教学情境中实验的可视化改进案例研究

蒋守霞

物理实验在物理教学中的作用主要有以下几个方面：一是培养学生的兴趣和激发学生的求知欲；二是创设学生有效掌握知识的学习环境；三是训练学生的科学方法；四是培养学生的各种能力；五是培养学生良好的科学素质等等.鉴于实验在物理教学中的巨大作用，教师在呈现演示实验时应该尽可能优化实验，学生通过形象直观的物理实验进行体验，进而领悟所学物理知识的内涵和外延.在教学情境中教师通过自身独创或引用他人的独创性实验，同时增加实验的可视化效果，引领学生更好地利用多种感官协同学习，教学效果将会更好.

本文结合笔者在教学中运用的一些实验改进案例进行阐述.

1苏科版九上13章第一节知识点“短路”

在实际教学中很多教师对“短路”知识点的处理方式多是理论讲解，“短路”会造成很大的电流、烧坏电源等等.而对于教师讲解的这一结论，由于缺乏可视性实验，学生在生活中碰到短路现象的机会不多，对这一知识点的理解往往认识不够.

1.1改进实验设计方案一

短路干电池.由于干电池内阻较大，短路后，实验操作者可以通过触摸的方式，感受电池发烫，发热，作为演示实验，可视性很差，即使找一两个学生上来触摸，其他同学也没有直观的感受.在这个实验的基础上再次改进，串联3节或4节干电池，再次进行短路实验，实验呈现效果与一节干电池被短路的效果差不多.后来考虑将演示实验改为分组实验，因为成本大，浪费太多这一方案放弃了.在后来的改进中尝试在电路中接入保险丝，观察保险丝能否被熔化，现象远处根本看不到.后来又尝试将细细的火药粉（从火柴头上刮下）放在棉花上，包裹在保险丝上，观察起火现象.现象微弱，没有明显的明火，有淡淡的烟，后面的同学还是不易观察到，这一方案只得作罢.

1.2改进实验方案二

进一步思考后，实验的设计将重点放在增大电流和减小电池内阻上，在短时间内能观察到明显的实验现象.鉴于以上思考后来改用学生电源，老式的最大电压可以增加到24 V的电源，用直流输出，用鱼嘴型导线夹夹住一段保险丝，采用20 V∽24 V的电压，用试触的方法，短路的瞬间可以观察到明显的电火花，实验效果很好，很远都可以观察到，电火花产生的一瞬间，学生一片惊诧声.

后来在网上看到一段野外生活的视频——在没有明火的情况下，获得火源的方法：具体方法是用南孚电池，香烟中的锡箔纸裁成细条，用锡箔纸短路一节南孚电池，很快就有明火出现了.这个实验装置用来演示短路实验效果也很好.

2苏科版八下第十章第三节“气体的压强”知识点“感知大气压”——“瓶吞蛋”实验的改进

感知大气压或气体的压强，学生活动的小实验很多，其中文献报导瓶吞蛋实验

较多，苏州市中考题中出现过“瓶吞蛋”后，再将蛋吐出有哪些方法的考试题.命题者在命题时体现一种“逆向思维”方法的运用，这也是我们平时的实验教学中很容易忽略的，当时这道题成了当年中考的压轴题，得分率很低，在此后的几年时间

里引起广大教师的关注.

2.1改进实验方案一

广口瓶或锥形瓶瓶口向上，将鸡蛋（煮熟的直径略大于瓶口）放置瓶口，瓶内事先倒入热水排出空气，或用点燃的酒精棉排出空气，使鸡蛋慢慢地进入瓶内.吐蛋的方法刚开始采用将瓶口倒置，用电吹风吹风，减小瓶口处的压强，利用瓶内外气体的压力差将鸡蛋压出瓶子，但实际操作后发现电吹风增大了瓶口处空气的流速，但由于外界空气的影响，瓶口处气压减小有限，内外压强差不足以将鸡蛋从瓶内压出.进一步思考后考虑增大瓶内的压强，将瓶口倒置在铁圈上，在瓶上浇上刚刚烧开的热水，瓶内气体受热膨胀，将鸡蛋慢慢压出瓶子.笔者很长的一段时间在讲课时都是采用这个实验设计，由于瓶口是竖直向下的，鸡蛋往下落，学生总认为是重力影响的.后来听了一位特级教师的讲座，有了下面的实验方案.

2.2改进实验方案二

将广口瓶或锥形瓶倒置在铁圈上，将鸡蛋放在瓶口下方刚好卡住不掉落，此时鸡蛋也不上升.学生很清楚重力的方向是竖直向下的，重力不会使鸡蛋上升.取下鸡蛋，在瓶内倒入刚烧开的水，排出空气，将鸡蛋放在瓶口下方刚好卡住，可以观察到鸡蛋在缓慢上升，为了使实验效果更加明显，鸡蛋上升要快，可以在瓶底放上冰块，降温，气体受冷收缩，瓶内压强减小，压力差方向向上，将鸡蛋压入瓶内.

