初中物理“实验教学资源”的开发策略，本文主要内容关键词为：教学资源论文,物理论文,初中论文,策略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理是一门以实验为基础的科学。实验教学是初中物理教学的重要组成部分，它不仅是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节，还能培养学生的观察能力、思维能力、探索能力、创新精神。实验教学是变应试教育为素质教育，提高人才科学素养的重要手段。但是有部分教师认为准备实验器材费时费力，在课堂进行实验探究活动浪费宝贵的教学时间，很难完成预定的教学任务；还有教师认为由于受到实验条件的限制，没有实验器材或器材不齐，就可以不去进行实验与探究，实验教学是以“讲实验”、“放实验”（用课件播放）来替代实验。这些都是教师在思想上对实验的重要性认识不够，缺乏实验教学资源的开发的意识造成的，教材对实验的高要求与当前中学实验器材不足的矛盾尖锐地摆在执教老师的面前。能否解决这个矛盾，便成为能否用好教材、激发学生兴趣的关键。笔者认为实验教学资源有显性的也有隐性的，教师可以通过自制教具、一具多用、深挖教材等手段来开发和积累实验教学资源。
一、显性实验教学资源的开发
1.实验器材不足，要有“变废为宝”的意识——利用瓶瓶罐罐做教具
人们常说：“没有垃圾，只有放错地方的资源。”对一些看似无用的“垃圾”进行改造利用，就可以做出一些漂亮的自制教具，既能为学生演示有趣的物理实验，又能减少这些“垃圾”对环境的污染，还能节约一笔资金，可谓一举多得。
[案例1]旧灭火器演示“做功改变内能”
将灭火器喷完，用管钳将喷头与罐身分开，将罐内残余的干粉倒光，将罐内洗净后晾干，用钻床在罐身上钻一直径2毫米的小孔，将电子温度计的测温探头由小孔伸入罐内4cm左右，再将小孔用504胶密封。再用钻床在罐身上钻一直径8毫米的小孔，将自行车气嘴装在灭火器的侧壁上。再用热熔胶将气嘴的底部与罐壁密封，用打气筒通过气嘴向灭火器罐内打气，电子温度计的示数不断上升（可以升高10℃左右），说明压缩空气做功，空气的内能增加，当压力表示数显示罐内气压为6～10个大气压时停止打气，此时由于热传递，温度计的示数会慢慢下降，并在1～2分钟内降至室温后保持不变。当温度计的示数不再下降时，按下扳手，可以发现罐内气体由喷嘴喷出对外做功的同时，温度计的示数急剧下降15～20℃，说明气体膨胀对外做功时，内能减少了，转化成机械能。
[案例2]旧的电脑CPU散热风扇演示风力发电
先将CPU散热风扇的叶片从反面取下，再小心地将线圈及下面的电路板取下，将3W的高亮度LED发光二极管的“+”“-”接线柱分别与电机线圈两端相连，CPU散热风扇的电动机就改装成一个交流发电机。将线圈电路板及叶片按原样装好。由背面吹风扇的叶片，使之快速转动，LED二极管将发出明亮的光，说明了流动的空气（风）具有能量（动能），可以驱动风力发电机产生电能。
[案例3]溜冰鞋与饮料瓶演示喷气式飞机的动力来源
在一只空饮料瓶（比如“脉动”）的瓶盖上钻一直径8毫米的小孔，确保车胎气嘴能穿过。将气嘴装在瓶盖上。再用热熔胶将气嘴的底部与瓶盖密封，在饮料瓶内装三分之二的水，再将饮料瓶系在旱冰鞋上（瓶底比瓶口稍高），用高压打气筒向瓶内打气（打6～8次），当拧下气嘴的螺帽拔出气门芯时，水在高压空气的作用下从气嘴喷出的同时，旱冰鞋和饮料瓶将在水的推动下向反方向前进，从而说明物体间力的作用是相互的。
由此可见，我们应以“变废为宝”的眼光来看待各种垃圾，不能盲目、随意地丢弃，要看到它有价值的一面，并最大限度开发它的价值让它变废为宝为教学服务。
