摘 要：演示實驗是教師在物理教學過程中必備的教學手段，學生通過對演示實驗的仔細觀察與分析，可以理解其中的物理原理.但部分演示實驗在實驗效果上稍有缺陷，加上學生不能動手參與，從而造成學生被動學習的場面.教師要以演示實驗為抓手，通過師生的情感交流來引導學生發(fā)散思維，培養(yǎng)學生自己動手去制作實驗器材，在制作過程中發(fā)現(xiàn)學生的思維亮點，鼓勵學生的實驗創(chuàng)新，師生在相互學習的過程中達成教學相長.

關鍵詞：演示實驗;師生交流;器材制作;情感交往;教學相長

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）06-0029-04

作者簡介：江寧（1970-），男，江蘇南通人，本科，中學高級教師，江蘇省特級教師，研究方向：科學方法、教學做合一、情感教育等方面的教學研究.

1 問題的提出

在傳統(tǒng)的物理課堂教學中，教師通過演示實驗來傳授物理知識并概括知識要點，學生在無法親自參與的情況下對所學的物理知識只能被動地接受，機械的記憶方式使學生對知識的運用也大體處于模仿階段.如果教師在演示實驗的基礎上，以師生的情感交流為渠道，鼓勵學生對實驗推陳出新，通過自制實驗器材來主動進行實驗，那么課堂教學將達到事半功倍的效果.

下面，筆者以初中物理“熱機”一節(jié)中的實驗為抓手來探討教師如何通過情感交往、實驗創(chuàng)新來達成教學相長.

2 熱機壓縮沖程與做功沖程的實驗演示

2.1 熱機的能量轉(zhuǎn)化原理

機械能與內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，做功是改變物體內(nèi)能的一種方式.如圖1所示，熱機完成一個工作循環(huán)需要經(jīng)歷四個沖程，第二沖程為壓縮沖程，通過活塞壓縮氣體來對氣體做功，活塞的機械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，氣體因內(nèi)能增加溫度升高從而達到燃料的著火點;第三沖程為做功沖程，通過火花塞點火或燃氣高溫自燃，使汽缸內(nèi)高溫高壓的燃氣爆炸后對活塞做功，燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能[1].

2.2 熱機壓縮沖程的原理演示

教師在課堂上利用演示實驗：如圖2所示，準備一只空氣壓縮引火儀，將少量硝化棉放在引火儀中，蓋上蓋子密封，用手迅速敲擊引火儀的手柄，引火儀的活塞壓縮空氣使氣溫迅速上升至硝化棉的著火點，從而看到硝化棉燃燒.教師利用此實驗可以演示熱機壓縮沖程的原理.

在實驗過程中，雖然有硝化棉燃燒的火光，但燃燒的火光只有瞬間，而且燃燒時沒有爆炸聲，讓觀察者有非常不過癮的感覺.另外，實驗儀器與所用的硝化棉不是常用品，學生課后不能在家里進行再次實驗.

2.3 熱機做功沖程的原理演示

教師在課堂上利用演示實驗：如圖3所示，在透明塑料管的底部鉆一個孔，將電子打火器的放電針管緊緊地塞進孔中，向管中滴入幾滴酒精，再將管口用塞子塞緊，然后按動電子打火器的按鈕，酒精蒸氣被點燃，學生此時可以看到管內(nèi)發(fā)生爆炸現(xiàn)象，并把管口的塞子推出來.教師利用此實驗可以演示熱機做功沖程的原理.

因爆炸的危險性，此實驗不方便學生在課堂上進行分組操作，由于實驗用的電子打火器在市面上、家庭里已幾乎缺失等原因，學生課后也不能在家里進行再次操作.

3 教師在課上拋磚引玉

教師的演示實驗雖然成功，學生的觀察也算目不轉(zhuǎn)睛，但最大的遺憾在于學生不能動手參與，而且瞬間的實驗現(xiàn)象讓學生意猶未盡.但是教師可以在課堂上巧妙地抓住學生的好奇心理，通過師生交流讓學生產(chǎn)生對現(xiàn)象的懸念和要動手的渴望.下面是課堂上一段精彩的師生對話，“情感—交往”的教學方式增添學生的自信心.

教師：同學們，這么好玩的實驗，大家想不想都來試試？

學生：想.

教師：但學校器材有限，而且實驗中的爆炸也具有很大的危險性，真不適合大家分組操作.

學生：吁……（唏噓聲）

教師：老師在做學生的時候，也像你們現(xiàn)在一樣，想自己動手實驗，也是因為實驗器材的配備不足，沒法自己動手.但老師不死心，想辦法用火柴替代了書本上的燃料，并且自己動手，制作了一把“手槍”.

學生：啊！（非常好奇）給我們看看.

教師：當時，老師利用鐵絲、舊散裝鏈條、螺釘、橡皮筋等器材制成一把“火柴槍”，將火柴頭作為燃料密封在槍頭，借助橡皮的彈力讓鐵絲撞針來撞擊燃料，瞬間就會發(fā)生爆炸，爆炸的威力可把火柴梗打出兩、三米遠.（如圖4所示）

學生：能不能教教我？

教師：現(xiàn)在，由于這種器具已經(jīng)被公安禁用，大家不要去模仿自制.但大家可以按照這個原理，回家自制合法的實驗器材.

