1、淺談物理教師如何提高實驗的改進和創(chuàng)新能力上海位育中學(xué) 200237 陳潯穎新課程改革倡導(dǎo)科學(xué)探究的教學(xué)思想，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，而實施創(chuàng)新教育的主渠道是學(xué)科教學(xué)，使學(xué)習(xí)者通過對已有知識的學(xué)習(xí)，了解前人是怎樣解決具體問題的，從而模擬前人解決問題的思考方式，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上積累經(jīng)驗，拓展視野，孕育創(chuàng)新。要求學(xué)生學(xué)習(xí)的是解決問題的方式方法，而不僅僅是知識的本身。物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗（包括演示實驗、學(xué)生實驗、特別是探索性實驗）能很好地體現(xiàn)從量變到質(zhì)變的過程，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的橋梁，因此物理學(xué)的教育創(chuàng)新首先應(yīng)體現(xiàn)在實驗的創(chuàng)新上。實驗的創(chuàng)新需要有創(chuàng)新能力的教師，我們

2、知道有創(chuàng)新精神的教師往往會在情感上認同并鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。其次，教師本人的創(chuàng)新能力對學(xué)生的培養(yǎng)具有榜樣示范作用。因此提高教師的自身素質(zhì)及創(chuàng)新能力對于實驗的創(chuàng)新和教學(xué)的創(chuàng)新都有著重要的意義。那么教師如何能提高自己的實驗創(chuàng)新能力呢？a一、繼承傳統(tǒng)，開拓創(chuàng)新一些物理的傳統(tǒng)實驗裝置其實設(shè)計的比較巧妙，是我們老一輩物理教師的實踐總結(jié)，所以我們在創(chuàng)新物理實驗的同時，不能丟棄傳統(tǒng)，傳統(tǒng)和現(xiàn)代的結(jié)合有時會效果更好。例如超重失重的演示儀，傳統(tǒng)實驗裝置如圖所示，此裝置可以分別演示超重和失重的現(xiàn)象，但是有三個缺點：一是由于豎直支架的長度有限，所以演示超重時間及失重的時間較短，學(xué)生不易從圓盤測力計上觀

3、察到超重、失重現(xiàn)象；二是圓盤測力計指針的示數(shù)較小，無法清楚的觀察讀數(shù)，所以無法記錄實驗數(shù)據(jù)；三是T字型支架不夠穩(wěn)固，實驗中會使上端水平桿傾斜，從而是懸掛圓盤測力計的鋼索與水平桿發(fā)生摩擦，影響實驗效果。現(xiàn)在教師在演示超重失重現(xiàn)象時用的是新型測力工具拉（壓）雙向力傳感器，一般都是這樣設(shè)計實驗:拉力傳感器下端用輕繩懸掛砝碼，手迅速上提裝置，此時電腦能實時出現(xiàn)拉力隨時間變化的圖象，從圖中可以看出拉力先變大后變小，說明物體先出現(xiàn)超重現(xiàn)象后出現(xiàn)失重現(xiàn)象。此方法可以清晰的記錄短暫的實驗現(xiàn)象，但是對于剛學(xué)習(xí)該知識的同學(xué)而言，還不知道為什么會出現(xiàn)超重現(xiàn)象，就又出現(xiàn)一個新的現(xiàn)象失重現(xiàn)象，會干擾同學(xué)對超重現(xiàn)象的觀察

4、及實驗分析，作為教師也不可能同時分析兩個現(xiàn)象。面對傳統(tǒng)實驗和現(xiàn)代實驗的優(yōu)缺點，我發(fā)現(xiàn)如果把兩個實驗結(jié)合起來，改進一下實驗裝置，就可以各取所長了。改進后實驗裝置如右圖。此裝置既能分別演示超重和失重的現(xiàn)象，而且測力計運用力傳感器，雖然框架的高度不高超重或失重現(xiàn)象時間短暫，但是電腦卻實時記錄了拉力隨時間變化的圖象，通過對圖像的分析幫助學(xué)生充分理解超重和失重現(xiàn)象。a從中筆者體會到，作為物理教師首先要對傳統(tǒng)和現(xiàn)代的物理實驗的設(shè)計思想，實驗裝置，及演示過程的優(yōu)缺點有深刻的認識。這種認識只有教師自己通過大量的實驗操作、分析和歸納才能積累起來，所以要創(chuàng)新的前提是對于基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實驗要進行深入研究后、再比較從而開

