利用教材资源 挖掘实验素材

【摘 要】物理创新实验有利于培养学生的动手能力和综合思维能力。概念与规律的形成实验、将习题转化为实验和综合实践活动的重新设计是学生创新实验选题的三个来源。

【关键词】创新实验；教材资源；物理教学

【中图分类号】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2017）83-0047-03

【作者简介】汤金波，南京师范大学附属中学树人学校（南京，210036）教师，高级教师，江苏省特级教师。

物理是一门实验学科，学生创新实验有利于学生动手操作能力与综合思维能力的培养。学生在设计与动手的过程中增强了自己的学习兴趣与理解能力，也提高了学习物理的效率。但不少教师在与笔者的交流中提到一个困惑：不知道从哪里可以引导学生生发出创新实验的思维火花。笔者理解教师对創新实验设计技巧的渴望，这里谈一谈自己的实践。

一、创新实验源于概念与规律的形成实验

新课程理念倡导要变“教教材”为“用教材教”，以此呼唤教师结合教学实际对教材进行创造性的使用。由于教材实验设计方面存在不足，学生在观察、实验、制作和搜集数据以及分析数据的过程中，往往会遇到实验现象、数据与预设不符的情况，而此时正是培养学生设计创新实验的难得契机，也是培养学生严谨、求真、求实的科学精神的好时机。下面这个关于冰的熔化实验（二次水浴法）能够很好地说明这个问题。

题目：做冰的熔化实验发现的问题与解决办法。

实验中发现：当我在做冰的熔化实验（水浴法）时，测量出的冰的熔点不是0℃，每次都会有2℃左右的误差，那么有没有什么方法来减小这个误差呢？

猜想与假设：在实验过程中，我们曾经使用水浴法使得冰受热均匀，那么多次运用水浴法是否可以减小误差呢？

实验器材：许多碎冰、开水、铁丝球、金属易拉罐、锅、透明玻璃容器。

实验过程：利用金属（铁）良好的导热性，在透明玻璃容器和易拉罐之间加入许多铁丝（铁丝球），并将这个整体放入锅中，在锅中倒入开水。在易拉罐中放入碎冰，并放入温度计测量其温度，静待其熔化（可用筷子将冰块捣得更碎，加速其熔化），待冰块熔化成冰水混合物时，仔细观察温度计的示数，可发现其极为接近0℃，大大减小了误差。

实验结论：冰的熔化实验，可以说明多次的水浴法可以减小对熔点的测量误差。虽然我只用了二次水浴法，误差就减小到了0.2℃以内，如果用三次、四次呢？想必可以不使用现代精密温度计也可以测得冰的准确熔点了吧。

学生成功设计出这个创新实验，至少有三个收获：一是真正体验了冰熔化时温度保持不变的特性，物理老师都知道冰的熔化实验不容易成功，按照教材介绍的传统方法，冰熔化前后温度计示数一般相差2℃～3℃，而两次水浴法巧妙地解决了这个问题；二是真正理解了水浴法加热的优点，而不是停留于记忆教材中的注解文字；三是学生得到启发，创新实验设计并不是高不可攀的，有时就像捅破一张纸那么简单，关键是有没有想到去捅。

物理概念的建立与规律的总结离不开物理实验，教材中的实验在物理教学中的作用举足轻重。教师在引领学生观察实验、分析实验和研究实验的基础上，要努力挖掘学生的潜能，找到优化实验的切入口。创新实验的设计不但可以加深学生对概念和规律的理解，而且对学生创新思维的培养意义重大。

二、创新实验源于对习题的转化

世界上最简单的学习方式是模仿，但如果模仿没有经过学生大脑的深思熟虑、冥思苦想，没有经过学生的大脑深度加工，就会显得机械。如果教师精选教材的习题，让学生一边完成习题，一边通过实验来验证，一定会带来美妙的学习享受，更能为学生打开创新实验的大门。