点评实验改进的思维发展往往不是一蹴而就的，总会遇到一些困难或瓶颈，根据遇到的问题逐一解决会有意想不到的良好效果.

3苏科版九下13章第四节知识点“水果电池”

“水果电池”实验是教材WWW的一道习题.水果电池的发电原理是：两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定（或者说是产生了电荷），所以在组成原电池的情况下，

从理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关.通常选择3∽ 4个柠檬（酸橙、苹果、梨、菠萝也可以），铜片和锌片，插入其中，就制成一个水果电池.用电压表测量铜片和鋅片之间的电压，并指出它们中哪一个是正极、哪一个是负极.如果电压太小，通常多串联几个水果电池，再用电压表检测.为了使实验现象明显，可以尝试接入发光二极管，尝试接入车载太阳能摆件.在设计中又暗含了能量转化的思想.实验也可以用果汁、可乐等替代品，实验效果也较好.

4苏科版九上13章第一节知识点“升华”

教材中的升华实验用碘锤加热，观察紫色的蒸气，说明固态碘直接变为气态，这个实验用热水浴效果较好，可以分组实验，在水浴中固态碘很快升华为紫色碘蒸气.而如果直接用酒精灯对碘锤加热，局部温度过高容易出现液态.

4.1改进实验方案一：樟脑丸升华与凝华实验——“人造雪”

将樟脑丸研碎，放在大烧杯内，剪一节松枝，放在烧杯内，将烧杯用白纸封口后用酒精灯加热，萘升华，慢慢冷却后附着在松枝上，白白的像雪，很漂亮，但在加热的过程中萘的气味非常刺鼻，而且有毒，这一方案也舍弃了.

4.2改进实验方案二：神奇的干冰升华现象

（1）干冰放入有水的水桶，产生巨大的泡沫——熟称“干冰泡沫”，实验现象很震撼.

（2）干冰放入热水或咖啡中，现象也很是震撼.

（3）将干冰放入保温杯中封好杯口，待到用时在杯口放一个瘪掉的塑料袋，慢慢地塑料袋就膨胀起来，里面充满了气体，通常还有其它附带的现象——下雪、凝华、液化等等.

干冰可以开发许多有趣的小实验，这里就不再一一赘述了.

5苏科版八上第一章第一节知识点“声音的产生”——演示音叉的振动及发声

在“声音的产生”这节内容中有这样一段叙述：“用橡皮锤敲一下音叉，就可以听到音叉发出的声音.让悬在线上的小球靠近音叉，小球就会被音叉弹开，这表明发声的音叉在振动着.如果捏紧音叉的叉股，使它停止振动，我们就听不到声音了.”用橡皮锤敲一下音叉，其振动和发出的声音都很微弱，教室前排的学生也很难看清或听到，因而音叉的振动及发声必须通过音叉与其它物体发生作用才能显示出来.

实验改进方案如下：在演示音叉的振动时，可将敲击后的音叉叉股直接轻触桌面，便能听到叉股与桌面撞击时发出的喀喀声，提示学生发声的音叉在振动.将敲击后的音叉叉股直接与硬纸片接觸，整个教室内都可听到硬纸片在振动的叉股作用下发出的响声，这些现象都能表明音叉的振动.在演示音叉发声时，可将音叉的底部与课桌等物体紧密接触，这时用橡皮锤敲一下音叉，整个教室内可听到音叉发声引起的共鸣声.如果用手捏紧音叉的叉股，就听不到声音了.另外，由于课桌等物体的共鸣频带较宽，在用音叉组演示音调时也可采用此方法.这一实验不需增加其它器材，但效果却十分明显.

在第二节声音的特性中还可以用电脑演示声音的波形，声波比较抽象，为了直观显示声音波形，在网上下载了一个goldwave的录音软件，打开goldwave，敲击音叉时对着电脑上的话筒，便显出了音叉发音波形.并能与其它乐器发音时显示声音波形比对，辨别乐音波形的特征.学生可以一边听声音，一边观察波形，现场感很强.

以上的实验改进是平时教学实践中的点滴成果.教育家第斯多惠有句名言：“一个坏的教师是奉送真理，一个好的教师是教人发现真理.”心理学家鲁冰斯坦也指出：“任何思维，不论是多么抽象和多么理论的，都是从分析材料开始的……”.学生分析、综合、比较、抽象、概括的例证，教师必须提供丰富的物质载体，而实验的可视化研究在学生掌握知识的同时，可以进一步简化思维的难度，教学的实践过程也是教学方法的探索过程，好的实验设计思想有利于学生有效掌握基础知识、基本方法，培养学生的技能和能力，有助于教学活动的顺利完成.