“苏科物理”教材使用中的实验改进浅见

“苏科物理”教材使用中的实验改进浅见

戴谦

关键词：实验；改进；演示实验；物理教学

作者简介：戴谦，任教于江苏省镇江市实验初级中学。

实验是物理学研究的重要方法和物理学习的重要内容。初中作为物理学习的起步阶段，好的学习方法非常重要。实验教学法对激发学生的学习兴趣，培养学生初步的物理观察能力有重要的作用。实验教学法能使学生从观察中发现物理问题，培养动手实验和简单的实验操作能力，从而使学生将抽象物理概念规律形象化、直观化、生动化而化解物理学习的困难。在实验教学中笔者做了一些探索和尝试。

一、简单、直观生动的演示实验

演示实验的目的就是通过直观生动的现象吸引学生的注意，激发学生的兴趣，让学生通过观察能发现物理规律。因此对演示实验的要求是新颖有趣，现象明显，装置简单，操作简便且成功高效。教材中安排的一些演示实验有些装置过于复杂，而且现象并不显著。物理教育家朱正元教授一直提倡以最简洁的方法进行直观的教学演示实验，提出“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。为此演示实验在确保取得直观明显的效果情况下要尽可能就地取材简单易做。

简单易做演示实验两例：

1.苏科物理第一章声现象关于“声能”的演示实验使用录音机播放较强的声音观察烛焰的摇晃。实验的效果并不理想，且产生较大噪声干扰隔壁班级上课。设计采用常用的饮水纸杯杯口对准蜡烛火焰，手指用力弹杯底，观察烛焰的摇晃,取材简便，效果明显。

2.九年级教材第十二章机械能和内能关于内能转化为机械能的实验，是用电子点火器点燃密闭小盒中的燃气。教学中发现电子点火器早已淘汰无市售产品，可以有更简便易做的方法。取一只茶叶罐（纸制或金属都可）侧壁接近底部的地方用铁钉打一小孔，滴入几滴酒精（汽油效果更好）稍后待部分汽化，盖上罐盖，用打火机在小孔处点燃，即可看到罐盖飞出。

以上两实验取材方便，简单易做，效果明显而且有些实验易于学生自主操作，自主体验。

时代的进步技术的发展也为直观生动的演示实验提供了更好的技术条件。随着对各种仿真仪器的应用普及，教师们尝试将仿真示波器应用到声现象的教学中。

图1

选择了一个仿真示波器如图1：发现仿真示波器的功能非常强大，不仅有示波器的作用，同时还有频率计和信号发生器的作用。连接使用简便，采用普通带话筒的耳机，将话筒插头插入声卡话筒插口就能输入声信号，而且计算机连接投影设备大屏幕显示非常清楚，教学中运用效果良好。

二、综合运用知识破解分组实验中的难点为物理规律的教学创造条件

学生分组实验的目的是探究或验证物理规律，实验设计应有利于学生明确地得出正确的数据，归纳正确的结论。

八年级第四章第三节，探究凸透镜成像的规律实验就存在一些问题。凸透镜成像的规律是教学中的重点和中心内容，初中学生理解凸透镜成像规律及其实验操作都有一定的难度。

教材设计光具座上的探究实验如图2：

图2

首先通过演示实验让凸透镜依次形成各种像。学生通过观察定性的认识成像特点与物距、像距、焦距有关并不困难。但其后定量的研究实像何时放大、何时缩小，何时成虚像或实像即成像过程中的转换点实验探究较困难。实验根据目视光屏上观察到的烛焰的像与物烛焰大小对比判断像与物的大小，这一方法本身就不准确。无论教师演示还是学生操作中物距（u）=2f时，像距（v）=2f等大的像难以呈现和准确测量。实验时会发现在u=2f附近的一个范围内屏上看到像与物都是大小相近。这样根据观察到的物像大小关系，不仅不能得出某一点（u=2f）成等大的实像，而且还会使成放大实像、缩小实像的成像条件u,v之间出现交叠和错误不利于得出正确的成像规律。例如使用f=10cm的凸透镜，成放大实像时u>20cm,v应该小于20cm，分组数据中可能有v略大于20cm的结果出现。又没有凸透镜当u=2f成倒立等大的实像应用的实例，学生难以发现正确规律。

