鄭 瑩

(深圳市龍崗區(qū)布吉中學(xué)，廣東 深圳 518112)

初中物理是一門實(shí)驗(yàn)課程，物理的原理、知識(shí)、應(yīng)用以至創(chuàng)新皆應(yīng)源于實(shí)驗(yàn)[1]。但現(xiàn)實(shí)中學(xué)生通常只能在課堂觀看實(shí)驗(yàn)演示，在實(shí)驗(yàn)課按教師要求操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)似乎不能碎片學(xué)習(xí)、泛在實(shí)驗(yàn)，大而泛的問題難以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究的積極性。師生如果不能自主實(shí)驗(yàn)、泛在實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)就難以創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就跟不上時(shí)代潮流。

物理微實(shí)驗(yàn)是物理微型實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)稱[2]，具有簡(jiǎn)小精悍、靈活自由的形式，新奇有趣、程式多變的內(nèi)容，現(xiàn)象明顯、操作簡(jiǎn)單省時(shí)等特點(diǎn)，凸顯實(shí)驗(yàn)的開放性、實(shí)踐性、自主性、創(chuàng)造性、趣味性，并能以小見大，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的厚薄演繹和信息的巨微轉(zhuǎn)化。新課改提倡以微實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。微實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)鍵之處在于微實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)設(shè)，可先從實(shí)驗(yàn)微處理方面入手。

一、實(shí)驗(yàn)微處理

實(shí)驗(yàn)微處理是將實(shí)驗(yàn)細(xì)小化，形成碎片化學(xué)習(xí)功能?？蓪栴}細(xì)化成若干小問題分層分步研究，或是提煉實(shí)驗(yàn)中的重、難點(diǎn)，提煉有細(xì)化、深化研究?jī)r(jià)值的實(shí)驗(yàn)問題，使實(shí)驗(yàn)的器材和實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單化，創(chuàng)新更多變式，形成碎片化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后分塊集成，完成大的實(shí)驗(yàn)研究。如研究摩擦力實(shí)驗(yàn)，可分研究摩擦力大小、研究影響摩擦力大小的因素、研究摩擦力方向等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，摩擦力方向是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，靜摩擦力方向是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，可以用拖把、掃帚、黑板刷、牙刷、氣球等，分設(shè)滑動(dòng)、推而不動(dòng)等條件，創(chuàng)設(shè)許多微實(shí)驗(yàn)，觀察拖把、掃帚、黑板刷、牙刷、氣球等的朝向，將其受到的摩擦力方向可視化，既突破教學(xué)難點(diǎn)，又培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。在研究影響摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)中，接觸面積大小的因素最易成為學(xué)生討論的熱點(diǎn)，想當(dāng)然認(rèn)為接觸面積大摩擦力必定大，這里就可以改變接觸面積的大小設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，甚至將實(shí)驗(yàn)變成游戲比賽，讓學(xué)生深刻感受改變接觸面積大小能否改變摩擦力大小的事實(shí)。又如研究浮力的實(shí)驗(yàn)，可分為研究浮力的大小、浮力的方向、浮力產(chǎn)生原因探究等微實(shí)驗(yàn)，其中浮力產(chǎn)生原因是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?？烧乙粠?cè)漏口的茶壺(內(nèi)裝小鐵塊至茶壺在水中能下沉)，用一吹脹的小氣球輕松密封茶壺大口，同時(shí)用橡皮膜密封茶壺側(cè)漏口，然后將茶壺和氣球輕壓入水中。松手，氣球不上??；將茶壺和氣球從水里拿出，去掉茶壺側(cè)漏的橡皮膜，從側(cè)漏中往茶壺加水，當(dāng)加入的水觸碰氣球底部，氣球立馬浮起來！

上面實(shí)驗(yàn)可見實(shí)驗(yàn)微處理的技巧：選取某一物理原理、規(guī)律，或某一知識(shí)點(diǎn)、某一技能、某一探究點(diǎn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；利用身邊物品完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、得出結(jié)論；實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)微處理的關(guān)鍵和重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)微處理使實(shí)驗(yàn)無處不在、無時(shí)不在成為可能。

二、微實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)原則

實(shí)驗(yàn)微處理后就可創(chuàng)設(shè)很多微實(shí)驗(yàn)，激發(fā)師生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

