顶岗支教实习生课堂演示实验指导之“牛顿管”实验的改进

杨震等

【摘要】顶岗支教实习生实习学校一般为乡下学校，实验器材相对缺乏且实习教师实验水平有限。实习物理教师在利用牛顿管演示自由落体运动时，因不能很好控制牛顿管翻转速度、管内物体下落时间短且两物体比较容易相互接触，不利于学生对实验现象进行观察。现利用在牛顿管上增装隔断和磁性材料、在下落物体上增装小铁片的方法克服上述缺陷，更有利于学生对自由落体运动全过程进行观察。

【关键词】顶岗实习 牛顿管 实验 改进

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）02-0169-01

顶岗实习是“高师生在师范院校的组织和教师的指导下，依据课程标准，在实习学校通过顶岗任课的方式来完成实习任务的教育教学实践活动”。顶岗实习支教不仅可以使高师生在实践中提高教育教学能力和综合素质，还可以破解农村教育“人才荒”，为农村教育输送“新鲜血液”，推动实习学校的教改进程。但是，顶岗生在也存在从教能力不强、教学经验不足、教学效果不佳等问题。在顶岗实习巡回指导时发现，多数实习生由于经验所限，不能很好地利用实验器材进行演示实验，加之农村基础教育学校实验器材相对缺乏，所以，其教学效果不尽理想。牛顿管则是实习物理教师运用不好的器材之一。

牛顿管是演示自由落体运动的常用仪器。用牛顿管做自由落体演示实验时，需先抽气，使其达到真空状态。倒转牛顿管，使小石子和羽毛置于一端，迅速翻转牛顿管使其呈竖直状态，基本上能演示小石子与羽毛同时下落的现象。演示牛顿管实验既需要教师有较快的翻转速度，还要在演示实验的过程中对整个实验过程加以说明。由于器材及实习物理教师经验所限，在演示该实验时就容易出现“演示缺陷”。

一、现有牛顿管缺陷

缺陷1：小石子和羽毛同时下落时，比较容易相互接触，而实习教师为了保证实验成功，注意力几乎全部在操作步骤上，容易忽略对实验的解释说明，易使学生产生“小石子压着羽毛，它们才能同时下落”的想法。在学生提出问题后，很多实习教师无法给予科学合理解释。

缺陷2：牛顿管翻转过程中，由于实习教师不能很好的控制翻转速度和动作，物体下落时间又非常短，往往造成物体已经下落到底部而牛顿管还没有完全竖直的情况，不仅不利于学生对自由落体运动全过程进行观察，使很多学生对自由落体现象持怀疑态度，增加了本节课的教学难度，还会打击教师的自信心。

由于以上两种缺陷，实验效果不尽理想，对此，笔者对其进行了微小改进，在一定程度上克服了上述缺陷，在实际操作中取得了良好效果。

二、牛顿管的改进

改进1：保证两物体下落时不互相接触。

（1）用光滑的薄玻璃片做一个宽等于牛顿管内直径，长度略小于牛顿管的隔断。

（2）将隔断放入牛顿管。（由于所加隔断的宽度等于牛顿管的内直径，隔断不会左右晃动，所以用胶带稍加固定即可。）

（3）将羽毛和小石子分别放于隔断两侧。

改进2：保证两物体同时下落。

（1）在隔断一侧放置一根粘连着轻薄铁片的羽毛。

（2）在隔断另一侧放置一块粘连着轻薄铁片的石子。

（3）在牛顿管顶端外部放一块钕铁硼块（强磁性材料）。

按照上述两种方法改进后（如图1），即可进行自由落体运动演示实验。

三、改进后实验的操作步骤

实验1：不抽出空气，观察两物体下落情况。

（1）倒置牛顿管，使石子和羽毛置于牛顿管顶端。

教师说明：现在石子和羽毛都在牛顿管的一端，这时它们都在同一水平位置。

（2）将钕铁硼块置于牛顿管顶端外部，然后将牛顿管摆正。此时，两物体由于受到磁力作用，都处于牛顿管顶端且不会下落。

教师说明：现在老师将钕铁硼块放在牛顿管顶端外部，这样它就能将粘有小铁片的石子和羽毛吸住。我将牛顿管翻转过来时两个物体就不会下落。

（3）迅速移走钕铁硼块，两个物体因不再受磁力作用而向下运动，由于存在空气阻力，羽毛下落速度较慢。[1]

教师说明：我迅速移走钕铁硼片之后，两个物体就不再受磁力作用了，就该自由下落了，同学们仔细观察两物体下落的速度。

实验2：抽出空气，观察两物体下落情况。

（1）重复实验1中步骤（1）、（2）。

（2）抽出空气。

教师说明：现在老师抽出空气，观众的物体就不再受空氣阻力，大家想一下这时两物体下落速度会不会发生改变。

（3）迅速移走钕铁硼块，两个物体因不再受磁力作用而同时向下运动，由于没有空气阻力，羽毛与石子下落速度相同且同时落地。

教师说明：由于没有了空气阻力，又因为石头和羽毛的加速度相同，所以他们两个同时下落，并同时落地。

很容易看出，改进后的实验克服了其原有缺陷，使实习教师不想有太多的技术和操作经验就可以顺利完成该演示实验，降低了完成该演示实验的难度，大大增加了其成功率。需要注意的是，在进行该实验前需要对改进后实验仪器进行说明，在对比实验过程中，要演示完一个步骤解释说明一个步骤，让学生了解实验的每一步。通过有无空气阻力两种情况的对比，不仅让学生清晰观察到了自由落体运动全过程，而且纠正了学生来自生活经验的错误认知。[2]

仔细分析物理教材中的演示实验发现，部分演示实验不仅对实验器材、实验环境要求很高，对教师的操作水平和技巧的要求也很高。所以，实习教师要想在课堂教学中演示好物理实验就需要对实验进行改进，以增强演示效果，增加实验成功率。演示实验的改进不仅有利于物理顶岗支教实习生更好的进行课堂演示实验，对新手物理教师也有非常大的帮助，所以课堂教学中演示实验指导和改进是一个永恒的课题，需要对其进行多方面的理论指导与帮助，引导其养成良好的习惯与行为方式。同时也需要其在演示实验中投入更多的精力，以得到全面的发展。

参考文献：

[1]李一新.对“牛顿管实验”的改进.[J].实验教学与仪器.2002-02-25：27.

[2]曾明.牛顿管实验演示方法的改进.物理通报.[J].1998-06-15.第6期：29-30.