2.实验器材不足，要有“一具多用”的意识——开发实验室已有器材的潜能
教材上的结论一般是由实验得出的，但也有一些结论是直接给出的，没有实验作支撑，所以教师有必要设计一些实验，填补教材的空白，以便让学生能够更好地学习这部分内容。实验室里的器材有时是为某一实验而准备的，但教师一般不会去动脑筋开发这些器材的其他功能，使它更有价值。因此，教师应该有“一具多用”的意识，充分利用实验室现有的器材，尤其应该利用多年闲置的器材开发新的实验，为学生的科学探究活动创造可靠的物质条件。
[案例1]真空玻璃罩内演示有趣的大气压实验
笔者用演示真空中不能传声的玻璃罩做了几个有趣的大气压实验，从另一个侧面反映了大气压的存在及应用。
（1）膨胀的气球
将气球充点气（橙子大小）放入玻璃罩内，如图4所示，用电动抽气机抽去罩内空气，气球不断膨胀（甚至爆炸），效果非常明显，如果再将空气放回玻璃罩内，气球又被压小。
（2）喷泉实验
在用橡皮塞密封好的玻璃瓶内装半瓶染红的水，用一根吸管（最好用圆珠笔芯或玻璃管）插入瓶内的水中，再将它们放入玻璃罩内，如图5所示，用电动抽气机抽去罩内空气时，红色的水从吸管中喷出形成喷泉。
（3）跳动的瓶塞
用一个带橡皮塞的空玻璃瓶（最好是小的玻璃盐水瓶），将瓶子放入玻璃罩内（注意橡皮塞只塞一半，不能塞得太死），如图6所示，抽去罩内空气，瓶塞会像炮弹一样被瓶内的空气压出来。
（4）吸盘的工作原理
将一个吸盘压在玻璃罩的顶端，挂一轻小物体（比如乒乓球），如图7所示，用电动抽气机抽去罩内的空气，过一会吸盘掉下来了，可以说明吸盘是被大气压压在物体表面的。
（5）小托里拆利实验
将试管内装满水倒立在小水杯中（好比注满水银的玻璃管倒立在水银槽里），试管中仍充满水，再将它们放入玻璃罩内，如图8所示，用电动抽气机抽去罩内的空气，可以发现随着罩内气压的减小，试管内水面下降（试管上方出现一段真空），如果将空气放回罩内，试管内水面又上升，直至真空消失，由此可以说明水柱是被大气压压到试管内的。
（6）温水的低压沸腾
用半烧杯温水（50～60℃）放入玻璃罩内，如图9所示，用电动抽气机抽去罩内空气，可以发现烧杯内的水像被加热一样，开始冒气泡，气泡由少到多，由小到大，最终烧杯中的水剧烈地沸腾。
（7）覆杯实验的原理
用一张小塑料片（或投影片）托住一小杯水，倒挂在玻璃罩的顶部，如图10所示，用电动抽气机抽去罩内空气，可以发现过了一段时间，当罩内气压较低时，塑料片掉下来，由此说明水是被大气压托住的。
[案例2]小磁针演示作用力与反作用力作用在一条直线上
小磁针可以显示某一点的磁场方向，当我们把两只小磁针靠在一起时，由于异名磁极相互吸引，两只小磁针的N和S极将互相指向对方，当转动其中一只小磁针时，另一只小磁针也跟着转动，且在转动过程中，两只小磁针始终在一条直线上，如图11所示，从而说明作用力与反作用力在一条直线上。
[案例3]光具座演示显微镜的工作原理
利用探究凸透镜的成像规律的光具座可以演示显微镜的工作原理，当2f＞u＞f时v＞2f，成倒立放大的实像，如果将光屏换成毛玻璃片，不但可以从两侧看到烛焰倒立放大的实像，在毛玻璃的后面再加一个凸透镜（作为目镜），使毛玻璃片在它的一倍焦距以内，透过目镜向毛玻璃片看去，可以看到毛玻璃片上的像被再次放大，如图12所示，从而说明了显微镜相当于一个“幻灯机+放大镜”的组合体。
3.实验器材不足，要有“坐享其成”的意识——“人体”、“玩具”、“电器”、“家具”皆教具
（1）从“人体”的体验中开发实验资源
物理是一门实验学科，把人体尤其是学生作为实验资源，有利于让学生体验到探究的乐趣和学习成功的喜悦，有时人体比自制的教具更能说明物理问题。