1.教材實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

教材上實(shí)驗(yàn)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ 如何使現(xiàn)象更明顯、操作更方便？實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)有哪些規(guī)律可循？如人教版八上第四章第三節(jié)77頁“探究平面鏡成像特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中燃燒兩根相同的蠟燭探究平面鏡成像特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)點(diǎn)是光源明亮、成像清晰。但實(shí)際遇到的問題是很難找到兩根完全相同的蠟燭，燭焰受空氣對(duì)流的影響不穩(wěn)定，兩根蠟燭燃燒情況不能完全一致，“物像重合”的理想狀態(tài)很難出現(xiàn)。針對(duì)教材實(shí)驗(yàn)問題，用兩塊長(zhǎng)、寬相同的長(zhǎng)方體木塊代替蠟燭，能克服燭焰不穩(wěn)定問題，容易做到“物像重合”。但木塊不會(huì)發(fā)光，光源太暗成像不清晰，可給木塊包上亮彩紙，用紅筆描紅木塊四周，明顯看到木塊的長(zhǎng)和寬分別重合，“等大”效果就更明顯；再在木塊上涂上不同顏色，用顏色分左右，通過平面鏡則可顯示物像對(duì)稱。又如，人教版九年級(jí)第十三章第二節(jié)第9頁“壓縮空氣改變內(nèi)能裝置”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際操作時(shí)要大力迅速壓下活塞(學(xué)生操作更難把握)，經(jīng)常只見硝化棉冒煙，少見火星出現(xiàn)，有時(shí)候冒煙也看不到，實(shí)驗(yàn)成功率不高。將硝化棉改用感溫變色粉(感溫材料對(duì)溫度非常敏感，學(xué)生小時(shí)候有類似玩具，如感溫奶瓶等)，只需輕輕壓下活塞，對(duì)玻璃筒內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，紅色感溫粉立馬變白色；松手，玻璃筒內(nèi)氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少，溫度降低，白色感溫粉立馬變紅色，現(xiàn)象非常明顯，大大提高實(shí)驗(yàn)成功率!并且可以重復(fù)演示，不像原來用硝化棉升溫燃燒冒煙，再重做實(shí)驗(yàn)需清理硝化棉重新組裝實(shí)驗(yàn)，如果加大玻璃管內(nèi)體積，空氣被壓縮的體積大，溫度升高快，更增大演示的效果。同時(shí)，經(jīng)改造后的實(shí)驗(yàn)演示裝置還可以做成小巧玩具供孩子玩耍，比如用一個(gè)小針筒，里面放入敏感變溫粉，推壓密封活塞，即可看見變溫粉顏色改變，非常簡(jiǎn)單、安全。

創(chuàng)造過程沒有止境，教材實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)是有規(guī)律可循的。先要找出原來器材的優(yōu)缺點(diǎn)，克服不利因素，提高成功率，使現(xiàn)象更明顯、操作更方便并能體現(xiàn)自主原創(chuàng)。

2.設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)探究一個(gè)物理原理

同一物理原理可以用不同器材、設(shè)計(jì)不同方法操作，加大發(fā)散思維的力度，設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)探究一個(gè)物理原理，能克服常規(guī)實(shí)驗(yàn)“照搬教材實(shí)驗(yàn)”“照葫蘆畫瓢”的問題。如，探究流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的原理就有多種設(shè)計(jì)：將一張撲克牌對(duì)折后蓋放桌面上，用一根玻璃管對(duì)著撲克牌下面吹氣，撲克牌下面氣體流速大，壓強(qiáng)小，撲克牌不會(huì)被吹翻，反被壓得更緊；往兩氣球(或乒乓球)中間吹氣，兩氣球反倒靠得更近；將一吸管插入裝水燒杯中，在露出水面的吸管處切小口，切口處將上面吸管折放平，給水平彎折的吸管吹氣，可見燒杯中吸管的水柱會(huì)上升；反拿漏斗，用手輕托一乒乓球堵住漏口，給漏斗吹氣，漏斗下面的乒乓球不會(huì)掉下來；用水管給盆里兩紙船沖水，兩紙船反倒靠得更近，可以模擬兩船相撞。

