。

教師說明：現(xiàn)在老師抽出空氣，觀眾的物體就不再受空氣阻力，大家想一下這時兩物體下落速度會不會發(fā)生改變。

（3）迅速移走釹鐵硼塊，兩個物體因不再受磁力作用而同時向下運動，由于沒有空氣阻力，羽毛與石子下落速度相同且同時落地。

教師說明：由于沒有了空氣阻力，又因為石頭和羽毛的加速度相同，所以他們兩個同時下落，并同時落地。

很容易看出，改進后的實驗克服了其原有缺陷，使實習(xí)教師不想有太多的技術(shù)和操作經(jīng)驗就可以順利完成該演示實驗，降低了完成該演示實驗的難度，大大增加了其成功率。需要注意的是，在進行該實驗前需要對改進后實驗儀器進行說明，在對比實驗過程中，要演示完一個步驟解釋說明一個步驟，讓學(xué)生了解實驗的每一步。通過有無空氣阻力兩種情況的對比，不僅讓學(xué)生清晰觀察到了自由落體運動全過程，而且糾正了學(xué)生來自生活經(jīng)驗的錯誤認知。[2]

仔細分析物理教材中的演示實驗發(fā)現(xiàn)，部分演示實驗不僅對實驗器材、實驗環(huán)境要求很高，對教師的操作水平和技巧的要求也很高。所以，實習(xí)教師要想在課堂教學(xué)中演示好物理實驗就需要對實驗進行改進，以增強演示效果，增加實驗成功率。演示實驗的改進不僅有利于物理頂崗支教實習(xí)生更好的進行課堂演示實驗，對新手物理教師也有非常大的幫助，所以課堂教學(xué)中演示實驗指導(dǎo)和改進是一個永恒的課題，需要對其進行多方面的理論指導(dǎo)與幫助，引導(dǎo)其養(yǎng)成良好的習(xí)慣與行為方式。同時也需要其在演示實驗中投入更多的精力，以得到全面的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李一新.對“牛頓管實驗”的改進.[J].實驗教學(xué)與儀器.2002-02-25：27.

[2]曾明.牛頓管實驗演示方法的改進.物理通報.[J].1998-06-15.第6期：29-30.