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物理学是以实验为基础的科学,物理实验是学生掌握物理的基础,是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可或缺的环节,初中物理新教材中已编入了大量的实验,涵盖各种分组实验、演示实验、课后小实验和小制作等.但是从教学效果来看,教材中的实验装置、材料和方案还存在许多不足,有些实验效果并不理想.为了达到更好的实验效果,需要对一些实验适当改进或创新,为学生提供更多的感性认识,激发学生学习物理的兴趣,有助于进一步理解物理规律.下面本人从三个方面谈谈初中物理实验改进和创新的策略.
1改进实验器材,增强实验效果
演示实验贯穿于整个初中物理的教学,如何让所有同学能够清晰地观察到实验现象,也就是说实验的可见度是演示实验的关键.实际教学中有些演示实验由于器材操作不方便,导致成功率低,有时在课堂上花上很长时间,实验效果仍然不明显,甚至观察到的现象与理论结果相差很大,不但没有说明物理问题,反而误导学生对物理概念、物理规律的理解,其实只需要对实验装置或者器材稍作改进或创新,便可提高演示实验的可见度,效果更明显.
比如:在学习《物态变化》汽化和液化中,观察水的沸腾,新教材的实验装置如图1所示,教材中对这个实验的方法设计是:利用酒精灯作为加热工具、烧杯为加热容器.但是在实际操作中,我们发现了几点不足,主要有:(1)热量散失较多,消耗燃料多,实验时间过长;(2)沸腾前后现象不够明显,在用烧杯做加热容器的时候,在烧杯底下垫上石棉网,加热缓慢,沸腾前后均未听到响声;在水沸腾后也未见大量的气泡冒出,很难观察到教材中所描述的实验现象;(3)个别实验现象误导学生理解物理规律,在水沸腾后撤去酒精灯,由于铁圈和石棉网的余热,沸腾的水还要继续沸腾一段时间,这与理论上的“停止加热,沸腾停止”不符;(4)温度计的放置不易操作,容易碰到容器底和容器壁.本实验装置可以进行如图2的改进,用普通试管代替小烧杯做加热容器,用带缺口的泡沫塑料塞子固定温度计,在此基础上可进行气体液化的探究实验.改进后实验的优点有:(1)缩短加热时间的同时也大大减少酒精的消耗;(2)实验现象明显.水沸腾前,在加热过程中,水温逐渐升高,有很明显的响声,气泡由试管底部冒出向上运动现象明显;沸腾后温度保持不变,有大量的气泡冒出,汽化现象非常剧烈;(3)解决原实验中现象与理论不符的问题.用试管进行加热,当撤去酒精灯,试管中的水立刻停止沸腾,解决了原实验中出现的现象与理论不符的难题;(4)固定温度计,避免温度计碰到容器底和容器壁;(5)在此基礎上可进行关于“气体液化”的延伸实验(如图3所示).通过对水沸腾实验的改进,在此基础上可进行水蒸气液化的实验.充分利用现有器材,更高效地学习相关知识.具体操作如下:A.用温度计测出大烧杯中水的初始温度.B.将通有导气管的试管放入大烧杯中,向试管中导入沸腾后的水蒸气,一段时间后观察温度计的示数变化.C.将烧杯中的试管取出,观察原先干燥的试管内壁有何现象出现.
对实验器材的选择要求简单易得,实验现象力求直观明显,成功的实验不但清晰明了地诠解了物理现象和规律,更是激发了学生的兴趣和热情.