上面氣球改為乒乓球、吹氣改為流水，如此同樣物理原理可以用生活中的不同器材、設(shè)計(jì)不同方法操作，由一變多?？梢?，發(fā)散思維是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的根本。又如有哪些器材可以探究物體的浮沉條件或改變物體的浮沉？ 將橡皮泥捏團(tuán)放入水中下沉，做成空心狀卻能浮在水面；氣球吹氣扎口放入水中會(huì)上浮，裝入少許水吹入氣可懸浮水中，再裝足水扎口放入水則下沉；馬鈴薯放入水中下沉，如何讓它漂??？蘋果放入水中漂浮，如何讓它下沉？裝滿水的礦泉水瓶能在水中下沉嗎？(需裝鹽水)，小玻璃瓶正放可浮水面，倒放一定下沉嗎？

3.同一器材探究不同原理

一種器材可做多種實(shí)驗(yàn)，極大拓展實(shí)驗(yàn)思維和設(shè)計(jì)的空間。如，氣球能做的實(shí)驗(yàn)包括，力的作用效果、形變、氣體壓強(qiáng)傳遞、流體流速與壓強(qiáng)關(guān)系、浮沉條件、反沖運(yùn)動(dòng)、靜電、大氣壓、摩擦力等等。一支鉛筆，可以做慣性現(xiàn)象、尋找物體重心、探究摩擦力大小因素、密度計(jì)制作、導(dǎo)體絕緣體等20多個(gè)實(shí)驗(yàn)。

4.同原理同器材實(shí)驗(yàn)的不同變式設(shè)計(jì)

同樣器材、同樣原理，通過不同設(shè)計(jì)，改變實(shí)驗(yàn)條件，可看到不同現(xiàn)象，或完成不同實(shí)驗(yàn)。如改變物距就能產(chǎn)生不同的折射現(xiàn)象：把裝滿水的瓶子慢慢地遠(yuǎn)離書的封面，將會(huì)觀察到：隨著瓶子和封面間距離的增加，原來被放大的那些字開始模糊，等到再透過瓶子看清封面上那些字的時(shí)候，字竟成了反字。又如，透過裝水的圓形玻璃瓶看字是放大的，可透過瓶?jī)?nèi)氣泡看字是縮小的。都是折射，但一個(gè)是凸透鏡，另一個(gè)是凹透鏡。再如，放大鏡可怎么玩？改變物距、改變看的角度和側(cè)面，成像是實(shí)像還是虛像？正立的還是倒立的？還有，簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)可以有七八種不同的制作模型。

三、微實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)策略

常見微實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的方法和技巧有：發(fā)散思維、推理想象、對(duì)比究因、拓展整合等，還有一定的模式和規(guī)律可循。

1.想象推理模擬

通過推理想象可以對(duì)生活中的物理現(xiàn)象、生產(chǎn)中的物理應(yīng)用進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解無法直觀、深?yuàn)W的物理現(xiàn)象。

【實(shí)驗(yàn)1】模擬跨步電壓

圖1 模擬跨步電壓實(shí)驗(yàn)

如圖1，在地面(最好潮濕)畫幾個(gè)同心圓，標(biāo)出A、B、C、D點(diǎn)，學(xué)生電源一接線端接圈外地面，模擬電廠地線，另一接線端放地面圓心處，模擬掉落地上的高壓線，用電壓表兩接線端分別接A和B,模擬人的跨步兩腳，可見電壓表指針擺動(dòng)，有電壓讀數(shù)，模擬跨步電壓。將電壓表接B處改為接D,電壓表讀數(shù)變大，可見跨步越大，電壓越大；將電壓表兩接線端分別接同一圓上兩點(diǎn)B和C,可見電壓表讀數(shù)為0，若電壓表只有一根接線接地，電壓表讀數(shù)為0，模擬高壓落地線旁，人可以“雙腳并跳”或“單腳跳”逃離危險(xiǎn)地。

【實(shí)驗(yàn)2】模擬海市蜃樓

往裝水的瓶子加入海鹽，攪拌，靜置3 h，再用引流辦法在液面加純凈水，一會(huì)可見液體分層，瓶子后放彩色玩具，在液體分層位置(液體密度不均勻)可清晰看見玩具“漂浮”的像。

【實(shí)驗(yàn)3】模擬電刻

圖2 模擬電刻實(shí)驗(yàn)

工業(yè)生產(chǎn)的電刻字、畫是怎么回事？如圖2，用約7 V電源，鉛筆寫字的一端削尖，電源一端連接錫箔紙，另一端連接鉛筆芯組裝，鉛筆就可以在錫箔紙上寫出字來(看到鉛筆尖端接觸錫箔紙?zhí)幟盁?。

