田素云

摘? 要： 物理是一門以觀察和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為主的基礎(chǔ)學(xué)科，學(xué)生在物理課堂中通過觀察與操作，獲得對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，從而培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。在物理教材中有很多物理微小實(shí)驗(yàn)，有的是簡(jiǎn)易分組小實(shí)驗(yàn)，有的是演示小實(shí)驗(yàn)。小實(shí)驗(yàn)因其簡(jiǎn)單、快捷、直觀、易操作、有趣等特點(diǎn)，是提升物理課堂教學(xué)效率、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效手段。文章主要從理論上闡述微型物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和作用，并結(jié)合筆者在物理教學(xué)中的實(shí)例，對(duì)微型實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)具體問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：微型實(shí)驗(yàn);物理教學(xué);科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）4-0070-3

所謂微型實(shí)驗(yàn)，指的是器材成本低、操作簡(jiǎn)易、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)。它可以是隨堂演示的小實(shí)驗(yàn)，也可以是課外家庭小實(shí)驗(yàn);可以是教師課堂演示學(xué)生參與觀察分析的“演示小實(shí)驗(yàn)”，也可以是由學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣愛好自主探究的趣味小實(shí)驗(yàn)。微型實(shí)驗(yàn)由于其獨(dú)特的特點(diǎn)，是提升物理課堂效率、培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效手段。

1? ? 微型物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比較，微型物理實(shí)驗(yàn)具有明顯的特點(diǎn)，并逐漸被人們所重視，在物理習(xí)題教學(xué)和課堂教學(xué)領(lǐng)域中占有重要的地位。微型實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)。

1.1? ? 微型實(shí)驗(yàn)儀器成本較低，取材方便

微型實(shí)驗(yàn)所利用的器材，基本上都是日常生活用品、玩具或廢舊物品，比如易拉罐、橡皮、氣球、直尺、細(xì)繩、乒乓球、彈簧、水杯等常見的物品都可以成為實(shí)驗(yàn)的材料。這些材料在身邊隨處可見，這大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，使得學(xué)生人人參與到物理實(shí)驗(yàn)中成為可能，能真正發(fā)揮學(xué)生的主體性。

1.2? ? 微型實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯

簡(jiǎn)單易做是微型實(shí)驗(yàn)的鮮明特點(diǎn)，學(xué)生可以根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，自己參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，親自進(jìn)行操作，或者在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而不需要按部就班地進(jìn)行繁雜的實(shí)驗(yàn)過程。其次，這些微型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，易于觀察，明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中感受到樂趣，從而提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)物理的熱情。

1.3? ? 微型實(shí)驗(yàn)貼近生活，體現(xiàn)自創(chuàng)

微型物理小實(shí)驗(yàn)可以拉近物理與生活的距離，讓學(xué)生理解物理來源于生活而服務(wù)于生活，從而感受到學(xué)習(xí)物理就是體驗(yàn)、理解和發(fā)現(xiàn)周圍世界的過程。另外，由于生活物品本來都有各自的價(jià)值和功能，用生活物品來做實(shí)驗(yàn)本身就是創(chuàng)新的過程。比如，同一種常見的生活材料可以做哪些實(shí)驗(yàn)，一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)課題可以利用哪些材料等問題，都是具有發(fā)散性的，可體現(xiàn)教師教學(xué)的個(gè)性和自創(chuàng)性。即使教師采用的是他人的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)學(xué)生而言同樣具有很好的啟迪作用。例如，對(duì)于超重、失重的判斷中，總會(huì)有部分學(xué)生混淆速度方向和加速度方向的關(guān)系，對(duì)此可以布置學(xué)生回家進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。比如回家嘗試在臺(tái)秤上進(jìn)行下蹲，觀察臺(tái)秤上的示數(shù)變化，增加生活體驗(yàn)，并用物理知識(shí)分析解釋。

