高中物理实验仪器的选择与改进研究

高中物理实验仪器的选择与改进研究

梁晓春

平果高级中学 广西百色  531499

摘要：随着新课程改革对高中物理实验的重视与加强，对高中物理实验教学的内容、目标、方法和手段作了相应的改变，提出了更高的要求。针对高中物理实验中存在的一些问题，结合多年的工作实践，积极探索物理实验仪器改进的原则，因地制宜、合理选择物理实验的使用仪器，通过改变实验用材的发放秩序，创新与简化实验装置，开展物理实验的拓展实践等，有针对性地对高中物理教材的某些实验进行了有效的改进，充分挖掘每一次实验的功能及价值，使物理实验教学达到了事半功倍的效果。

关键词：高中物理实验；仪器选择；实验改进

引言：由于新课标改革中对实践教学的关注和加强,以及高中物理教学实验装置的增加和创新,对高中生物理实验的内容、目标、方式与手段都作了一定的变化,并提出了更高的要求,特别增加了对实验学生实践动手技能和实际能力的要求,这对实验老师来说既是机会,也是挑战。

一、物理试验设备的选用和改造方法

1.科学性原则

试验的科学性就是要求试验理论与方法都要合乎客观真实,如果没有科学性的问题,必须组织与设计遵循儿童的认知规则,才能让学生了解被观测到的实际情况,掌握科学的知识,并懂得运用分析推理的方法。而科学性也是实验教学的一个重要条件。如对"设计用一根电线判断:灵敏电流计的线圈是否断了"的课外试验,就是通过输入线圈运动有无被抑制,来确定回路能否闭合的。用手摇动案框时,看表针的距离表盘要摇动好几次后才停止下来。用引线将灵敏电流计的二只接地柱连在一起,重新按下相同程度的晃动后表壳,只要指针晃动得很快停止了,比不连引线时晃动的持续时间短得多(或仍旧要摆动多次才停下来),说明线圈没有断(线圈断了)。该试验的基本原理是当线圈在磁场中旋转时,随着磁场通量的改变,会产生感应电动势,而如果电路完全闭合时(线圈完好),则会产生感应电流,使线圈受阻碍运动的磁力的影响,指针迅速停止并摆动,从而达到了试验的科学性。

2.简易性原则

知名物理家麦克斯韦也早有精辟的论述:"一个模拟演示试验所用的物料越单纯,学习者就越熟练,就越想完全地掌握所试验的成果,这个试验的教育价值通常与设备复杂化程度成反比"。这也告诫着人们在试验中应该坚持的简易性原则,即物料取材简易,设备使用简易,要点明显,现象突出。如在高中物理必修二中:对于平抛物体运动轨迹的描述,一些厂商就引进了一些现成的仪表,使抛体物可以在运动过程中喷出墨水,并以此自动画出运动的轨道,又或者采用脉冲高压电池放电,使抛出的物质在绝缘纸上产生静电影。虽然这个仪表的设计,确实非常精巧,却失去了在教科书中设计这个试验的基本原则。其实教科书中这个看起来非常简单的试验,也蕴涵着大量的科学研究方式的教育内涵。例如,科学实验中需要事先调整铁轨出口的水平,并确保每天都在铁轨上的相同地方排出小球,这首先反映了对试验要求加以控制的思想。

3.稳定性原则

明确的试验现状,以及较大的稳定性的试验都有助于培养学习者对物理基础知识的了解。但稳定性不好、试验现状不明确易造成学生对所学具体内容的不相信,也不利于培养学习者的基础知识理解。如在中学物理学选修3-3"分子的热运动"中进行"布朗运动"的试验,笔者就利用了生物数码互动试验,并获得了非常好的成效。首先,笔者利用了生物学试验室中有一小陷槽的载玻片,将混合好的被观察墨汁等稀释液体滴在小陷槽内,用盖玻片盖好、压实并且不留气泡。由于是数码互动试验,由于利用计算机的观测,将悬浮微粒中从来都没停息地在做着无规则运动的微观存在现象扩大了,现象变化很强烈,从而解决了原来的实验现象无法观测到、能见度较低之缺陷,提高了试验的稳定性和成功率,再加上师生交流,利用人机的交互,双向交流,交互性很好,因此受到了教师和学生们的一致好评。

