淺談物理教師如何提高實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新能力

1、淺談物理教師如何提高實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)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(shí)和實(shí)踐能力，而實(shí)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(guò)對(duì)已有知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解前人是怎樣解決具體問(wèn)題的，從而模擬前人解決問(wèn)題的思考方式，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上積累經(jīng)驗(yàn)，拓展視野，孕育創(chuàng)新。要求學(xué)生學(xué)習(xí)的是解決問(wèn)題的方式方法，而不僅僅是知識(shí)的本身。物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)（包括演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、特別是探索性實(shí)驗(yàn)）能很好地體現(xiàn)從量變到質(zhì)變的過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)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(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新上。實(shí)驗(yàn)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(huì)在情感上認(rèn)同并鼓勵(lì)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(duì)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(duì)于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力呢？a一、繼承傳統(tǒng)，開(kāi)拓創(chuàng)新一些物理的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置其實(shí)設(shè)計(jì)的比較巧妙，是我們老一輩物理教師的實(shí)踐總結(jié)，所以我們?cè)趧?chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，不能丟棄傳統(tǒng)，傳統(tǒng)和現(xiàn)代的結(jié)合有時(shí)會(huì)效果更好。例如超重失重的演示儀，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(gè)缺點(diǎn)：一是由于豎直支架的長(zhǎng)度有限，所以演示超重時(shí)間及失重的時(shí)間較短，學(xué)生不易從圓盤(pán)測(cè)力計(jì)上觀(guān)

3、察到超重、失重現(xiàn)象；二是圓盤(pán)測(cè)力計(jì)指針的示數(shù)較小，無(wú)法清楚的觀(guān)察讀數(shù)，所以無(wú)法記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；三是T字型支架不夠穩(wěn)固，實(shí)驗(yàn)中會(huì)使上端水平桿傾斜，從而是懸掛圓盤(pán)測(cè)力計(jì)的鋼索與水平桿發(fā)生摩擦，影響實(shí)驗(yàn)效果。現(xiàn)在教師在演示超重失重現(xiàn)象時(shí)用的是新型測(cè)力工具拉（壓）雙向力傳感器，一般都是這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):拉力傳感器下端用輕繩懸掛砝碼，手迅速上提裝置，此時(shí)電腦能實(shí)時(shí)出現(xiàn)拉力隨時(shí)間變化的圖象，從圖中可以看出拉力先變大后變小，說(shuō)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是對(duì)于剛學(xué)習(xí)該知識(shí)的同學(xué)而言，還不知道為什么會(huì)出現(xiàn)超重現(xiàn)象，就又出現(xiàn)一個(gè)新的現(xiàn)象失重現(xiàn)象，會(huì)干擾同學(xué)對(duì)超重現(xiàn)象的觀(guān)察

4、及實(shí)驗(yàn)分析，作為教師也不可能同時(shí)分析兩個(gè)現(xiàn)象。面對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，我發(fā)現(xiàn)如果把兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，改進(jìn)一下實(shí)驗(yàn)裝置，就可以各取所長(zhǎng)了。改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)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(cè)力計(jì)運(yùn)用力傳感器，雖然框架的高度不高超重或失重現(xiàn)象時(shí)間短暫，但是電腦卻實(shí)時(shí)記錄了拉力隨時(shí)間變化的圖象，通過(guò)對(duì)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(huì)到，作為物理教師首先要對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)代的物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想，實(shí)驗(yàn)裝置，及演示過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)有深刻的認(rèn)識(shí)。這種認(rèn)識(shí)只有教師自己通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)操作、分析和歸納才能積累起來(lái)，所以要?jiǎng)?chuàng)新的前提是對(duì)于基礎(chǔ)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行深入研究后、再比較從而開(kāi)

5、拓、創(chuàng)新。二、鉆研教材、勤學(xué)多問(wèn)老師們可能會(huì)奇怪，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新會(huì)和教材有什么關(guān)聯(lián)？從自身體會(huì)出發(fā)，筆者覺(jué)得只有對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒔滩囊笥型笍氐难芯?，才能挖掘出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(gè)個(gè)創(chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)的方向，進(jìn)行實(shí)踐，設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)來(lái)。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(shí)驗(yàn)中是用繩波來(lái)完成此實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)同學(xué)同時(shí)在兩端產(chǎn)生一列波后觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做過(guò)此實(shí)驗(yàn)的老師均知道實(shí)驗(yàn)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(duì)這些問(wèn)題就開(kāi)始思考是否有更好的方法來(lái)演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，