【實(shí)驗(yàn)4】模擬霧凇形成

如圖2，將樟腦丸研碎，放入干燥的玻璃瓶?jī)?nèi)，再放入一根干柏樹枝，瓶塞密封瓶，放石棉網(wǎng)上直接加熱，一段時(shí)間后停止加熱并充分冷卻，柏樹枝就有類似于霧凇的粉末附在上面。

2.實(shí)驗(yàn)對(duì)比歸因

探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因的一種辦法是反現(xiàn)象究因，設(shè)置相反的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)比尋找導(dǎo)致相反現(xiàn)象和結(jié)果的因素。

例1，鐵塊被磁化后如何使鐵塊的磁性立刻消失？敲一敲鐵塊就可以！原來鐵塊的磁化是放在磁場(chǎng)中鐵塊內(nèi)部的“小磁鐵”被整齊排列，所以鐵塊對(duì)外顯示磁性，敲一敲，這種排列被破壞，鐵塊磁性立刻消失。

例2，隔著裝水的大燒杯看字，字是放大的；在大燒杯的水里壓入一個(gè)空的小燒杯，再看字，字是縮小的!原因是裝水的大燒杯是凸透鏡，水里壓入一個(gè)空的小燒杯后變成了凹透鏡。

例3，找?guī)讉€(gè)酒杯和幾個(gè)水瓶，分別裝入不同高度的水，按水位由高到低分別敲酒杯和水瓶，發(fā)聲音調(diào)的變化截然相反，原因是什么？酒杯振動(dòng)發(fā)聲的物體是杯體本身，所以發(fā)聲音調(diào)越來越高，水瓶振動(dòng)發(fā)聲的物體是瓶?jī)?nèi)的空氣柱，所以發(fā)聲音調(diào)越來越低。

例4，用氣球做汽化吸熱液化放熱實(shí)驗(yàn)：用滴管往氣球內(nèi)滴入幾滴酒精，將氣球口扎實(shí)，然后將氣球放入裝有熱水的燒杯中，觀察氣球因內(nèi)部酒精液體吸熱汽化變成酒精氣體，氣球體積變大；此時(shí)將變大的氣球拿出，或投入裝冷水的燒杯中，觀察氣球因里面酒精氣體受冷放熱液化體積縮小。

例5，拿一玻璃漏斗，口朝下，用手將乒乓球放玻璃漏斗內(nèi)托緊，分別通過漏斗管往漏斗內(nèi)吹氣、吸氣時(shí)，松開托住乒乓球的手，乒乓球都沒有掉下來。雖然現(xiàn)象一樣，但吹氣是利用氣體流速與壓強(qiáng)關(guān)系減小乒乓球上方氣壓，吸氣通過減少乒乓球上方氣體減少氣壓。

例6，將硬幣放燒杯至看不見的位置，將水倒入，折射后看見硬幣了；將硬幣放燒杯至看見的位置，將水倒入，折射后看不見硬幣了。還有，自制溫度計(jì)和自制壓強(qiáng)計(jì)在制作的材料和方法上有哪些異同點(diǎn)？如何利用大氣壓對(duì)比做瓶吞、瓶吐雞蛋實(shí)驗(yàn)等等，可見大量實(shí)驗(yàn)可以反向究因、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。

3.實(shí)驗(yàn)的拓展

教材的演示實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展。如教材“光的折射”中鉛筆在水中“折斷”實(shí)驗(yàn)，可將鉛筆斜放燒杯水中觀察“折斷”，也可豎放燒杯水中間觀察“變粗”，或放燒杯水里兩側(cè)邊觀察鉛筆向燒杯側(cè)“遷移”，還可斜放燒杯后面透過整杯水觀察“弓蛇”現(xiàn)象。又如，將硬幣投入裝水的燒杯，可看見幾個(gè)硬幣的像？改用四邊形、五邊形的玻璃杯能增加多少像?可見，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷豐富，實(shí)驗(yàn)方法不斷完善，將實(shí)驗(yàn)拓展，做不同變式實(shí)驗(yàn)，會(huì)創(chuàng)新更多的實(shí)驗(yàn)研究問題，隨著研究問題的深入，可以設(shè)置進(jìn)一步究因的實(shí)驗(yàn)，使原定的實(shí)驗(yàn)得到發(fā)展和完善。再如，發(fā)聲體(如音叉)振動(dòng)發(fā)聲，為了能看到振動(dòng)，一般是在發(fā)聲體上放輕小物體，發(fā)聲體振動(dòng)使輕小物體大幅度振動(dòng)從而使振動(dòng)“可視化”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以繼續(xù)深入探究：發(fā)聲體的振動(dòng)是在一個(gè)平面的來回運(yùn)動(dòng)嗎？為了進(jìn)一步了解這個(gè)問題，可以設(shè)計(jì)利用平面鏡反射將發(fā)聲體的振動(dòng)規(guī)律放大更細(xì)微地觀察。在桌面上放一輕小鏡子，鏡子反射光投射在天花板上形成小亮光斑，敲動(dòng)桌面振動(dòng)發(fā)聲，觀察小亮光斑的移動(dòng)，有水平、垂直兩個(gè)方向，可知發(fā)聲體振動(dòng)不是只在一個(gè)平面的來回振動(dòng)。