2优化实验方案,培养创新精神
实验方案是实验活动的依据和指导,合理的实验方案既能促进实验目标的实现,又能增强实验效果.教材中有些实验方法不尽合理,会造成了较大的误差.在各地中考试题中,经常出现对教材实验方法的改进、优化的考查.因此,合理地改进、优化实验方案,既能减小误差,又能培养学生的创新精神.比如在学习《大气压强》中,为了估测大气压究竟有多大,教材中利用如图4的实验装置.实验步骤如下:(1)将蘸水的塑料吸盘按在光滑水平板面上,挤出里面的空气;(2)用弹簧测力计钩着吸盘挂钩缓慢往上拉,直到吸盘脱离板面;(3)记录刚拉脱时弹簧测力计的读数,这就是大气对吸盘的压力;(4)再设法量出吸盘与水平板面的接触面积,然后算出大气压.从原理上来讲,本实验测算大气压的方法可行,可是实际操作就有以下几点不足:(1)刚拉脱时弹簧测力计的读数很难准确记录;(2)假设实验中所用弹簧测力计的量程为5 N,吸盘与水平板面的接触面积为10 cm2,通过计算:F=pS=1.0×105 Pa×0.001 m2=100 N.根据标准大气压算出的拉力远大于弹簧测力计的量程,所以实验室很难找到量程很大的弹簧测力计或者面积很小的吸盘.因缺少大量程的弹簧测力计,可改进成如下的实验方法.实验原理:根据压强定义公式p=FS可知,只要测出受力面积上受到的压力的大小,就可以求出大气压强的大小.如图5所示,本实验先用排水法将吸盘内的空气排尽并让它紧贴在玻璃上,然后在吸盘下挂上重物,在拉力作用下吸盘内会出现圆形真空区域,对吸盘进行受力分析可知,圆形真空区域受到的大气压力与吸盘和重物的总重力相等,此时测出圆形真空区域的直径d和总重力G,再根据
p=FS=Gn(d2)2=4Gπd2
就可得到大气压强.
本实验的优点:(1)利用排水法来排尽吸盘内的空气,效果明显;(2)吸盘无需脱落就可以进行实验,能精确测量出拉力和面积大小;(3)挂上一定质量的重物就可测量,不需要测量整个吸盘所受到大气压力,能避免测力计量程要求过大的弊端,用实验室普通测力计即可完成,而且误差小;(4)器材简单易得,操作安全简便,可进行分组实验.
单单依靠教材的方法,学生只会死读书,创新思维能力永远都得不到培养和提高,优化实验方案,不仅可以减小实验的误差,还能培养了学生创新思维能力.
3创新实验教具,克服教学难点
教学中有些概念抽象,学生缺乏感性认识,造成理解上的困难,教师要以形象、直观的实验加以突破,帮助学生克服难点.
比如:在学习新教材《光的直线传播》中,光在同种不均匀介质中的传播路径时,单靠老师说,学生很难理解同种不均匀介质这个概念,更难理解光在同种不均匀介质中不是沿直线传播的.为此,可以进行如下设计实验,自制一个矩形透明水箱. 用玻璃胶将2 mm~3 mm厚的无色平板玻璃粘制成长50 cm高30 cm宽10 cm的长方体水箱(或用氯仿粘制无色透明有机塑料平板), 如图6所示.首先按照下面的实验步骤制备氢氧化铁胶体,在洁净的小烧杯里加入约25 mL蒸馏水,加热至沸腾,然后向沸水中逐滴加入1 mL~2 mL FeCl3饱和溶液,继续煮沸至液体呈红褐色即得氢氧化铁胶体,停止加热.然后将适量的氢氧化铁和酒精溶液装进水箱中,氢氧化铁不易溶于酒精,但是液体间能发生扩散,时间久一点就能出现分层,也就是出现了同种不均匀介质,将水箱置于光线较暗的地方,将激光射入时,光路显示清晰,可以直观看到光路发生明显的弯曲.此实验的优点有:(1)氢氧化铁属于胶体,激光射入时,光路显示清晰,可以直观看到光路发生明显的弯曲;(2)氢氧化铁在酒精中扩散慢,保留时间长(保存一个月以上),可以重复使用;(3)轻易克服了教学难点.
