朱亞萍 秦 毅

(江蘇省宜興市實驗中學,江蘇 無錫 214206)

·實驗研究·

創(chuàng)新路 不高冷
——由一節(jié)公開課引發(fā)的實驗器材改良

朱亞萍 秦 毅

(江蘇省宜興市實驗中學,江蘇 無錫 214206)

本文以一節(jié)公開課——蘇科版九年級物理“動能 勢能 機械能”為例，從課中的三個重點實驗入手，本著對學生主體地位的認可，教師開展了一系列的實驗器材改良，取得顯著的教學效果.作者用事實說明，只要想做、愿做、并且動手去做，一定能走出一條屬于我們教師的教學創(chuàng)新之路.

初中物理；公開課;實驗器材;改進和創(chuàng)新

眾所周知,中學物理教學必須以實驗為基礎.加強實驗不僅是向學生傳授知識的需要,而且是培養(yǎng)學生能力和良好品德、形成科學世界觀的需要.可以說離開了物理實驗,物理教學的目的和任務是難以完成的.新一輪課程改革也把培養(yǎng)學生的探究能力作為物理課程的核心目標.然而在教學實踐中,不少冠以“探究性”“實踐性”“創(chuàng)新性”等新名詞的探究教學在本質上仍是“填鴨式”“灌輸式”“講解式”的,究其根源，往往與教材配套實驗器材的缺乏和探究效果差強人意等因素分不開.為了更好地開展物理教學,讓教學取得更為理想的效果,就必須確保實驗儀器設備的到位.雖然目前學校的物理實驗儀器較前幾年已經有了不小的改進,但實驗儀器的改進和創(chuàng)新仍然是永恒的話題.

一線物理教師在平時的課堂教學中,使用那些原有的統一配發(fā)的實驗器材時,經常會碰到這樣那樣的問題,導致實驗效果并不理想.幾乎所有的物理教師都已經意識到實驗教學的重要性,實驗器材的改良迫在眉睫.然而人的惰性似乎是與生俱來的,加之平時上班除了正常的上課、備課、批改作業(yè)之外,還有數不清的各類表格、計劃和總結要寫.實驗器材的改進是一項不僅費腦力而且費時間、費精力的工作,甚至還可能費錢,看上去屬于“可做可不做”的工作就一而再、再而三地擱置了.針對蘇科版“動能 勢能 機械能”的教學,我們在實驗器材方面進行了改進.而真正促成這一好事的,竟然是接到了開設一節(jié)公開課的任務.

公開課在各層各級都有開設，開設公開課的好好壞壞,眾說紛紜.然而這一次,我們卻從中獲得了很久以來不曾出現的改進實驗器材的勇氣和動力.蘇科版中“動能 勢能 機械能”一節(jié),教材編寫重點突出,合理得當，從教學內容的編排和設計上很難有所突破.于是,我們將課堂亮點的設置瞄準到實驗和器材的改進和創(chuàng)新上.

本節(jié)的實驗有三個:探究動能的大小與哪些因素有關，探究重力勢能的大小與哪些因素有關，以及粗略了解彈性勢能的大小與什么因素有關.我們對原有的實驗器材和方案都有了不同程度的改進和創(chuàng)新.下面就這三個實驗改進前和改進后的情況,一一表述.

1 探究動能的大小與哪些因素有關

探究影響動能大小的因素是初中物理的一個重要實驗,做好這個實驗,有助于學生對能量、動能的概念產生感性認識,進一步加深對控制變量法、轉換法的理解和應用.

通常的實驗方案就是教材上的做法，如圖1所示，先讓一輛小車從同一斜面的不同高度由靜止滑下,撞擊靜止在水平面上的同一木塊,觀察、比較木塊被撞擊后移動距離的長短,從而得出小車的動能與小車的速度大小的關系;然后改變小車的質量(通過在小車上增加砝碼),讓小車從同一斜面的同一高度由靜止滑下,撞擊靜止在水平面上的同一木塊,觀察、比較木塊被撞擊后移動距離的長短,從而得出小車的動能與小車的質量大小的關系.

實驗操作過程中存在的問題為:(1) 斜面和水平面是由相同厚度的兩塊木板搭建而成,占地面積大,而且容易發(fā)生移動和散架;(2) 小車從斜面上滑下時容易跑偏,導致撞擊木塊的角度有偏差,甚至還沒有撞到木塊,小車已經滑出了斜面(如圖2).

我們將一薄木板在長度的四分之一處進行一定程度的彎折,使其成為一個帶有固定斜面的跑道,并利用電工用來串電線的塑料管釘在薄木板兩側,作為跑道的擋板.小車在有擋板的斜面上滑動,它當然就滑不出去了.為了保證小車能正對木塊撞擊,我們還特地將木塊的寬度截成和跑道的寬度相同，這樣改進后,不僅增加了器材的整體性,而且提升了實驗的可操作性(如圖3).