例如，教材有道经典习题：水蒸气和水哪个烫伤更严重？孙逊同学经过一个星期的设计交来他的实验报告。

实验准备：蒸笼、锅、硬纸板并在上面开了一个小口、两只瘪了相同面积的乒乓球、一个计时器、一支温度计。

实验操作：①加热蒸笼内的水蒸气，温度计穿过硬纸板上的小口插入测量水蒸气的温度，控制火焰大小，使温度计读数稳定在100℃。

②放入乒乓球，同时开始计时。

③观察瘪了的乒乓球，当乒乓球恢复原形时，立即停止计时，并将乒乓球拿出，记录时间为5.08秒。

④将锅里的水加热至沸腾后，放入另一只瘪乒乓球，同时开始计时。

⑤当乒乓球恢复原形时，立即停止计时，并将乒乓球拿出，记录时间为16.33秒。

实验现象：放入蒸笼的乒乓球恢复原形的时间远远比放入锅里的短。

实验结论：100℃的水蒸气烫伤比100℃的水更严重。

本实验中运用了“转换”的思想，将烫伤程度转换为乒乓球膨胀快慢。100℃的水蒸气烫伤比100℃的水烫伤更严重是生活中的常识，也是一道经典的物理习题。原来，蒸笼里的水蒸气遇到较冷的乒乓球时，首先要液化为100℃的水，此时会放出大量的热，然后100℃的水在降温过程中还要向乒乓球放热，所以水蒸气向乒乓球放出的热量比水向乒乓球放出的热量更多，根据热胀冷缩的原理，蒸笼中的乒乓球就会膨胀得更快。

习题教学是物理教学的重要组成部分，怎样利用习题提高教学效率是值得研究的课题。水蒸气烫伤是生活的常识，学生却无法直接感受，自然增加了学生答题的困难。孙同学的创新实验为实验过程中渗透物理方法（本实验用到了“控制变量法”和“转换法”）提供了范例，给这类习题的高效教学提供了一条清晰的思路，对培养学生在解决实际问题中顺利建立物理模型也有积极的意义。

三、创新实验源于对综合实践活动的重新设计

综合实践活动是指在教师的指导下，由学生自主进行的综合性学习活动，它是基于学生经验，密切联系学生的生活和社会实际，体现对知识综合应用的学习活动。它最大的特点是生活性、实践性、开放性，这决定了它是学生创新实验的大舞台。

题目：距离声源不同点的响度与该点到声源的距离成反比吗？

实验准备：分贝仪1个、米尺1把、手机1部。

实验操作：①关好门窗，尽量避免噪音的干扰。

②在手机上下载一个响度相同的铃声，将手机平放在地板上。

③用米尺在距离手机5cm，10cm，15cm……45cm，50cm处在地板上分别做好标记。

④在无发声源的情况下将分贝仪先后放置在各标记处，测量正常情况下的响度，发现其都为33dB。这样，每个区域噪音的干扰都相同。

⑤分别将分贝仪放在距离手机0cm，5cm，10cm……45cm，50cm处，依次播放手机铃声。

根据每个点的测量数据，汇总成统计图和统计表，如下：

实验结论：距离声源不同点的响度与该点到声源的距离并不成反比，它像热水降温时的“温度-时间”曲线一般，变化规律可以总结为先快后慢。

本实验利用手机、米尺等简单的器材进行定量探究，过程不复杂，不但完成了教材设置这个活动的目的，而且活化了基础知识、丰富了实验手段。通过对上面的统计图与统计表的观察，可以发现：距手机0cm～25cm处响度一直是在减弱的，但之后响度却忽上忽下，有时甚至比前面的响度还要高。这与生活常识相违，显然是有什么因素干扰了实验。其实声音的传播受温度、湿度以及传播介质的影响。经与小作者交流得知：他做实验的那个走廊不透风，温度相对较高，湿度也较大，以上因素也会影响到声音的传播。

教学过程离不开教材，利用教材资源挖掘学生创新实验素材，使学生创新实验有了明确思路。更重要的是这样的学习过程，学生不是被动的、有待填充的“物”，而是一个有思想、有个性、不断地进行创新活动的主体。学生在教学过程中的积极参与，使我们的教学成为一个充满活力、富有创造性的生命成长过程。由于学生知识经验存在不同程度的差异，他们往往会对相同的教学内容产生不同的、个性化的理解，来自于学生多元视角的实验设计在一定程度上丰富了课堂教学内容，成为教师反思课堂的源泉，为课堂教学提供了鲜活的素材。当然，这些鲜活的素材又为所有学生的实验创新提供了沃土。