开发自创性实验的策略

王爱生，丁长泰

（1.前郭县蒙古族中学，吉林松原131100；2.四平市第十七中学，吉林四平136000）

物理教学离不开实验.从教师教学的角度来说，实验承载着物理知识，是呈现知识的手段.从学生学习的角度来说，实验为学习物理知识提供了方法，并能提高学生的学习兴趣、培养学生的科学世界观和创新思维.因此，实验的开发与创新显得尤为重要.本文结合教学实践，谈谈开发自创性实验的几种策略.

1 加，添加必要因素

为了提高演示实验的效果，可根据需要添加必要的实验或实验因素，如光的反射学习中只有反射规律的探讨实验，没有反射现象的演示和欣赏，特别是“光路可逆”的知识点，教材只用了一句话代过，而在实际教学时，可以将较大的平面镜立在讲桌上，让学生相互找同桌，这个实验很好地阐释了光路可逆现象.在教授气体压强与体积的关系实验时，教材的方法是教师将注射器的活塞抽出一半后，用手堵住出气气口，在注射器内封住了一定质量的空气，活塞向外拉使注射器内空气的体积增大，活塞向内压使注射器内空气的体积缩小，通过手作用在活塞上力的方向，感受到体积越小，压强越大；体积越大，压强越小.而学生无法感受到注射器内的压强变化.若注射器内放入比注射器内径小的充气球，演示时，活塞向外拉，小气球的体积明显增大；反之，活塞向内压时，气球的体积明显减小.该实验可以形象直观地说明：一定质量的气体，温度不变时，体积越小，压强越大；体积越大，压强越小.

2 减，减少繁杂

对于现有实验，无论是器材，还是步骤，或是装置组成等，都存在一些没有必要或过于繁琐的因素必须要精减.如：过去阿基米德实验中使用的溢水杯，实验繁杂，为此，可改用烧杯倾斜的装置来完成.笔者认为，这样的处理依旧繁杂，主要是中间环节有1个接水的小桶.如果用质量可以忽略的塑料袋直接接收从烧杯中溢出来的水，则物体在液体中减少的重力与物体排出在塑料袋中的液体的重量一样.这种方法，在思维上更简捷明了，有利于对阿基米德原理认识与理解.

3 简，简化实验

有些实验涉及器材较多，演示过程过于繁琐，应进行改进，摈弃复杂、不稳定的实验过程，选择简单明快的实验装置，将干净利落的释疑效果展示给学生.如在教授简谐运动图像的教学中，教材采用匀速拖动摆动的漏沙摆下方的木板的方法演示该现象，需要器材多，且漏有沙的木板只能水平放置，影响观察.若利用废弃的塑料饮料瓶和针头自制一只较大的漏斗，教学时，教师提着振动着的漏斗在学生座位过道中匀速走动，在地面上就留下其振动正弦图像，方便地演示频率、振幅、波长等现象.实验简便直观，让教与学变得轻松易行.再如用如图1所示的装置[1]来演示离心现象的本质，虽然效果好，但搬运起来很麻烦，还要考虑用电安全等因素.后经过反复实验制成简单的演示装置，即找1个约180cm长的软透明塑料管，内装1个红色铁球和1个绿色的木球，在内充满水，再将管子的两端用钳子通过细铁线拧紧.竖着时，木球在上面，铁球在下面，这时用手握住塑料管中部，将铁球一端向上对折，稍静止，铁球就下落到手处的位置.然后，握住中间的透明塑料管，绕竖直面高速旋转约2min，停止时观察到木球就落到了手握处，而铁球离开了手握处，跑到了一端.

图1 对比式离心现象演示装置

4 代，替代策略

用其他学科的实验代替已有的物理实验，或用其他生活用品代替实验器材，有时会起到意想不到的效果，如用化学的氨气使酚醛变红，代替演示分子无规则运动实验的实验材料；用廉价的材料代替昂贵的材料，如高压气筒代替气垫；用新的材料或仪器代替旧的材料或仪器，如用无毒的硫代硫酸钠代替有毒奈，精确的火花仪代替不稳定的打点计时器等.