二、物理试验仪器设备的选型及应用

1.以身边物品为仪器选择材料

物理学课程标准强调:通过利用身边随手可得的东西开展研究教学活动和各种实践,就能够缩短物理教学与日常生活之间的距离,使学生更深刻地体会到科学研究的真实性,从而体会科技与社会、科技与生活之间的关联。所以,教师使用学生身边的日常仪器制作试验,不仅是实验与教学变革的一种方向,而且是在常态课下促进学生自主学习、独立研究的一种平台,这既能够训练学生对物理实践的亲切感,又发挥了教师自己的实践创造力,同时教师对这种实验设计的创造力还能够对学生形成潜移默化的影响。比如当我们在进行"重量与轻物落下的快慢"实验时,首先让一块钱币和一张纸片同时从同一地方由静止产生,钱币急速落下,纸片飘忽落下,钱币的速率显然比纸片要快,与平常所见的"重量比轻物落下得要快"这一情况相同;然后将二块大小相同纸屑,一块捏成团,接着再将它们和钱币一起同时在某个高程上静止放置,纸团就和钱币几乎一起落下,接着纸片就飘忽落下。同一纸屑捏成团后,只是体积出现了改变,但重量却没有变化,物体下降的速率也就明显加速了,表明物体下降的速度快慢与所受重量大小无关,而只可能与体积大小相关,即体积决定着空气阻力的大小,可见于通常所见物体的下降速度有快也有慢,可能是因所受空气阻力不同而引起的。利用周围的物体做简单的小试验,既增进了学生对知识点的掌握,也增加了学生练习的兴趣。

2.以学生自身躯体为仪器的选择标准材料

以人的躯体作为试验材料,研究人的感官在教学活动中的感受潜能,而把每个学生的五官与四肢都投入到试验当中,无疑是当时最经济、实际、最可行的试验仪器和方式。也因此,当讲"力按它的实际作用效果分解"问题时,我们可以让每二位学员为对照组在原位置上进行试验,某位同桌一手叉腰,另一个同桌向下拉动他的手肘关节,随后互换,同时感受拉力对手臂所产生的二个实际作用效应,这既调动了课堂气氛,也增强了对学员的印象,试验效果也相当良好。

三、物理实验仪器的改进途径

1.改变了试验仪器的发放秩序,也保证了试验的井然而有序

纵观近年的中考教学实验试题,其中对基本仪器设备的应用方法与常规教学实验的考查,仍是热点、重点。在某种意义上来说,物理实验其实是一项独特的、直观的物理实践,正是因为学生的好奇和好动,所以在动手实践过程中,由于学生的参与能力较强,学习思路也会非常活泼,所以学生们迫切希望老师能深入探究问题。而学生所掌握的科学实验理论知识又离不开老师的正确引导,尤其是对基础仪器设备的应用方法、常规科学试验的特殊方法等,学生尤其需要老师适时地帮助、指导,帮助学生理顺实际思路,并制定切实可行的试验方法,使学生掌握了试验材料的应用方法,使学生带着疑问做实际,以便降低了实际的盲目性,从而增强了实际的效果。比如,在中学物理学选修3-4"探讨单摆周期与摆长的关联"与"用单摆测试重力加速度"等试验中,所采用的秒表便是一种最常见的测秒仪表,由停止按键、发条柄头、分针座等构成。秒表在运行前上发条时不能上得过紧,以防机械破坏。按表时也不能使劲过猛,以免损伤机件。在运行完毕后应立刻把仪表开动,将发条彻底释放。价钱一般也较昂贵,使用不当容易损坏。

2.革新和改善试验设备,使得试验简单且有效

按照物理试验的简易性原则,高中物理试验的实验设备应该力求简易,从而消除了繁杂的试验设备对所观察和考虑的重点问题的影响,也消除了分散注意力的影响,这就是对突出试验重点问题的基本要求。比如,在中学自然科学必修书一第五十五页上"细微变化"的示范试验中,2次利用光的反射定律"放大"了光的细微变化,虽然这种方式渗透得很好,但调节装置却很费时。所以笔者在修改试验设备时,先把激光器置于桌面上,让它的光直接射向更远处的屏幕(或教室后面的墙壁)上,向桌子施加压力时会观测到光端移动,使该示范试验简单有效,实验现象更加直观清晰,极大地提高了实验教学的效率。

四、总结

因此，实验教师唯有与任课教师一起重视物理实验，积极探索实验仪器的选择与改进的科研实践，充分挖掘每一次实验的功能及价值，才能使物理实验达到事半功倍的教学效果。

参考文献：

［1］普通高中课程标准实验教科书：物理.北京:人民教育出版社，2004.

［2］冯遵栋.中学物理教学参考，2004（1/2）.