[案例1]用瞳孔演示照相机光圈的原理
在讲照相机里的光圈作用时，可以让两个学生互相做一个小实验，让A同学面部朝光，B同学观察A同学瞳孔的大小，此时B同学用手挡在A同学的眼前，此时B同学可以发现A同学的瞳孔比没有被挡之前要大。此时再讲照相机的光圈就像人的瞳孔，光线强烈的时候，把光圈开小一点，光线暗时则把光圈开大一点，始终让足够的光线通过光圈进入相机，并使底片曝光，但又不让过强的光线损坏底片。瞳孔也具有这样的功能，只不过它对光线强弱的适应是自动完成的。
[案例2]手指顶课桌面体会省力、等臂、费力杠杆
学生的课桌面是可以翻动的，在讲到杠杆的分类时可以让学生的手指沿桌面边沿移动，在移动的过程中将桌面向上顶起，学生会体验到手指离轴越远时越省力，当手指离轴很近时，要费很大的力才能将桌面顶起。
（2）利用玩具开发物理实验资源
许多玩具就是利用物理原理制成的，因此有些玩具本身就是很好的教具，恰当地将玩具运用于教学，不仅能很好地说明物理知识，还能提高学生的学习兴趣。
[案例3]用简易电子琴演示声音的三要素
如图14是一款简易的电子琴，在讲解音调这一概念时，可用手指在键盘上弹出“do re mi fa sol la si”让学生听出音调的变化，在讲解响度这一概念时，在弹某一固定音调的同时，按下“音量”调节按钮，让学生体验响度的变化，在讲解音色这一概念时，播放电子琴自带的音乐的同时，分别按下“钢琴”、“小提琴”、“吉他”等按钮，让学生体验用不同乐器演奏同一乐曲的效果，从而理解音色这一概念。
[案例4]遥控小汽车演绎有趣力学实验
很多学生都玩过遥控小汽车，用遥控小汽车可以做几个有趣的力学实验，如下页图15所示，将一长方体木块立在遥控小汽车上，用遥控器开动小汽车，小木块会向后倒下，如果将长方体木块平放在遥控小汽车上，开动小汽车，当小汽车撞到一障碍物停止时，木块向前飞出，从而说明运动和静止的物体都有惯性。还可以将遥控小汽车放在一小块泡沫板上，泡沫板下铺一些试管，当开动小汽车时，泡沫板将向后退，从而说明力的作用是相互的。
（3）从身边的小电器开发实验资源
各种各样的家用电器极大地丰富了我们的生活，同时好多小电器也是非常好的实验资源。
[案例5]几种风扇的妙用
教室里往往都有大吊扇，在讲到视觉暂留时，可以将大吊扇开低速挡，让学生盯着风扇的叶片看，由于视觉暂留，学生将看不清有几只叶片，此时让学生对着叶片快速眨眼，学生会惊奇地发现自己能清楚地看清楚吊扇的叶片数了。再比如先将微风扇挂在测力计下读出重力，再接通电源让微风扇工作，测力计示数减小了，从而说明叶片给空气一个向下力的同时空气也会给叶片一个向上的力，此时再演示一个小直升机模型，如图18所示，学生就知道直升机是利用“力的作用是相互的”来起飞的，是空气将它托起的。如果有一个玩具小台扇，将它放在实验室的小车上，小台扇将推动小车运动，如图19所示。
[案例6]电吹风演示气体压强与流速的关系
课本上演示气体压强与流速的关系时用嘴吹使纸片升起或靠拢，如果改用电吹风吹，可以持续演示，效果更明显，此外还可以将一只乒乓球放在电吹风的上方，可以发现乒乓球在气流中快速旋转，但不会落下来，如图20所示。
4.实验器材不足，要有“软硬兼备”的意识——注重软件类实验教学资源的开发与收集
现代信息技术的快速发展也为物理实验教学资源（软件）的开发提供了前所未有的机遇，尤其是一些不易完成、有安全隐患方面的实验，可以用动画的方式或拍成录像后用于教学。
[案例1]大气压可以托起10米高的水柱
一个标准大气压为1.01×