自制教具做实验,效果直观、明显地展示物理现象和规律,不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念,轻松克服教学难点,还丰富课堂教学信息、激发学生学习兴趣,优化课堂教学目的.
总之,改进和创新物理实验,不但增强实验效果,培养学生的创新意识和创新能力,还克服了教学难点,实现实验教学效果最优化.
1改进实验器材,增强实验效果
演示实验贯穿于整个初中物理的教学,如何让所有同学能够清晰地观察到实验现象,也就是说实验的可见度是演示实验的关键.实际教学中有些演示实验由于器材操作不方便,导致成功率低,有时在课堂上花上很长时间,实验效果仍然不明显,甚至观察到的现象与理论结果相差很大,不但没有说明物理问题,反而误导学生对物理概念、物理规律的理解,其实只需要对实验装置或者器材稍作改进或创新,便可提高演示实验的可见度,效果更明显.
比如:在学习《物态变化》汽化和液化中,观察水的沸腾,新教材的实验装置如图1所示,教材中对这个实验的方法设计是:利用酒精灯作为加热工具、烧杯为加热容器.但是在实际操作中,我们发现了几点不足,主要有:(1)热量散失较多,消耗燃料多,实验时间过长;(2)沸腾前后现象不够明显,在用烧杯做加热容器的时候,在烧杯底下垫上石棉网,加热缓慢,沸腾前后均未听到响声;在水沸腾后也未见大量的气泡冒出,很难观察到教材中所描述的实验现象;(3)个别实验现象误导学生理解物理规律,在水沸腾后撤去酒精灯,由于铁圈和石棉网的余热,沸腾的水还要继续沸腾一段时间,这与理论上的“停止加热,沸腾停止”不符;(4)温度计的放置不易操作,容易碰到容器底和容器壁.本实验装置可以进行如图2的改进,用普通试管代替小烧杯做加热容器,用带缺口的泡沫塑料塞子固定温度计,在此基础上可进行气体液化的探究实验.改进后实验的优点有:(1)缩短加热时间的同时也大大减少酒精的消耗;(2)实验现象明显.水沸腾前,在加热过程中,水温逐渐升高,有很明显的响声,气泡由试管底部冒出向上运动现象明显;沸腾后温度保持不变,有大量的气泡冒出,汽化现象非常剧烈;(3)解决原实验中现象与理论不符的问题.用试管进行加热,当撤去酒精灯,试管中的水立刻停止沸腾,解决了原实验中出现的现象与理论不符的难题;(4)固定温度计,避免温度计碰到容器底和容器壁;(5)在此基礎上可进行关于“气体液化”的延伸实验(如图3所示).通过对水沸腾实验的改进,在此基础上可进行水蒸气液化的实验.充分利用现有器材,更高效地学习相关知识.具体操作如下:A.用温度计测出大烧杯中水的初始温度.B.将通有导气管的试管放入大烧杯中,向试管中导入沸腾后的水蒸气,一段时间后观察温度计的示数变化.C.将烧杯中的试管取出,观察原先干燥的试管内壁有何现象出现.
对实验器材的选择要求简单易得,实验现象力求直观明显,成功的实验不但清晰明了地诠解了物理现象和规律,更是激发了学生的兴趣和热情.