4.實(shí)驗(yàn)的整合

物理實(shí)驗(yàn)可與生物、化學(xué)、美術(shù)、音樂、語文、體育跨學(xué)科整合。音樂噴泉、管弦樂器等包含哪些物理原理？語文“杯弓蛇影”一定是光的反射嗎？能做光的直線傳播、光的折射的“杯弓蛇影”實(shí)驗(yàn)嗎？鹽水是化學(xué)物質(zhì)氯化鈉溶液，能不能產(chǎn)生電？加兩個(gè)硬幣做電極制作鹽水電池，思考鹽水車是怎么回事？以后能有加清水就能走的車嗎？生物體內(nèi)能形成微電流嗎？ 用銅片和鋅片分別作兩個(gè)電極插在西紅柿內(nèi)制作西紅柿電池、靈敏電流計(jì)的指針擺動(dòng)，改變兩電極距離、換用新鮮或腐爛西紅柿或檸檬土豆，觀察電流大小變化。用白糖水在白紙上寫字，糖水蒸發(fā)干字痕跡不見了，再將白紙拿到火上烤一烤，字形、圖案會(huì)因糖分脫水，而呈現(xiàn)淺褐色，白紙現(xiàn)字了。聽說過碘酒現(xiàn)字嗎？有哪些物理和化學(xué)原理呢？觀察過紅墨水在清水中的擴(kuò)散，能把分子運(yùn)動(dòng)的“行蹤”畫出來嗎？準(zhǔn)備國(guó)畫的墨汁和宣紙，用筷子將一滴墨汁蘸到水面，墨汁帶油性，入水后部分分子在水面運(yùn)動(dòng)，將宣紙蓋在水面上，墨子分子的運(yùn)動(dòng)“行蹤”就印畫在宣紙上了！還可以將水改為濃鹽水延長(zhǎng)墨汁漂浮的時(shí)間，用棉簽在墨面上“作畫”，印出美麗圖案。想想怎樣印彩色畫？

5.自制儀器

物理教材中許多實(shí)驗(yàn)儀器可用生活材料自己制作。如自制照相機(jī)、自制投影儀、小孔成像裝置、自制電動(dòng)機(jī)、自制電池、自制溫度計(jì)、自制樂器、自制望遠(yuǎn)鏡、自制滑動(dòng)變阻器、自制密度計(jì)、自制放大鏡、自制壓強(qiáng)計(jì)等。

微實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)寓于具體、精簡(jiǎn)的實(shí)驗(yàn)情景之中，可以通過問題激發(fā)、情景啟示、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用等實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)思維的連貫、延續(xù)和創(chuàng)生，是既科學(xué)又方便的實(shí)驗(yàn)思維訓(xùn)練途徑。微實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)力求實(shí)驗(yàn)器材生活化、設(shè)計(jì)問題化、內(nèi)容探索化、操作技術(shù)化、關(guān)聯(lián)信息化，凸顯微實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放性，因而獲得無窮的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新源泉，可以形成微實(shí)驗(yàn)庫(kù)、微實(shí)驗(yàn)課程，逐漸形成微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和評(píng)價(jià)模式。同時(shí)通過微實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和微實(shí)驗(yàn)普及，使實(shí)驗(yàn)變得無處不在、無時(shí)不有；也可做成“掌上實(shí)驗(yàn)”，方便師生自主實(shí)驗(yàn)、泛在實(shí)驗(yàn)地學(xué)習(xí)。