Pa，可以托起76cm的水银柱，如果将水银换成水，理论上可以托起10m高的水柱，但这一实验做起来很难，需要10m高的玻璃管，密封性能很好且功率较大的抽气机，还要一个三层楼高的靠墙可用于固定玻璃管的室外空间，但是笔者在网上找到了相关实验视频，学生看到大气压可以将水压到三层楼高，非常吃惊。
[案例2]几何画板课件演示凸透镜成像的深层规律
在讲解凸透镜成像规律时，可以让学生在实验室探究成像规律，得出凸透镜的成像规律，用几何画板做成的课件可以探究出更深层次的规律，还可以将课件复制给学生，让学生回家后在电脑上继续探究，加深对凸透镜成像规律的理解。
只是目前这类资源较为缺乏、零散，难以满足物理实验教学的需要，因此应重视将信息技术应用到物理实验室，加快物理实验教学软件的开发和利用。
二、隐性实验教学资源的开发
在物理实验教学中，有时一个实验，在教材中它只为了解决一个与本节教学内容相关的问题，但实际上学生在设计实验、实验操作、分析数据的过程中，还有可能发现一些“意外”的实验现象，生成宝贵的教学资源，可是这些资源往往被老师忽视了，没有加以利用。因此教师在教学中要及时发现、挖掘、利用这些有教育教学价值的再生资源，因为这些再生资源的教育教学价值已超过产生这些资源的实验本身。
1.要有对实验中出现的“意外”现象进行再探究的意识
[案例1]水沸腾了还在升温
在做水的沸腾实验时，我们经常问学生如何缩短加热时间，学生回答可以加大火力，或减少水量，但是有一次笔者用一支大试管装水在课堂上演示时发现水沸腾时，温度计的示数仍在上升，得不出实验结论。
笔者分析后发现，温度计读数必须等其示数稳定以后再读数，因为示数稳定后，温度计里的测温液体与被测的水达到热平衡，当温度计的示数快速上升时，水的实际温度比温度计所示的温度要高。所以当水刚沸腾时，温度计里测温液体的温度还没有达到水的沸点，所以示数还在上升。
[案例2]探究凸透镜成像规律时，蜡烛放在一倍焦距处，不能成像吗？
在做探究凸透镜的成像规律的实验时，当把蜡烛放在一倍焦距处时，理论上是不能成像的。但是我在教学生探究这一规律时，同学们都能看到烛焰的像，找不到不能成像的点。
笔者分析后发现，烛焰不是一个平面，烛焰的像绝大部分不在一倍焦距处。所以用眼睛始终能接受到烛焰的像。如果把烛焰换成一张平面的画（比如邮票），当将邮票放在一倍焦距处时，将看不到邮票的像。
[案例3]迷雾重重
在大气压强的教学中，笔者做了这样一个实验，用一个带橡皮塞的空玻璃瓶（最好是小的玻璃盐水瓶），将瓶子放入玻璃罩内（注意橡皮塞只塞一半，不能塞得太死），如图21所示，抽去罩内空气，瓶塞会像炮弹一样被瓶内的空气压出来。但令人意外的是在瓶塞被瓶内的空气压出来的一瞬间还能在瓶内看到白雾。如果在瓶内滴几滴水后，白雾将更浓。
其实白雾形成的原因是：当瓶外气压减小，瓶内气压比瓶外大，瓶塞上下表面的压力差将瓶塞压起，此时瓶内的空气推动瓶塞做功，内能减少，温度下降，瓶内空气中的水蒸气液化形成了小水滴，也就是实验中看到的“白雾”。所以这个实验很好地演示了气体对外做功时内能将减少。这个实验的成功率非常高，现象非常明显，比图22所示的实验要好。
[案例4]水银柱为什么不能继续下降了呢？
在大气压强的教学中，笔者还做了这样一个小实验：将试管内装满水银倒立在装有水银小烧杯中，试管中仍充满水银，再将它们放入玻璃罩内，如图23所示，用电动抽气机抽去罩内的空气，可以发现随着罩内气压的减小，试管内水银柱将下降（试管上方出现一段真空），如果将空气放回罩内，试管内水面又上升，直至真空消失，由此可以说明水银柱是被大气压压到试管内的。但令人感到意外的是：水银柱先下降，最后不下降时试管内的水银面比试管外的水银面要高约1厘米，这是为什么呢？