學生：是否可以對書本上的實驗進行改進？

教師：當然可以，而且要鼓勵創(chuàng)新，建議大家課后以小組為單位，集思廣益，創(chuàng)造發(fā)明.同學們，現(xiàn)在的產(chǎn)品好多與一百年前在物理上的基本原理相同，但經(jīng)過幾代人的更新，這些產(chǎn)品變得更加合理、方便.現(xiàn)在，人們對產(chǎn)品的更新仍在繼續(xù).可以預見，未來的產(chǎn)品會更加節(jié)能、合理、方便、美觀.

教師以巧妙的點撥、關愛式的交流、情感的互動，激發(fā)學生學習的熱情，自制器具成功與否的懸念促使學生去鉆研、探究、創(chuàng)新.

4 學生在課后推陳出新

4.1 第1小組的作品：火柴炮

材料準備：長7cm、寬2cm、厚0.5cm的鐵板2塊，M6（5cm）鐵螺釘3根，M6螺母4只，M14螺母一只，橡皮筋4根.

制作過程：（1）將兩塊鐵板的兩側(cè)各打穿一個小洞，讓鐵螺釘能穿過;（2）將一塊鐵板中心打穿一個小洞，讓鐵螺釘也能穿過;（3）在另一塊鐵板的中心再打一個大小相同、深度為0.3cm的洞槽.在兩塊鐵板的兩側(cè)穿入鐵螺釘，用螺母固定住.將M14螺母焊接在M6螺釘?shù)念^部作為器材的撞針尾，然后將螺釘尖部作為撞針頭穿入鐵板的中心，用橡皮筋將撞針尾部扎好，注意整個撞針要能靈活地來回活動（制作過程中的打孔與焊接，均請家長幫忙）.

實驗演示：把火柴頭上的紅磷燃料輕輕刮入器材的洞槽中，通過橡皮筋使器材中間的撞針將燃料壓緊.在空曠的硬地面上，用力將器材的撞針尾部撞擊地面，可聽見劇烈的爆炸聲，同時聞到燃料燃燒的氣味，用手觸摸撞針的頭部，明顯有發(fā)熱的感覺.具體裝置示意圖如圖5所示.

4.2 第2小組的作品：火柴炮

材料準備：長10cm、寬2cm、厚0.5cm的木條2根，大螺母一只，長鐵釘一根，橡皮筋3根，少量焊錫.

制作過程：（1）將焊錫燒熔倒入大螺母中，在焊錫將要凝固時，用長鐵釘在焊錫中央開一個與鐵釘差不多粗細且深0.3cm的小洞;（2）冷卻后用兩根木條夾住螺母，木條兩端與中央分別用橡皮筋綁住;（3）將長鐵釘穿過器材上部橡皮筋間的縫隙并在橡皮盤上旋繞兩周，頭部作為撞針可靈活地插入焊錫的小洞中.

實驗演示：同第1小組的作品演示，具體裝置示意圖如圖6所示.在教師的建議下，本小組對實驗裝置進行改進：在實驗器材的尾部系上一些尾須，實驗時向上拋出器材，由于器材重心向下的原因，最終肯定是撞針先著地，從而使燃料受壓爆炸，向上拋得越高，撞擊地面越強烈，實驗效果越明顯.適當增加燃料量，爆炸效果更好.

4.3 第3小組的作品：水火箭

材料準備：2.5L可樂瓶2只、圓錐形瓶蓋一只、橡膠塞一只、自行車氣門嘴一根、20cm×20cm軟泡沫板一塊、塑料膠帶若干.

制作過程：（1）將一只可樂瓶的瓶底剪掉;（2）將另一只可樂瓶頭、底都剪掉，一端開口處套上圓錐形瓶蓋，另一端開口套在第一只可樂瓶的瓶底剪掉處;（3）將橡膠塞削減成可樂瓶口大小，中間開通氣孔，把氣門嘴底塞入孔中;（4）所有接口處均密封，這樣火箭身制成.根據(jù)教師的建議，學生在火箭的尾部裝上4小片泡沫板作為尾翼.

實驗演示：在箭身的飲料瓶里裝入不超過1/3的自來水，塞緊橡膠塞后倒放在鐵架臺上，將打氣筒接在氣門嘴上打氣.等飲料瓶里的氣壓足夠大時，橡膠塞被沖開，自來水從瓶嘴噴出，火箭反向拔地而起.具體裝置示意圖如圖7所示.

4.4 第4小組的作品：酒精雷

材料準備：空塑料藥瓶一只、廢舊打火機一只、軟、硬導線各一根，無水酒精少許.

制作過程：（1）在藥瓶下方的左右各開一小孔;（2）取兩根5cm長的硬導線，兩端剝?nèi)ニ芰掀?，將一端磨尖，分別將尖端塞入藥瓶的兩個開孔中，兩線尖端靠近;（3）取出打火機中的壓電陶瓷，將它的兩極分別與兩根軟導線相連;（4）再將兩根軟導線的另一端分別接在藥瓶外的兩根硬導線上.用手試著壓幾次壓電陶瓷，藥瓶內(nèi)兩根硬導線的尖端有放電現(xiàn)象.

