物理实验教学和通用技术实践融合的案例

何积苍

摘要：通用技术融汇了物理和其他学科知识，通过综合运用与具体化形成解决现实问题的方法论，成为培养学生创新精神、提高学生综合能力的一个重要载体。通用技术重在培养学生主动建构知识的能力，使学生从生活走进物理，能使学生保持浓厚的学习和探究兴趣，有助于提高学生的动手操作能力。

关键词： 物理实验  通用技术  融合  案例

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.08.119

高中学生对物理实验有浓厚的兴趣，乐于探索物理世界的奥秘。笔者在教学实践中发现，学生希望自己能够掌握一些实验操作技能。实验教学能使学生在获得物理知识、形成良好科学素养的同时，潜移默化地提升技术能力。物理实验和通用技术课程有着密切的联系，物理学科中的力学、电学、光学等都在通用技术学科中得到了完美的体现。通用技术侧重于在实践活动中进行设计与创新，物理学科在让学生学习系统知识的同时，也注重动手能力的培养。

现在新教材中有不少实验是利用传感器和电脑图表进行精细分析，这虽然有利于数据的采集和分析，得出结论，但缺乏直观定性的实验展示，所以有些情况下最好能用常规或者自制教具，做一些取材容易、贴近生活、简单明了、便于操作的“小实验”，让学生近距离接触实验器材，观察仪器的构造，体会工作原理，分析实验现象，记录实验数据，归纳实验结论，得出物理规律，体验物理世界的奥秘，消除对物理知识的神秘感，使学生想学、善学、易学、乐学。课外科技活动、小实验、小制作更容易让学生接受，拓宽了学生之间交流、学习、讨论问题的平台。这样不仅能使学生变被动学习为主动探索物理知识，使学生加深所学知识的理解，而且能极大地提高学生学习物理的兴趣，锻炼他们的动手能力和创新能力，培养他们严谨的科学态度，从而实现物理实验教学和通用技术的融合，真可谓“一举多得”。下面介绍几个采用物理实验和通用技术课程融合技术而改进的实验案例。

实验一：气体的等温变化。

实验器材：

透明塑料瓶（可乐瓶）、水槽、带玻璃管的橡胶塞。

实验过程：

1.给塑料瓶内灌一定量的水，用带玻璃管的橡胶塞塞住瓶口，然后用力挤压瓶子，观察水的变化。

现象：玻璃管口有水喷出。

分析：挤压瓶子，瓶子内气体体积变小，压强增大，把瓶子内的水向下压，水从管口喷出。

2.把瓶子内的水倒出来，压扁后将玻璃管插入装有水的烧杯中，松手膨胀。

现象：管口有“喷泉”现象出现。分析：压扁瓶子后让其膨胀，瓶子容积增大，有“喷泉”出现，说明瓶子内空气体积增大而压强减小。

实验结论：

温度不变的情况下，一定质量的气体压强P与体积V成反比。

即PV=C（C为常数）——玻意耳定律。

实验二：气体的等容变化。

实验器材：

带胶塞的玻璃瓶、中性笔芯杆（拔掉笔尖，把它穿过胶塞插入瓶子中，笔尖座向上）、烧杯、酒精灯、水槽、易拉罐。

实验过程：

1.给玻璃瓶内装入少量稀释的红墨水（没过笔芯杆下端），用热水浇灌瓶子四壁，观察现象。

现象：笔尖座孔有“喷泉”喷出。分析：玻璃瓶内气体体积可以认为不变，有“喷泉”出现，说明当气体温度升高时，瓶内气体压强增大。

2.将空易拉罐装少量的水在酒精灯上加热至沸腾，然后将易拉罐迅速以开口向下置入冷水的水槽中，观察易拉罐的变化。

现象：易拉罐立刻被压扁。分析：易拉罐内气体没入水中认为体积不变，被压扁说明温度降低，罐内气体压强减小。

实验结论：

体积不变的情况下，一定质量的气体压强P与热力学温度T成正比。

即P=CT（C为常数）——查理定律。

实验三：动量守恒定律反冲运动。

实验器材：

空易拉罐一个、细线。

实验过程：

1.为便于灌水，将空易拉罐上部开口处扩大或去掉上部。用小铁钉（或锥子）在罐下部边缘钻（4～6）个小孔，钻好每个孔后用铁钉向同一个方向压一下。

2.在易拉罐上部钻三个小孔，将细线穿过去，在高处系一结用于悬挂易拉罐。

3.准备一只水桶，把易拉罐装满水后提起在水桶上。现象：水从各个小孔里喷射水来，易拉罐向相反的方向旋转。分析：易拉罐装满水刚开始，整个系统处于静止状态，总动量为零，当水在压力作用下喷射出来，水的动量不为零，易拉罐反向旋转的动量也不为零。

实验结论：

如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′（等式两边均为矢量和）。

拓展：根据动量守恒定律，大炮发射炮弹，炮身会向后运动，炮身的这种运动通常称为反冲运动，这是因为大炮发射前，发射炮弹时，火药在炮筒中爆发，气体膨胀推动炮弹向前运动，同时膨胀的气体也推动了炮身。由于系统没有受到外力的作用，在量值上，炮弹获得向前的动量与炮身获得向后的动量相等。

以上几个用简易自制教具所做的改进实验，不但十分方便地验证了玻意耳定律、查理定律和动量守恒定律，而且把教学与生活问题、间接经验与直接经验结合起来，使学生觉得物理就在他们的生活中，感到学有所得、学有所用，从而保持学习物理的兴趣。同时以上几个实验用的是技术设计方法，体現的是实验创新理念，使物理实验教学与通用技术实践很自然融合，达到了理科实验、技术教育和创新活动统筹教育的目的。如果教师与学生经常开展自制教具、实验改进等实验创新活动，必然会提高学科教学效果，提高学生的科学素养;必然会培养锻炼学生的动手实践能力和创新能力，提升学生的技术素养;而且在促进科学教学、提高学生综合素质的同时，还能推进学校整体教育教学发展。

总之，要大面积提高物理教学质量，全面提高学生素质，就必须在科学课程教学中加大实验教学力度。只要我们善于理顺各学科之间的相互联系，统筹教育资源，坚持学科融合教学，我们的教学工作一定会做得更好。