此外，造成这一问题的原因还有：一、观察的物体是烛焰本身有厚度，测量的物距是有误差的，可能成的就不是等大的实像。二、烛焰摇曳，屏上像也在变化；三、凸透镜制造时焦距f满足一定的精度，据标称焦距值就会有误差；实验测量焦距，（“平行光聚焦法”或“远处物体成像法”）有误差。因此这一关键点成像的探究由于实验无法解决教学中就成为回避和模糊近似处理的内容，不仅对于学生正确认识规律不利也有悖科学的精神。

对于实验中出现的问题笔者首先思考如何精确测量像与物的高度，对比物像大小的问题。精确的透镜实验都是采用“1”字屏作为物体如图3：

可以精确测量物与像的尺度，且物距测量也较准确。阅读了实验室装备的J2507型光具座说明书，附件如图4：

图3图4

发现具备使用光源配合“1”字屏作为成像物体代替原实验中点燃的蜡烛的条件。而原来在实验时，由于现在的学生普遍缺乏生活的体验，点燃固定蜡烛都不是很顺利，影响做实验的速度。

虽然解决了精确测量物像尺度的问题，但这样的精确测量对于初中的学生操作要求偏高，其次从教材内容的安排看，基本测量的内容安排在第五章学生尚未学习，只是利用小学的一点测量知识和生活经验来测量无法保证准确，第三这个实验中只是要比较出物像的大小，并不需要精确测量；需要较准确测量的是物距、像距和焦距，这样做使实验变得复杂且冲淡研究主题。

受到研究平面镜成像实验中，探究像的大小的启发。该实验是巧妙的利用平面镜后与镜前一样的物体“物像重合”验证像与物大小相等装置如图5：

凸透镜成像时像与物大小的比较不需要特别精确，“物像重合”是一种很好的实验方法。检查实验室装备的光具座配件（发现一种“1”字屏，是在塑料白屏中央开圆孔，孔中央有不透光实心“1”字符（如图6），设想将另一片“1”字屏反插在透镜的另一侧作为成像光屏接收实像，这样不经过长度测量就可以直接在“成像光屏”上观察像对比物像的大小，而当“成像光屏”像与“倒1”字符完全重合时即得到了倒立等大的实像。

图5图6

这一小的改变需要给常用的光具座增加一个组件倒“1”字像屏。取另一套器材反插即可。如自制实验器材，可用电脑雕刻机字刻蚀出“1”字符和倒“1”字符。

采用了所谓“物像重合”法比对像与物大小后，实验中对于物体，透镜，光屏三者“等高共轴”调整的要求就提高了。如果不能调准，像与物就无法重合。设计用“激光准直”调整三者等高，如图7：

首先在“1”字物屏和倒“1”字像屏中心钻一小孔。

实验步骤：

1.在光具座上首先安装好“1”字物屏（图中1）和倒“1”字像屏（图中3），用激光笔发射激光束校准高度；图7

2.在两屏之间插入凸透镜（图中2），调节其高度，由于通过凸透镜光心的光线不折射当2与1，3等高共轴时，光束不会偏折。

综上所述在探究凸透镜成像的规律实验中做了这样一些改进尝试：

1.“物像重合”在不进行长度测量的情况下比较确定像与物的大小；

2.“激光准直”校验仪器元件“等高共轴”。

在实验过程中，学生可以运用所学知识和方法改进一些实验，使实验操作简便，效果明显。但对于探究凸透镜成像的规律实验这一初中教学的难点问题，只靠简单的改进实验方法是不够的。不少教师和专家都有一些设想去简化过程，突破化解难点，得出正确规律和加深对规律理解认识，如提出“拐点”理论：找出u=2f成倒立等大的实像点，区别成放大/缩小实像的条件；设想让学生寻找成放大实像，缩小实像，虚像的成像范围等。总之，针对不同的实验应采取不同的方法，让学生在不同的实验过程中感受学习物理的乐趣，发现总结物理规律。

参考文献：

[1]陶洪.物理实验论[M].桂林：广西教育出版社，1999.

作者单位：江苏省镇江市实验初级中学

邮政编码：212000