5、拓、創(chuàng)新。二、鉆研教材、勤學(xué)多問老師們可能會奇怪，實驗創(chuàng)新會和教材有什么關(guān)聯(lián)？從自身體會出發(fā)，筆者覺得只有對實驗?zāi)康摹⒔滩囊笥型笍氐难芯浚拍芡诰虺鰝鹘y(tǒng)實驗中與教學(xué)要求配合上的欠缺和不足，才有可能去想出一個個創(chuàng)新的物理實驗的方向，進行實踐，設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的實驗來。例如：波的干涉這節(jié)課中要演示波的相遇和疊加，我們都知道傳統(tǒng)實驗中是用繩波來完成此實驗，兩個同學(xué)同時在兩端產(chǎn)生一列波后觀察實驗現(xiàn)象，做過此實驗的老師均知道實驗效果較差，原因有很多：如同學(xué)在兩端產(chǎn)生的波形不好、作為傳遞波的彈性介質(zhì)繩子的選取、繩子與地面摩擦損失能量較大疊加不明顯等等。面對這些問題就開始思考是否有更好的方法來演示這個實驗現(xiàn)象，

6、通過實驗要實現(xiàn)的教學(xué)目標是知道波的獨立傳播原理，知道波相遇部分會疊加（波峰與波峰相遇峰會更高，波谷與波谷相遇谷會更低，波峰和波谷相遇可能會波形消失）。針對這些要求想到生活中常見的除了繩波就是水波，而水的表面波在中學(xué)物理教材中我們常常作為橫波來處理。（橫波一般只能在固體中傳播，不能在液體和氣體中傳播；而縱波既可以在固體中傳播也可在液體和氣體中傳播。水是液體，由于表面張力，在振動幅度不太大的情況下，水面也可承受微小拉伸，故也可以傳播橫波。）第二個問題就是如何來制造水的表面波，此時同事建議利用閘門放水的方法，所以就設(shè)計了兩端有閘門的一個透明的長方形窄水槽。通過實驗發(fā)現(xiàn)是可以出現(xiàn)波的疊加現(xiàn)象，但實驗效

7、果不明顯，而且在較短的時間內(nèi)不能重復(fù)實驗。在聽取實驗的教學(xué)效果反饋后，感到應(yīng)該可以改進，但作為一名普通的物理教師關(guān)于如何造波的知識還是不夠的，在他人幫助聯(lián)系到船舶研究所的工程師們，咨詢后才知道原來造波也是有很深的學(xué)問，與水槽的形狀，水的深淺都有密不可分的關(guān)系，在他們的建議下改變了造波的方法，改用刮板式方法，利用原有的水閘門作為刮板，以下端為軸水平向前輕推，就可以造出單列向前推進的水波。實驗效果非常好，不僅可以重復(fù)實驗，而且波的疊加過程非常明顯，給同學(xué)留下了深刻的映象。又例如老師們在講授“泊松光斑”時，總是能夠?qū)@一奇特的實驗現(xiàn)象娓娓道來，但卻由于沒有現(xiàn)成的實驗器材而無法演示，筆者研究了實驗器材

8、發(fā)現(xiàn)主要有兩個原因使實驗無法成功，一是學(xué)生激光器的激光光束過小，無法找到很小的障礙物，較大的障礙物則邊緣處衍射太弱，導(dǎo)致中心的光斑不亮；二是障礙物的遮光性不好，所以中心的光斑無法凸現(xiàn)出來。改進方案一：氦氖激光器發(fā)出的激光束通過凹透鏡擴束與障礙物尺寸差不多；磁鐵夾在支架上，回形針貼于磁鐵上，露出一端，小球放在該端上，利用被磁化的回形針所具有的磁力使小球不掉下；使光線經(jīng)過凸透鏡光心與小球中心，即光源、凹透鏡中心、小球中心三點都在光線上。實驗結(jié)果是能得到清晰的泊松亮斑，除了能看到在小球投射到光屏上的陰影中心有亮斑外，還能清晰的見到亮斑周圍清晰的其他衍射條紋（如圖所示）。同學(xué)在觀察泊松亮斑的條紋后問到