實驗演示：用大力鉗夾住藥瓶底，在瓶內(nèi)滴入幾滴無水酒精，蓋上瓶蓋，用手壓一下壓電陶瓷，瓶內(nèi)的酒精蒸氣被點火發(fā)生爆炸，爆炸氣體迅速推開瓶蓋.具體裝置示意圖如圖8所示.

從整個制作環(huán)節(jié)來看，各小組學生在教師的啟發(fā)下，相互協(xié)作、集思廣益，不斷將作品升級，教師在與學生交流的過程中不斷反思自己的教學，正如陶行知先生所希望的：教師在“做”中教，學生在“做”中學.

5 學生的學習進階

傳統(tǒng)的教學理念認為：學生坐在課堂上背口訣、背公式、寫作業(yè)，這才叫學習，但這種機械式的學習方式最終只能培養(yǎng)出缺乏靈感的考試機器.“布魯納認知—發(fā)現(xiàn)學習理論”認為：人天生是愛學習的，只不過他們的學習方式建立在興趣與感悟的基礎上.在“情感—交往”的基礎上，教師負責搭建可供學生自由發(fā)展的腳手架，讓學生發(fā)揮潛能，讓所有學生都研有所思，學有所獲，優(yōu)秀生能吃得飽，學困生也能吃得消，中等生更能“跳一跳摘桃子” [2].教師借助情感的平臺，在向?qū)W生傳授知識的同時，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造能力，以此發(fā)現(xiàn)學生的閃光點，并通過不斷肯定學生的方式來促進學生的發(fā)展;教師通過交往點燃學生求知的欲望，并為學生搭建自我成功的舞臺，讓每一個學生的潛能都得到充分發(fā)掘，學生在反復被激勵的過程中知識得到鞏固，思維得到發(fā)散，個性得到張揚，從而促成學習進階.在學生進階的同時，教師的教學能力也水漲船高式地得到相應提升.

6 幾點感悟

陶行知先生的“教學做合一”教育思想認為：學生知識的形成過程，不是被動地接收，而是要讓學生在實際操作過程中理解知識.在“做”的過程中，良好師生關系的建立離不開師生的教學互動，學生學習情感的孕育、學習興趣的培養(yǎng)、學習主動性的調(diào)動，離不開師生的“情感—交往”.

師生的“情感—交往”為學生的實驗創(chuàng)新構(gòu)建嶄新的階梯.學生運用已有知識創(chuàng)造性地解決問題、通過創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)新事物，是當今創(chuàng)新教育的主題.在師生交往過程中，學生得到教師的充分信任，敢于在觀察中思考、在制作中創(chuàng)新，新意識、新思維、新方法、新技能應運而生.

師生的“情感—交往”為學生的能力培養(yǎng)提供動力.學生能力的提升只有在實踐過程中才能得以實現(xiàn)，解決實際問題的能力恰恰又是一個人在實踐活動中展示綜合素質(zhì)的一種體現(xiàn).在師生交往的過程中，學生得到教師的幫助，克服學習過程中的種種磨難，通過化曲為直，積極、主動、愉快地去鉆研，從而使能力依托著興趣成級數(shù)式的增長.

師生的“情感—交往”為學生的思維拓展架設橋梁.知識進階的最終目的是為了思維進階，而思維進階反過來又對知識的更新起到促進作用.在師生交往的過程中，學生得到教師的鼓勵，敢于質(zhì)疑、敢于猜想，知識由點到面再到體在學生腦海中形成完整的思維體系，學生在系統(tǒng)掌握知識的同時，又活躍思維、拓寬思路.

師生的“情感—交往”為學生的自我展示搭建舞臺.教師在教學中，注重利用學生的成就感所帶來的積極體驗來促進學生的學習，并使學生獲得精神上的滿足和享受，是當代國內(nèi)外課堂教學改革的一個重要特征.在師生交往的過程中，學生得到教師的贊美，時刻發(fā)現(xiàn)：我行、我很行、我非常行，主人翁意識得到提高，自豪感和自尊感油然而生.

朱小蔓教授曾經(jīng)說過：“正因為積極的、有導向性質(zhì)的情感運動，教學活動才不僅具有傳遞人類民族文化遺產(chǎn)的功能，而且成為培養(yǎng)個性精神的過程[3].” 離情而教、缺情而做，不能算是教;背情而學、失情而做，不能算是學.因此，教學過程中有了情感，教育功能才能顯實，研討氛圍才能顯趣，活動全貌才能顯真，教學成果才能顯新.

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理（九年級上冊）[M].南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2012.

[2]李光宇.基于“學習進階”理論的物理習題教學策略[J].教學月刊·中學版（教學參考），2016（Z2）：31-35.

[3]朱小蔓.情感教育論鋼[M].北京：人民教育出版社，2007.

（收稿日期：2020-11-20）