2? ? 微型物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的應(yīng)用

2.1? ? 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲

愛因斯坦說過，“興趣是最好的老師”。物理學(xué)中的概念、規(guī)律都是借助于實(shí)驗(yàn)得到的，因此簡(jiǎn)易、真實(shí)、形象、生動(dòng)、直觀、體驗(yàn)深刻的小實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o予學(xué)生豐富的感性認(rèn)識(shí)，能通過感官刺激喚起他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣以及物理問題的深度思考。由于微型實(shí)驗(yàn)儀器可以在生活中找到替代品，學(xué)生面對(duì)這些熟悉的實(shí)驗(yàn)儀器，從心理上縮短了與實(shí)驗(yàn)的距離，消除了做實(shí)驗(yàn)的畏懼感，從而激發(fā)學(xué)生的興趣及做實(shí)驗(yàn)的欲望。

【案例1】? 靜電實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行起電方式的教學(xué)時(shí)，可以使用學(xué)生熟悉的物品進(jìn)行簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)的演示，比如直尺、氣球、兵乓球等。

如圖1所示，將塑料尺懸掛在鐵架臺(tái)上，細(xì)線應(yīng)系在尺子的中點(diǎn)，并用膠帶在細(xì)線與尺子的系點(diǎn)處環(huán)繞2～3圈。將帶電橡膠棒靠近，檢測(cè)塑料尺帶上何種電荷。實(shí)驗(yàn)中可以將塑料尺與毛皮摩擦，使塑料尺帶上負(fù)電荷，毛皮帶上正電荷。再將塑料尺與塑料袋摩擦，結(jié)果塑料尺帶上正電荷，而塑料袋上有過量負(fù)電荷。在課堂上，還可以用氣球簡(jiǎn)單展示摩擦起電，將氣球與頭發(fā)摩擦之后，可以輕松吸附在黑板上，學(xué)生看到吸在黑板上的氣球，進(jìn)而對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)充滿了興趣和求知欲。

如圖2，可以讓學(xué)生課后進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵诮淌依锊灰欢ㄓ兴?，讓學(xué)生回家嘗試想辦法使塑料尺或者玻璃棒帶上電，靠近細(xì)小的水流，會(huì)觀察到什么？能否解釋清楚這一現(xiàn)象？

【案例2】 機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)

在講授機(jī)械能守恒定律時(shí)，可設(shè)計(jì)一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：水桶一個(gè)，裝有半桶水，用繩子懸掛，如圖3。請(qǐng)一個(gè)學(xué)生在地上站好，雙手扶住水桶，讓它距學(xué)生的鼻子1 cm，然后將小水桶無初速度放開，水桶在重力作用下會(huì)擺動(dòng)起來，水桶遠(yuǎn)離學(xué)生以后又會(huì)靠近學(xué)生，向?qū)W生撞來。學(xué)生如果沒學(xué)習(xí)過機(jī)械能守恒定律，肯定會(huì)逃走，如果學(xué)生學(xué)習(xí)過機(jī)械能守恒定律，一定會(huì)坦然地站在原地。這個(gè)實(shí)驗(yàn)必須對(duì)科學(xué)有足夠的信任才能保持紋絲不動(dòng)。我們學(xué)習(xí)了很多科學(xué)知識(shí)，但自己對(duì)很多知識(shí)并不是十分相信，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律的體驗(yàn)和理解。

2.2? ? 提供豐富的感性材料，突破教學(xué)難點(diǎn)

微型實(shí)驗(yàn)可以針對(duì)課堂教學(xué)中的難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，在《光的色散》一節(jié)，對(duì)于三棱鏡對(duì)白光的色散，我們可以利用多媒體投影儀，在背景上用Word或在PPT黑色背景中留出一條白帶，然后將三棱鏡放到上面，就會(huì)看到真實(shí)的色散現(xiàn)象——人造小彩虹。這樣會(huì)讓學(xué)生感受到科學(xué)的神奇。針對(duì)學(xué)生的疑難問題或某些思維障礙，可以設(shè)計(jì)一些具有引導(dǎo)、啟發(fā)、再現(xiàn)作用的課外小實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解物理教學(xué)中的難點(diǎn)。

【案例3】? 水會(huì)灑出來嗎？

如圖4，用細(xì)繩系住一塑料桶，在桶內(nèi)裝上半桶水，然后到室外試一試，能否讓水桶在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，而水桶里的水不會(huì)甩出來，并分析、解釋其中的道理。