9、下面那些條紋是什么，此時筆者才發(fā)現(xiàn)原來回形針邊緣處也發(fā)生了衍射現(xiàn)象，它的衍射圖象影響到泊松亮斑的條紋觀察。并且實驗方案中還有另兩個不足：一是激光光源、凹透鏡、小球較難調(diào)整到同一直線；二是小球很容易從回形針上掉下，實驗不穩(wěn)定。分析原因主要還是障礙物的固定問題，因此再一次改進實驗方案，利用小磁鐵把鋼珠吸牢在透明薄膜片上，并把透明薄膜片固定在光屏架上，調(diào)整“薄膜”光屏架在光具座上的位置，同時調(diào)整鋼珠在薄膜片上的位置（找到光斑大小與鋼珠大小差不多的位置），這樣實驗效果就更完美了就能再現(xiàn)這一奇特的現(xiàn)象。所以要提高自身的素質(zhì)，除了要肯下功夫鉆研教材以外，還要重視教學(xué)效果的信息反饋。要誠懇地聽取學(xué)生、聽課老

10、師意見和建議。一個人的知識畢竟是有限的，每個人都有其專長，多咨詢專家，不要怕失敗，只有在不足中不斷改進才有可能使你的創(chuàng)新物理實驗的研究更上一層樓。三、他山之石，可以攻玉在教學(xué)雜志上基本都有一個關(guān)于實驗的欄目，從中能獲取到很多信息，能發(fā)現(xiàn)同行們的創(chuàng)新，從而充實自己。但學(xué)習(xí)他人的同時不能一味的照搬照抄，而是研究他人的實驗方案，找出可以改進的地方，一般是從提高演示實驗的直觀化，增加其可見度等方面思考，找到新一輪的深入研究目標。例如靜摩擦力的有無及方向的判別是學(xué)生普遍感到的難點，主要是因為非常的抽象，學(xué)生日常生活中很少觀察到兩個相對靜止而有又相對運動趨勢的物體接觸面間的情況。這時就有老師想出好方法可以

11、取兩只鞋刷,使刷毛相對地疊放在粗糙的臺面上,水平推上面的一只鞋刷,可以看到上、下物體間刷毛形變的方向相反,由此可推想出上、下物體所受靜摩擦力的情況。這樣,就給學(xué)生提供了一個表象思維的模型,化抽象為形象。筆者通過實踐發(fā)現(xiàn)，其實上述這種情況靜摩擦力的方向判斷對于學(xué)生而言基本不會犯錯誤，而是兩個重疊的物體中下面物體被推卻未動的這種情況，兩物體間以及下方物體和地面間是否有靜摩擦力及靜摩擦力的方向是個難點。因此特別定做了一個上下面都有刷毛的板刷，把單面板刷放在上面（刷毛朝下），雙面板刷放下面，同時用粗糙材料如地毯、毛巾等作為地面，這樣改進后實驗效果較好。又例如光的干涉衍射實驗中，配備的實驗裝置是J2508型光的干涉、衍射、偏振演示器，如圖所示，光源是“12V 50W”鹵鎢燈，導(dǎo)軌另一端用長滑塊固定觀察筒（圖中6），這個實驗要求在不太亮的教室中就能進行，而且這能讓全班學(xué)生輪流觀察。這樣的演示實驗受時間、空間、場地、儀器設(shè)備等條件的限制，實驗的可見度小，反而會影響教學(xué)的效果，課堂的效率就大大降低了。如何能夠讓全體同學(xué)同時觀察到實驗現(xiàn)象呢，筆者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)裝置中觀察筒的構(gòu)造就是一個放大透鏡和毛玻璃屏（作為成像用的），這與我們?nèi)粘５臄z像機的原理基本相似，為何不把攝像機作為成像光屏，并把攝像