初中物理课堂演示实验的创新实践
汪阿运
[摘要]初中物理主要以观察和实验为主。教材设计的现有实验，有时不能满足学生深度学习的需求，主要表现为：很多实验不易产生明显的实验现象;不能很好地指引学生在科学探究的过程中自主生成科学结论。为此，需要教师针对不同的科学探究，设计不同的实验，并使实验现象更加明显，指向更加明确，与学生的前认知联系也更加紧密。
[关键词]初中物理;演示实验;创新;实践
[中图分类号]G633.7 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）05-0050-02
物理学是一门以观察和实验为基础的学科，演示实验是物理教学的重要组成部分，在实际教学过程中有着不可替代的作用，也是践行和落实物理学科核心素养的关键所在。但在实际教学过程中，有些课本实验难以达到预期的效果，给学生的深度学习带来障碍，如果对教材提供的演示实验不加取舍，一概照本宣科，就会受到原有实验设计和实验装置等方面的制约，使学生在学习过程中对概念一知半解，不能很好地与学生的前认知结合起来，甚至扼杀学生对未知知识的创造性思考。在教学过程中，恰当、灵活地进行演示实验，不仅能够充分调动学生学习的积极性和主动性，消除神秘感，激发学生的创造性思维，而且有利于学生对重点知识的把握和对难点知识的突破，使学生能加深对规律的认识和理解，提高学生的探究能力。为此，很多一线教师在沿用教材中的实验进行教学的同时，又在不断思考实验的改进与创新，力求收到显著的效果。笔者结合教学实践，针对演示实验中存在的一些问题，进行一些创新和改进设计。
一、依据物理原理使演示实验现象更明显
从演示实验的作用来看，大致可分为导入课题、得出结论、原理应用等三种类型。要想演示实验发挥出应有的效果，就必须让演示实验的现象足够明显。有些演示实验只能大概观察到一些现象，学生在观察的时候不易发现问题，有时微小的实验变化未能引起学生注意而导致实验失败，让教师的权威受到挑战。例如在“气体浮力”教学中，教材中安排了一个篮球给气球充气的实验，以验证大气中的物体会受到浮力作用。如图1.实验设计是让杠杆两端分别悬挂钩码和篮球，篮球上的充气口连接有气球，先调节杠杆平衡，然后让篮球中的气体给气球充气，意图实现气球受到大气的浮力而打破平衡，从而验证气球受到大气的浮力作用。这个实验一般很难看到明显的浮力作用效果，究其原因，我们可以进行一个简单的数据分析：
气球充气后产生的浮力大小与物体总重力之比只有万分之六。如果想要浮力和物体重力之比变大，只有让气球的体积变大，也就是让气球充入更多的气体。考虑到篮球的体积有限，再充入更多的气体难度较大，也不具备很强的可操作性。为此，笔者做了一些改讲：
前一个实验操作需要给篮球充气后，放气给气球。往篮球中加压打气就有一定的操作难度，打少了难以充起气球，打多了气容易让篮球爆炸。后者利用vc泡腾片与水反应瞬间产生大量气体，反应快速，短时间内就可以获得大量的气体给气球充气。此实验对器材要求低，通过改进，能够让气球所受的浮力与重力的比值从万分之六提升至千分之四，约七倍的跨越让实验现象更加明显，同时让实验现象可视性更佳，给学生带来更好的视觉体验，从教师层面上看可操作性也更强了。
二、依据教学需要使演示实验结构化
初中物理教材选择了很多经典演示实验，但是有些实验的现象不够稳定、时有时无，这样，实验的说服力会大打折扣。同时从资源效用最大化的角度考虑，很多演示实验只能研究某个特定的物理问题，功能比较单一。为此，教师可自行设计一些实验，力争一个实验器材能满足多个问题探究之用。例如，在“通过实验，认识浮力”的教学中，教材一般设置石块浸没水中，用弹簧测力计示数变小来显示小石块受到了浮力作用。这种简易的称重法基本能够说明浮力的存在，但是正因为简易，所以也存在一些问题，比如石块体积较小，浮力不大，示数差值较小;石块体积不规则，学生不易对浮力大小与排开液体体积的关系产生关联;学生看不到动态的浮力作用，静态的示数变化难以给学生显著的刺激。为此，笔者做了一些改进设计。
把盛水的容器改装成连通器，通过右侧的小口径端口加水，主容器中的水位可以稳定上升，让学生清楚地观察到物体慢慢浸没到水中，弹簧测力计的示数慢慢变小，直至完全浸没后示数不变，学生能够看到一个动态的浮力变化过程。同时，我们选取的物体形状为长方体物块，体积为340cm3，這样物体受到的浮力更大，弹簧测力计示数变化更加明显，从而对浮力的测量值也更加准确。长方体物块我们加以标记等分，学生能够把浮力的大小与排开液体的体积产生联想，更容易得到其中的线性关系。此实验器材一专多能，大致可以探究三个实验问题：
1.二次称重法测量浮力大小。
2.探究浮力大小与排开液体体积的关系。
3.探究浮力大小与液体密度的关系。
一套实验器材可以做多个探究实验，极大地发挥了器材的效用，实现了实验资源的高效配置。
三、依据教学内容选用演示实验，突破教学难点
物理教学一般以问题为导向，激发学生思考。为了便于培养学生的思维，我们一般会以直观的演示实验把难以理解的问题具体化，以实物的形式演示出深刻的物理道理，让学生观察实验并思考得出相关结论。这就要求演示实验要能够紧扣要研究的问题，并能将需要研究的问题目标化、碎片化，让学生自己通过实验收集证据，寻找结论。教师只是问题的发起者和指引者。例如，在“滑动摩擦力”教学中，滑动摩擦力的方向是一个难点，学生对滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反难以理解，教师一般在突破这个难点的时候片面地展示了部分情况，学生大致得到了结论，要说学生真正深刻理解，还有些距离，一般的演示实验难以直面问题，很难让学生自己生成结论。为此，笔者做了一些尝试：
1.设计一个透明的玻璃块，底部粘连一个红色的软布条，向左拉动玻璃砖块，可以看见软布条向右伸展开，说明玻璃块受到了向右的滑动摩擦力作用。这时与玻璃块相对静止的木板向左运动，摩擦力方向向右。
2.用细线拉住玻璃块不动，向右拉动木板，红色软布条向右伸展开，说明玻璃块受到了向右的滑动摩擦力作用，此时玻璃块相对木板向左运动。
3.玻璃块和木板同时向右运动，但是玻璃块的速度小于木板的速度，发现软布条向右伸展开，说明玻璃块受到了向右的摩擦力作用，通过实验观察，玻璃块相对于木板向左运动。
4.玻璃块和木板同时向右运动，但是玻璃块的速度大于木板的速度，发现软布条向左伸展开，说明玻璃块受到了向左的摩擦力作用，但是玻璃块相对于木板向右运动。
通过实验设计把发生相对运动的几种情况进行分割，逐一演示，让学生观察，学生亦可分组自行探究，教师稍加引导，学生自己便可生成结论：滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反。
物理是自然科学的组成部分，观察和实验是研究问题的基本方法。物理实验可以是电视上看到的高大上样子，也可以用生活中随处可见的简易物品来完成。不管怎样，物理实验都要有直观的实验现象，才能引导学生透过现象看本质;物理实验要能直面问题本质，才能让学生通过自身的观察思考，完成对科学观念和科学知识的主动建构。好的实验设计和实验演示就已经为学生推开了一扇科学大门，门内的艰难是学生的，门内的美景也是学生的。
