改进物理实验
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时间：2017-08-14
一、改进实验，提高学生逻辑思维能力
初中物理教材中碘的升华实验是用酒精灯通过石棉网加热放在烧杯中的固态碘，但在实际操作中，这种加热方法使碘的温度很难控制，稍有不慎固态碘便先熔化成液态碘再蒸发成气态碘，甚至出现碘的沸腾现象，使演示失去说服力，导致实验失败。即使是经验丰富的老教师，也很难做到碘不熔化。为了控制烧杯中碘的温度，笔者查阅了有关资料，发现碘的熔点为113℃，因此，我在实验中改进了加热用的热源，改用了水浴加热法，将少量的固态碘放入小烧瓶中，再将小烧瓶放入大烧杯中，用大烧杯中的开水对固态碘加热。在教师演示前，先先出示碘的一些物理性质：熔点113.5℃，沸点184.35℃……并让学生思考：“如果用水浴法给碘加热，固态碘是否会像冰块一样在沸水的加热下熔化吗？为什么？”然后教师再演示碘的升华，学生可以观察到固态碘在水浴加热时有大量紫色蒸气，教师告诉学生，这色蒸气是气态碘，并且在演示过程中，教师可以不断地将烧瓶从开水中取出摇晃，学生可以听到清晰的固态碘撞击烧瓶的声音，实验现象非常明显；学生自然思考，碘既然没有熔化，碘蒸气自然是由固态碘直接变成气态而来。学生根据通过逻辑思维学生结合晶体熔化条件展开判断与推理，“由于开水的温度低于碘的熔点，用水浴法无论怎样加热，碘都不会熔化。”再将理论与观察到的现象结合，不同的思维方式高密度地在此交织，有效地促进学生逻辑思维能力的提高。
二、改进实验，培养学生逆向思维能力
加强逆向思维训练，可改变学生的思维结构，培养思维灵活性和双向能力，提高分析问题和解决问题的能力。物体对外做功内能减少的实验，笔者摒弃现成的实验器材，用废弃的“脉动”饮料瓶撕去瓶身的包装塑料纸，在底部打两个孔，从两个孔中插入两根硬导线作为放电电极，将这两根导线接在废打火机中的压电点火器两端。用滴管吸两滴酒精，滴入饮料瓶中。找一个大小合适的橡皮塞将饮料瓶瓶口塞好密封（教师要在课前预实验，调整塞子的松紧，塞子塞得越紧，爆炸产生的威力越大，但也不能太松，太松不容易看到实验过程中产生的白气），振荡瓶子，加快瓶内酒精蒸发，然后将饮料瓶竖放在铁架台的底座上，并用铁夹夹紧瓶颈，将瓶竖直固定在底座上，为便于观察“白气”，在瓶子后面衬一张深色纸，然后用点火器点火实验。这样一改进，学生可以明显观察到：塞子冲出时，瓶内出现了白气，实验现象更明显。然后教师要求学生叙述观察到的现象，并解释这个现象。学生思维自然会从“白气”入手逆向推理，从“白气”（小水滴）←水蒸气液化←降温←内能减少←燃气对塞子做功。归纳得出结论：物体对外做功，内能减少。除了培养学生逆向思维能力，这个实验的改进还有更深的意义：这个实验的改进物理实验器材来自学生生活，让学生们体会到物理学科不同于其它学科的新奇之美。充分体验“物理来源于生活”，展现从“生活走向物理”的课程理念。我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授就当时的办学条件，提出“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的教育思想，而这一思想当时解决了很大一部分的实验仪器不足的问题，而在当今，特别是经济比较发达的苏南地区，利用日常用品改进物理实验，主要目的不是解决实验器材的不足，更重要的是通过开发生活中的物品在实验教学的应用，培养学生的创新意识、勤俭意识，环保意识，充分挖掘其潜在的教育价值，这是课程目标中情感态度价值观的范畴。
三、改进实验，培养学生的归纳概括能力
探究凸透镜成像规律这一实验苏科版的教材上，一共只安排了6组数据，这么少的数据使学生很难从中发现规律，学生的分析归纳能力得不到训练和培养，学生也找不到探究的感觉，给人的感觉是：这是一个验证性实验。