6、通過(guò)實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)是知道波的獨(dú)立傳播原理，知道波相遇部分會(huì)疊加（波峰與波峰相遇峰會(huì)更高，波谷與波谷相遇谷會(huì)更低，波峰和波谷相遇可能會(huì)波形消失）。針對(duì)這些要求想到生活中常見(jiàn)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(lái)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(dòng)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(gè)問(wèn)題就是如何來(lái)制造水的表面波，此時(shí)同事建議利用閘門(mén)放水的方法，所以就設(shè)計(jì)了兩端有閘門(mén)的一個(gè)透明的長(zhǎng)方形窄水槽。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是可以出現(xiàn)波的疊加現(xiàn)象，但實(shí)驗(yàn)效

7、果不明顯，而且在較短的時(shí)間內(nèi)不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)。在聽(tīng)取實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果反饋后，感到應(yīng)該可以改進(jìn)，但作為一名普通的物理教師關(guān)于如何造波的知識(shí)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(xún)后才知道原來(lái)造波也是有很深的學(xué)問(wèn)，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(mén)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(jìn)的水波。實(shí)驗(yàn)效果非常好，不僅可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)，而且波的疊加過(guò)程非常明顯，給同學(xué)留下了深刻的映象。又例如老師們?cè)谥v授“泊松光斑”時(shí)，總是能夠?qū)@一奇特的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象娓娓道來(lái)，但卻由于沒(méi)有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)器材而無(wú)法演示，筆者研究了實(shí)驗(yàn)器材

8、發(fā)現(xiàn)主要有兩個(gè)原因使實(shí)驗(yàn)無(wú)法成功，一是學(xué)生激光器的激光光束過(guò)小，無(wú)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(wú)法凸現(xiàn)出來(lái)。改進(jìn)方案一：氦氖激光器發(fā)出的激光束通過(guò)凹透鏡擴(kuò)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?biāo)哂械拇帕κ剐∏虿坏粝?；使光線(xiàn)經(jīng)過(guò)凸透鏡光心與小球中心，即光源、凹透鏡中心、小球中心三點(diǎn)都在光線(xiàn)上。實(shí)驗(yàn)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(jiàn)到亮斑周?chē)逦钠渌苌錀l紋（如圖所示）。同學(xué)在觀(guān)察泊松亮斑的條紋后問(wèn)到

9、下面那些條紋是什么，此時(shí)筆者才發(fā)現(xiàn)原來(lái)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(guān)察。并且實(shí)驗(yàn)方案中還有另兩個(gè)不足：一是激光光源、凹透鏡、小球較難調(diào)整到同一直線(xiàn)；二是小球很容易從回形針上掉下，實(shí)驗(yàn)不穩(wěn)定。分析原因主要還是障礙物的固定問(wèn)題，因此再一次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(chéng)懇地聽(tīng)取學(xué)生、聽(tīng)課老

10、師意見(jiàn)和建議。一個(gè)人的知識(shí)畢竟是有限的，每個(gè)人都有其專(zhuān)長(zhǎng)，多咨詢(xún)專(zhuān)家，不要怕失敗，只有在不足中不斷改進(jìn)才有可能使你的創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)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(gè)關(guān)于實(shí)驗(yàn)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(shí)自己。但學(xué)習(xí)他人的同時(shí)不能一味的照搬照抄，而是研究他人的實(shí)驗(yàn)方案，找出可以改進(jìn)的地方，一般是從提高演示實(shí)驗(yàn)的直觀(guān)化，增加其可見(jiàn)度等方面思考，找到新一輪的深入研究目標(biāo)。例如靜摩擦力的有無(wú)及方向的判別是學(xué)生普遍感到的難點(diǎn)，主要是因?yàn)榉浅５某橄?，學(xué)生日常生活中很少觀(guān)察到兩個(gè)相對(duì)靜止而有又相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體接觸面間的情況。這時(shí)就有老師想出好方法可以

11、取兩只鞋刷,使刷毛相對(duì)地疊放在粗糙的臺(tái)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(gè)表象思維的模型,化抽象為形象。筆者通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，其實(shí)上述這種情況靜摩擦力的方向判斷對(duì)于學(xué)生而言基本不會(huì)犯錯(cuò)誤，而是兩個(gè)重疊的物體中下面物體被推卻未動(dòng)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(gè)難點(diǎn)。因此特別定做了一個(gè)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(shí)用粗糙材料如地毯、毛巾等作為地面，這樣改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)效果較好。又例如光的干涉衍射實(shí)驗(yàn)中，配備的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)滑塊固定觀(guān)察筒（圖中6），這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求在不太亮的教室中就能進(jìn)行，而且這能讓全班學(xué)生輪流觀(guān)察。這樣的演示實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、空間、場(chǎng)地、儀器設(shè)備等條件的限制，實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度小，反而會(huì)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(shí)觀(guān)察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢，筆者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)裝置中觀(guān)察筒的構(gòu)造就是一個(gè)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(jī)的原理基本相似，為何不把攝像機(jī)作為成像光屏，并把攝像