2优化实验方案,培养创新精神
实验方案是实验活动的依据和指导,合理的实验方案既能促进实验目标的实现,又能增强实验效果.教材中有些实验方法不尽合理,会造成了较大的误差.在各地中考试题中,经常出现对教材实验方法的改进、优化的考查.因此,合理地改进、优化实验方案,既能减小误差,又能培养学生的创新精神.比如在学习《大气压强》中,为了估测大气压究竟有多大,教材中利用如图4的实验装置.实验步骤如下:(1)将蘸水的塑料吸盘按在光滑水平板面上,挤出里面的空气;(2)用弹簧测力计钩着吸盘挂钩缓慢往上拉,直到吸盘脱离板面;(3)记录刚拉脱时弹簧测力计的读数,这就是大气对吸盘的压力;(4)再设法量出吸盘与水平板面的接触面积,然后算出大气压.从原理上来讲,本实验测算大气压的方法可行,可是实际操作就有以下几点不足:(1)刚拉脱时弹簧测力计的读数很难准确记录;(2)假设实验中所用弹簧测力计的量程为5 N,吸盘与水平板面的接触面积为10 cm2,通过计算:F=pS=1.0×105 Pa×0.001 m2=100 N.根据标准大气压算出的拉力远大于弹簧测力计的量程,所以实验室很难找到量程很大的弹簧测力计或者面积很小的吸盘.因缺少大量程的弹簧测力计,可改进成如下的实验方法.实验原理:根据压强定义公式p=FS可知,只要测出受力面积上受到的压力的大小,就可以求出大气压强的大小.如图5所示,本实验先用排水法将吸盘内的空气排尽并让它紧贴在玻璃上,然后在吸盘下挂上重物,在拉力作用下吸盘内会出现圆形真空区域,对吸盘进行受力分析可知,圆形真空区域受到的大气压力与吸盘和重物的总重力相等,此时测出圆形真空区域的直径d和总重力G,再根据
p=FS=Gn(d2)2=4Gπd2
就可得到大气压强.
本实验的优点:(1)利用排水法来排尽吸盘内的空气,效果明显;(2)吸盘无需脱落就可以进行实验,能精确测量出拉力和面积大小;(3)挂上一定质量的重物就可测量,不需要测量整个吸盘所受到大气压力,能避免测力计量程要求过大的弊端,用实验室普通测力计即可完成,而且误差小;(4)器材简单易得,操作安全简便,可进行分组实验.
单单依靠教材的方法,学生只会死读书,创新思维能力永远都得不到培养和提高,优化实验方案,不仅可以减小实验的误差,还能培养了学生创新思维能力.
3创新实验教具,克服教学难点
教学中有些概念抽象,学生缺乏感性认识,造成理解上的困难,教师要以形象、直观的实验加以突破,帮助学生克服难点.
比如:在学习新教材《光的直线传播》中,光在同种不均匀介质中的传播路径时,单靠老师说,学生很难理解同种不均匀介质这个概念,更难理解光在同种不均匀介质中不是沿直线传播的.为此,可以进行如下设计实验,自制一个矩形透明水箱. 用玻璃胶将2 mm~3 mm厚的无色平板玻璃粘制成长50 cm高30 cm宽10 cm的长方体水箱(或用氯仿粘制无色透明有机塑料平板), 如图6所示.首先按照下面的实验步骤制备氢氧化铁胶体,在洁净的小烧杯里加入约25 mL蒸馏水,加热至沸腾,然后向沸水中逐滴加入1 mL~2 mL FeCl3饱和溶液,继续煮沸至液体呈红褐色即得氢氧化铁胶体,停止加热.然后将适量的氢氧化铁和酒精溶液装进水箱中,氢氧化铁不易溶于酒精,但是液体间能发生扩散,时间久一点就能出现分层,也就是出现了同种不均匀介质,将水箱置于光线较暗的地方,将激光射入时,光路显示清晰,可以直观看到光路发生明显的弯曲.此实验的优点有:(1)氢氧化铁属于胶体,激光射入时,光路显示清晰,可以直观看到光路发生明显的弯曲;(2)氢氧化铁在酒精中扩散慢,保留时间长(保存一个月以上),可以重复使用;(3)轻易克服了教学难点.
自制教具做实验,效果直观、明显地展示物理现象和规律,不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念,轻松克服教学难点,还丰富课堂教学信息、激发学生学习兴趣,优化课堂教学目的.
总之,改进和创新物理实验,不但增强实验效果,培养学生的创新意识和创新能力,还克服了教学难点,实现实验教学效果最优化.