笔者对这个探究活动的设计作了如下的改进：教师先用大一些的凸透镜粗略演示凸透镜成像情况，让学生感受到凸透镜成什么性质的像与物距有关，引导学生为了探究凸透镜成像规律，就要改变物距多次实验，再根据观察到的现象归纳成像规律。教师进一步引导学生，为了便于寻找规律，实验过程中物距的改变也就有规律，而不能忽大忽小。在此基础上，教师再强调一下实验的注意事项，并要求学生在调节物距时，像的大小变化不要太大，记录实验数据，如果像的变化太大，则在两个物距之间再测1-2组数据，笔者收到一组学生的实验数据如下：（表格中有括号的数据学生一开始没有呈现，括号中的数据是在教师引导学生得出虚像的概念后填入的）
探究凸透镜成像规律实验记录表：f=10cm
师：“有没有哪一组观察到物距小于10cm成像的情况？”
总有几个实验小组无意之中直接观察到正立放大的像，这部分学生会把观察到的现象与大家分享。教师再指出这个像能观察到，但不能成在光屏上，称作虚像，同时给出实像的概念。并要求全体学生通过实验观察这一現象。并将观察到的现象填入记录表中（括号中的数据）。然后要求学生根据实验记录表，在教师的引导下，归纳凸透镜成像规律：
师：根据表中数据同学们猜测一下，凸透镜有没有可能成等大的像？如果有，物距可能是多少？请大家大胆地猜测。
生A：有可能，u在19-22cm之间，很有可能是物距u=20cm时。
……（学生实验验证）
师：根据表中数据同学们再一次大胆猜测一下，凸透镜成实像和虚像的分界点可能在物距多大时？而物体刚好处于这个分界点上时，成像情况如何？
……
师：根据大家的归纳分析，同学们归纳一下凸透镜成以下3种情况的像时物距、像距情况：①倒立缩小实像；②倒立放大实像；③正立放大虚像。
……（学生归纳）
上面的这一探究活动设计的改进，使探究活动既直观的展现了实验现象，在教师的引导下学生的抽象思维方式得到训练，避免了“现成规律”的形成，培养了学生的归纳概括能力，让思维的理论和实践循环往复，螺旋上升。
利用物理实验的改进，增强实验中所蕴涵的思维功能，激活学生的思维，培养他们良好的思维品质和创新能力，提高科学素养，这样可以在实验中发展学生的智能，促进教和学的统一。
（作者单位：江苏省张家港市大新实验学校）
初中物理教材中碘的升华实验是用酒精灯通过石棉网加热放在烧杯中的固态碘，但在实际操作中，这种加热方法使碘的温度很难控制，稍有不慎固态碘便先熔化成液态碘再蒸发成气态碘，甚至出现碘的沸腾现象，使演示失去说服力，导致实验失败。即使是经验丰富的老教师，也很难做到碘不熔化。为了控制烧杯中碘的温度，笔者查阅了有关资料，发现碘的熔点为113℃，因此，我在实验中改进了加热用的热源，改用了水浴加热法，将少量的固态碘放入小烧瓶中，再将小烧瓶放入大烧杯中，用大烧杯中的开水对固态碘加热。在教师演示前，先先出示碘的一些物理性质：熔点113.5℃，沸点184.35℃……并让学生思考：“如果用水浴法给碘加热，固态碘是否会像冰块一样在沸水的加热下熔化吗？为什么？”然后教师再演示碘的升华，学生可以观察到固态碘在水浴加热时有大量紫色蒸气，教师告诉学生，这色蒸气是气态碘，并且在演示过程中，教师可以不断地将烧瓶从开水中取出摇晃，学生可以听到清晰的固态碘撞击烧瓶的声音，实验现象非常明显；学生自然思考，碘既然没有熔化，碘蒸气自然是由固态碘直接变成气态而来。学生根据通过逻辑思维学生结合晶体熔化条件展开判断与推理，“由于开水的温度低于碘的熔点，用水浴法无论怎样加热，碘都不会熔化。”再将理论与观察到的现象结合，不同的思维方式高密度地在此交织，有效地促进学生逻辑思维能力的提高。
二、改进实验，培养学生逆向思维能力