圖3

我們做了幾套上述的器材后,感覺制作過程有些繁瑣,而且實驗室的小車也不是很多,開展學生實驗還是有難度.于是進一步思考,能否制作出更簡易、更方便的器材呢？經過認真思考和多次嘗試,發(fā)現塑料管可以解決問題，我們選用了粗一些的PVC塑料管,對它進行一定的切割和彎折,讓它直接變身成帶有軌道的跑道.這個跑道比原來的木制跑道更光滑,實驗效果更好.用大小相同、材料不同的小球從斜面上滾下,撞擊與軌道完全貼合的圓柱形木塊.這次改良大獲成功,實驗效果很好(如圖4).

圖4

2 探究重力勢能的大小與哪些因素有關

教材中采用模擬打樁的實驗,即用木塊充當重錘從空中落下,擊打放在沙面上的小桌,根據小桌陷入沙中的深度來判定木塊重力勢能的大小.實驗中先是選用質量不等的木塊從相同的高度落下,后又用同一木塊從不同高度落下,以此來研究質量和被舉高的高度這兩個因素對重力勢能的影響.

實驗的原理是沒有任何問題的,可實際操作過程中碰到了如下問題:(1) 質量不等,且質量區(qū)別不能太小的木塊至少要有三塊,不僅不容易獲取,而且需要的器材數量多;(2) 木塊從高處落下,擊打放在沙面上的小桌,這個過程中木塊容易砸歪,導致實驗失敗;(3) 原配的鐵釘作小桌腿的小桌,在擊打過程中,只要木塊的重力勢能稍大,就很容易完全陷入沙中,而如果木塊的重力勢能較小,只要是木塊的重力勢能區(qū)別不大,小桌陷入沙中的深度就很難比較,有時幾乎看不出來.這樣的話就難以比較重力勢能的大小了(如圖5).

圖5

如圖6所示，我們改良器材的解決方案為:(1) 木塊可以采用“探究動能大小與哪些因素有關”的實驗中所用木塊,它上面自帶的四個孔正好用來放置鉤碼,從而實現分批改變重物質量的目的,同時大大減少了實驗器材的數量,實現一物多用;

圖6

(2) 針對木塊從高處落下容易砸歪的情況,我們考慮讓木塊和小桌在同一豎線上,方法是在木塊和小桌的中央分別鉆出一個圓孔,尺寸略大于鐵架臺中鐵棒的橫截面積,然后將鐵架臺的底部埋入沙中,讓小桌和木塊分別穿過鐵棒.這樣,當木塊從高處沿豎直的鐵棒落下就一定不會砸歪;

(3) 既然原配的鐵釘作桌腿的小桌很容易陷入沙中,我們就考慮重做小桌,把桌腿做得上粗下細，這樣就不容易出現完全陷入的問題.為了便于學生比較出小桌陷入沙中的深度,我們又在鐵架臺的鐵棒上粘貼了一張帶有刻度的紙條,為了減小木塊下落時與鐵棒間的摩擦,也為了保證刻度的經久耐用,我們還特地將紙條用膠帶牢牢的封在鐵棒上,整潔又光滑.

3 探究彈性勢能與彈性形變的關系

蘇科版教材對“彈性勢能的大小與哪些因素有關”的實驗處理得比較簡單,本節(jié)課我們把它設置成一個演示實驗.如圖7所示，用橡皮筋彈射“紙彈”,改變橡皮筋發(fā)生彈性形變的程度,同時觀察“紙彈”飛出距離的長短,從而得出彈性形變的程度越大,彈性勢能越大的結論.可初步實驗的結果發(fā)現，作為演示實驗,無論是橡皮筋的形變程度還是“紙彈”的尺寸都太小,不利于學生觀察.如果把這個實驗改成學生實驗,能見度當然好了,但是學生人人都在發(fā)射“紙彈”,不僅不利于教師對課堂的掌控,而且教室的整潔也會出現嚴重的問題.所以,還是只能在演示用的器材上動腦筋.于是,我們對橡皮筋進行了一定的手工編制,把若干根橡皮筋編成了一條粗的橡皮條.然后把橡皮條的兩端固定在一塊木板上,而且在木板的表面畫上刻度,并標上數字,這樣相當于在木板上安裝了一把刻度尺,橡皮條的形變程度就得到量化,一目了然.當然,由于橡皮條的威力遠遠大于單根的橡皮筋,我們換用了大個的“紙彈”,提升了可觀測性(如圖8).

這堂公開課上下來,別的暫且不論,僅實驗效果一項是大獲全勝的.這項成績的取得來源于我們教師課前在實驗環(huán)節(jié)的不斷嘗試,來源于我們教師事先在實驗器材上的不斷改良,來源于我們教師在心底對學生主體地位的認可.這次實驗器材的改良成功告訴我們:創(chuàng)新路,不高冷!只要想做、愿做、動手去做,一定能走出一條屬于自己的道路.

劉炳昇,魏日升.初中物理教師實驗技能訓練[M].北京：高等教育出版社,1989.