5 创，创新实验

歌德说过：“凡是值得思考的事情，没有不是被人思考过的；我们必须做的只是试图重新加以思考而已.”我们所说的创新分为2种，一种是在已有的基础上加以改进，使实验在性能上更加优化.如：对外做功物体内能减少的实验，按着教材中的方法，现象不明显，更重要的是怕玻璃瓶爆炸伤着学生.为此，在一透明饮料瓶瓶盖上安装自行车打气的单向阀门.这样既解决了原装置气压不够、现象不明显等问题，又避免了安全隐患.另一种创新是独立思考、探索、实验，逐渐形成自己个性的东西，甚至是教材中没有出现过的实验设计，能很好地弥补教材中的空白.例如，笔者研制了外观简捷的显压浮子[2]，弥补了一些实验装置不能直接显示浸在水中的物体上下表面所处的压强不同的不足，从而能直观形象地说明了浮力产生的原因.

6 微，微型化实验

微型实验节约药品、节约时间、操作安全、污染少，学生可以自己动手制作仪器，自行实验，在对学生进行“绿色实验”的渗透教学中具有不可忽视的作用.如观察水的沸腾实验，可将原来的烧杯，换成试管，则加热时间大大缩短.节约课堂时间又节约酒精.把碘封闭在约10cm长的玻璃管中，可以重复地演示碘的升华与凝华，而且对环境无污染.

7 比，对比实验现象

对比法是区别事物的首要方法，即把要研究的事物或现象和另一事物或现象联系在一起，在一定的条件下加以比较，从而确定它们的异同点，达到认识事物和现象的目的.图2所示是“对比式液体电阻实验装置”示意图[3].该实验的优势在于：一是注射器中的液体长短、粗细类似于固体模型，符合学生的思维习惯，因此该实验装置具有直观形象性，而且能比较方便地改变液柱的长短、粗细与温度，同时采用2个电流计在观察示数大小时具有对比性，说服力强；二是电极板用铜板制作是为了在通电时金属在电解中不易发生化学置换反应，有助于电极板的稳定性和长期使用；三是关于欧姆定律教材中明确提及到欧姆定律也适用于液体（电解质），却没有提供相关的实验，而该实验装置也能适合通过实验验证在液体中欧姆定律成立.

图2 “对比式液体电阻实验装置”示意图

8 改，改变实验因素

变化是创新的一种有效方法，爱迪生的灯丝，就是改变了材料获得成功的.变化有很多种，各有优势.尺寸上的放大或缩小，有利于观察.笔者曾经在一次实验参展中看到特大的游标卡尺模型和丰满水电站模型，就是在这样的理论前提下形成的.另外，还有位置上变化和动静变化，如图3所示的“恒质式”液体压强演示器[4].还有，形状的变化，有利于造型和结构的优化；数目的变化，有利于实验现象的丰满等.

9 合，组合优化

组合是指按照一定的技术原理和仪器功能，把某些技术特征和功能进行新的组合，构成新的技术方案的思维策略.它有原理的组合、功能的组合、技术的组合等.如：利用木块与弹簧秤的组合使得做摩擦力大小与哪些因素有关的实验和斜面的机械效率的实验都方便多了.还有温度计与改进的止水夹结合时，夹子的一端夹在烧杯上，另一端夹在温度计上，这样不用手持温度计，解放了手，又便于观察温度.

10 明，增加可见度

演示实验除了科学性以外，较为重要的指标就是可见度了.通过对实验的研究和课堂中的实践，总结了如下的几种增加可见度的方法.背景衬托法，一般要求实验研究对象彩色与背景彩色有较大的反差，会引起较强的视觉印象.如，演示光通过路线实验中，可喷有烟雾.平面镜反射法，有些实验现象接近讲桌面发生，稍远的学生看不见.如用旋转的陀螺做色光合成的实验，若将竖立着的平面镜反射给学生看，使平面转化为竖直面，不同位置的学生都能看清.放大法，借助工具把实验中微小现象进行放大处理.如，用贺年片的音响作用来放大微弱电流的存在.标记法，在实验器材上附加标记使观察更加直观.如，皮球从高空下落，再弹起时有形变的观察，由于瞬间完成无法看得见.若将球面上涂黑色的圆斑，就可说明有形变的过程.增加可见度的方法，还有改变速度法、投影法、颜色变化法等.

[1] 王爱生，杨慧杰.对比式离心现象实验装置[J].物理实验，2007，37（6）：37－38，41.

[2] 王爱生，佟岩.“显压浮子”实验装置[J].物理实验，2006，26（2）：25－26.

[3] 王爱生，杨文强.对比式液体电阻演示器[J].物理实验，2008，28（3）：26－27，44.

[4] 王爱生，佟岩.“恒质式”液体压强演示器[J].物理通报，2006（11）：56－57.