評(píng)析：將裝有水的水桶倒過來，學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，斷定水一定會(huì)流出來。但是，通過實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)不管水桶處于豎直平面內(nèi)的任何位置，水都不會(huì)流出來，與自己的猜想結(jié)果恰好相反。使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣，從而引發(fā)思考和探索。

2.3? ? 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析能力

觀察是物理學(xué)的開端，因?yàn)槿藗兺ㄟ^對(duì)各種物理現(xiàn)象的觀察、比較、分析、綜合，才得出對(duì)一般物理現(xiàn)象的提問、猜想、解釋、推理、論證。培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察的能力是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。

微型物理實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力提供了重要途徑。過去課堂上的演示實(shí)驗(yàn)都是由教師一個(gè)人做，全體學(xué)生進(jìn)行觀察，許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只有前排的學(xué)生才能看得清楚，多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)印象模糊。而微型實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生人人動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，這就意味著每位學(xué)生都能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深入觀察，可以啟迪學(xué)生的思維，是深度學(xué)習(xí)的開始。沒有真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就無法深刻理解所學(xué)的物理知識(shí)。所以，觀察好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以后，學(xué)生會(huì)自動(dòng)地分析、深入理解所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)。

2.4? ? 發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心問題。生活中的小實(shí)驗(yàn)本身就要求學(xué)生不拘泥于書本，充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，獨(dú)立思考，大膽探索，學(xué)生自主提出實(shí)驗(yàn)方案和方法。微型實(shí)驗(yàn)改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過于固定的格局，同一課題可以設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，或者讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)更具有開放性，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

【案例4】? 自制簡(jiǎn)易小型電動(dòng)裝置

在學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)知識(shí)以后，可以給學(xué)生布置開放性實(shí)驗(yàn)課題，利用電池做一個(gè)簡(jiǎn)易的小型電動(dòng)裝置，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，體會(huì)通電導(dǎo)線如何在磁場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力的作用，平行于轉(zhuǎn)軸的導(dǎo)線受到不同方向的力的作用使線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。器材建議：線圈、漆包線、干電池、導(dǎo)線、磁鐵（或強(qiáng)磁鐵），其他器材可自己補(bǔ)充。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)探究之后，分享不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，展示實(shí)驗(yàn)成果，并且補(bǔ)充幾個(gè)典型的設(shè)計(jì)方案。

把漆包線繞成矩形線圈，漆包線在線圈的兩端各伸出約3 cm，然后用小刀刮兩端引線的絕緣漆，一端全部刮掉，另一端只刮上半周或者下半周，按圖5安裝各裝置。電路接通后，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。讓學(xué)生解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。如果沒有線圈，也可以按照?qǐng)D6的裝置制作更加簡(jiǎn)易的小型電動(dòng)機(jī)。

在此基礎(chǔ)上，教師還可以補(bǔ)充制作趣味性的電動(dòng)火車的方法：兩端吸有短小圓柱形鋼制強(qiáng)磁鐵的干電池，放入很長(zhǎng)的固定在水平桌面的螺旋線圈（由裸導(dǎo)線繞成）內(nèi)，干電池和強(qiáng)磁鐵的“結(jié)合體”就會(huì)在螺旋線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)。如圖7是簡(jiǎn)易“電動(dòng)火車”的示意圖，圖中只畫出一部分線圈，強(qiáng)磁鐵與線圈在任何位置始終能保持良好接觸。

總之，微型實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，可以讓物理教學(xué)更加生動(dòng)活潑，內(nèi)容更加豐富充實(shí)，讓學(xué)生把知識(shí)學(xué)得靈活主動(dòng)，發(fā)揮了教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的作用。將微型物理實(shí)驗(yàn)引入到物理教學(xué)中，彌補(bǔ)了部分教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)器材不足的缺點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)多元化，并且讓物理知識(shí)走進(jìn)生活，使得學(xué)生的各方面能力都可以得到很大提升。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 張正嚴(yán)）

收稿日期：2019-01-16

作者簡(jiǎn)介：田素云（1963-），女， 中學(xué)高級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。