加强逆向思维训练，可改变学生的思维结构，培养思维灵活性和双向能力，提高分析问题和解决问题的能力。物体对外做功内能减少的实验，笔者摒弃现成的实验器材，用废弃的“脉动”饮料瓶撕去瓶身的包装塑料纸，在底部打两个孔，从两个孔中插入两根硬导线作为放电电极，将这两根导线接在废打火机中的压电点火器两端。用滴管吸两滴酒精，滴入饮料瓶中。找一个大小合适的橡皮塞将饮料瓶瓶口塞好密封（教师要在课前预实验，调整塞子的松紧，塞子塞得越紧，爆炸产生的威力越大，但也不能太松，太松不容易看到实验过程中产生的白气），振荡瓶子，加快瓶内酒精蒸发，然后将饮料瓶竖放在铁架台的底座上，并用铁夹夹紧瓶颈，将瓶竖直固定在底座上，为便于观察“白气”，在瓶子后面衬一张深色纸，然后用点火器点火实验。这样一改进，学生可以明显观察到：塞子冲出时，瓶内出现了白气，实验现象更明显。然后教师要求学生叙述观察到的现象，并解释这个现象。学生思维自然会从“白气”入手逆向推理，从“白气”（小水滴）←水蒸气液化←降温←内能减少←燃气对塞子做功。归纳得出结论：物体对外做功，内能减少。除了培养学生逆向思维能力，这个实验的改进还有更深的意义：这个实验的改进物理实验器材来自学生生活，让学生们体会到物理学科不同于其它学科的新奇之美。充分体验“物理来源于生活”，展现从“生活走向物理”的课程理念。我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授就当时的办学条件，提出“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的教育思想，而这一思想当时解决了很大一部分的实验仪器不足的问题，而在当今，特别是经济比较发达的苏南地区，利用日常用品改进物理实验，主要目的不是解决实验器材的不足，更重要的是通过开发生活中的物品在实验教学的应用，培养学生的创新意识、勤俭意识，环保意识，充分挖掘其潜在的教育价值，这是课程目标中情感态度价值观的范畴。
三、改进实验，培养学生的归纳概括能力
探究凸透镜成像规律这一实验苏科版的教材上，一共只安排了6组数据，这么少的数据使学生很难从中发现规律，学生的分析归纳能力得不到训练和培养，学生也找不到探究的感觉，给人的感觉是：这是一个验证性实验。
笔者对这个探究活动的设计作了如下的改进：教师先用大一些的凸透镜粗略演示凸透镜成像情况，让学生感受到凸透镜成什么性质的像与物距有关，引导学生为了探究凸透镜成像规律，就要改变物距多次实验，再根据观察到的现象归纳成像规律。教师进一步引导学生，为了便于寻找规律，实验过程中物距的改变也就有规律，而不能忽大忽小。在此基础上，教师再强调一下实验的注意事项，并要求学生在调节物距时，像的大小变化不要太大，记录实验数据，如果像的变化太大，则在两个物距之间再测1-2组数据，笔者收到一组学生的实验数据如下：（表格中有括号的数据学生一开始没有呈现，括号中的数据是在教师引导学生得出虚像的概念后填入的）
探究凸透镜成像规律实验记录表：f=10cm
师：“有没有哪一组观察到物距小于10cm成像的情况？”
总有几个实验小组无意之中直接观察到正立放大的像，这部分学生会把观察到的现象与大家分享。教师再指出这个像能观察到，但不能成在光屏上，称作虚像，同时给出实像的概念。并要求全体学生通过实验观察这一現象。并将观察到的现象填入记录表中（括号中的数据）。然后要求学生根据实验记录表，在教师的引导下，归纳凸透镜成像规律：
师：根据表中数据同学们猜测一下，凸透镜有没有可能成等大的像？如果有，物距可能是多少？请大家大胆地猜测。
生A：有可能，u在19-22cm之间，很有可能是物距u=20cm时。
……（学生实验验证）
师：根据表中数据同学们再一次大胆猜测一下，凸透镜成实像和虚像的分界点可能在物距多大时？而物体刚好处于这个分界点上时，成像情况如何？
……
师：根据大家的归纳分析，同学们归纳一下凸透镜成以下3种情况的像时物距、像距情况：①倒立缩小实像；②倒立放大实像；③正立放大虚像。
……（学生归纳）
上面的这一探究活动设计的改进，使探究活动既直观的展现了实验现象，在教师的引导下学生的抽象思维方式得到训练，避免了“现成规律”的形成，培养了学生的归纳概括能力，让思维的理论和实践循环往复，螺旋上升。
利用物理实验的改进，增强实验中所蕴涵的思维功能，激活学生的思维，培养他们良好的思维品质和创新能力，提高科学素养，这样可以在实验中发展学生的智能，促进教和学的统一。
（作者单位：江苏省张家港市大新实验学校）
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