其实这一意外现象应在意料之中，说明玻璃罩内还有压强，说明了玻璃罩内的空气无法完全抽光，当我们用玻璃罩做真空不能传声实验时，抽气后始终能听到声音就是空气无法完全抽光导致的，而这个实验给出了有力的证据。所以在真空玻璃罩内做覆杯实验时，如图24所示，当所用杯子的高度小于10厘米时，抽气后学生并没有看到塑料片掉下来，而换成13厘米的杯子，抽气后塑料片掉下来了。
2.要有对教材实验进行深度挖掘的意识
[案例1]瓶子如何吐鸡蛋
在讲大气压时，常会做瓶子吞鸡蛋的实验，做完实验后分析鸡蛋为什么会被吞进瓶子，得出是因为瓶内的气压比瓶外的大气压低，瓶内外的气压差将鸡蛋压进瓶子，此时可以问学生如何让鸡蛋完好地从瓶子内出来。学生当堂就想了很多种办法：
（A）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口如图25所示，用嘴向瓶内吹气。
（B）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口，用嘴在瓶口吸气。
（C）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口，在瓶底上浇开水。
（D）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口，再将整个装置放入真空玻璃罩内抽气。
在学习了大气压强和高度及流速的关系后，学生又想了如下方法：
（E）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口，向高山上走（或用直升机吊至高空）。
（F）将瓶子倒立，用鸡蛋堵住瓶口，将瓶子固定在高速运动的跑车外，因瓶外气流速度大，气压小，从而使瓶内气压大于瓶外气压将鸡蛋压出。
[案例2]如何测物体在斜面上滑动时的摩擦力
在探究斜面的机械效率的实验中（如图26所示），测出了斜面的机械效率后，可以问学生：“此时物体受到的摩擦力等于拉力吗？如果不等，能想个方法测出来吗？”
有基础好一点的学生知道此时的拉力不等于物体受到的滑动摩擦力，如果此时教师加以引导，问学生利用斜面提升重物时，额外功是由什么引起的，额外功的表达式是什么，就可以使学生找到解决问题的方法，即用总功Fs减去有用功Gh得到额外功后再除以斜面的长度s便能求出摩擦力。
[案例3]如何减小用注射器估测大气压强的误差
教材中安排了用注射器估测大气压的实验，按教材上的做法此实验最大的缺点是存在较大的误差，这种误差是由气密性和摩擦引起的，由于气密性不好，使测量值偏小，由于活塞与筒壁的摩擦，导致测量值偏大。笔者选用1ml橡皮活塞的塑料注射器，全部刻度长6cm，气密性较好，所以实验的误差主要是由于摩擦引起的。怎样减少摩擦带来的误差呢？
其实只要将摩擦力测出来并减去就可以准确测出大气对活塞的压力了。况且在第八章摩擦力的学习中，学生已经掌握了测量滑动摩擦力的方法，所以笔者引导学生测了两次，第一次排尽空气后，堵住注射器的小孔，用弹簧测力计拉动活塞缓慢地做匀速直线运动，拉力
=3.0N，如图27所示，第二次不堵注射器的小孔，用弹簧测力计拉动活塞缓慢地做匀速直线运动，拉力
=1.4N，如图28所示，由此算出大气对活塞的压力F=-=3.0N-1.4N=1.6N。最终算出的大气压强p=0.96×Pa，可见如此操作在大大地减少实验误差的同时还培养了学生分析问题、解决问题的能力。
综上所述，我们应在重视常规实验的基础上，重视实验资源的开发与应用，因为初中学生其心理认知水平正处于由形象思维向抽象思维发展的阶段，对于新的知识他们有着朦朦胧胧的感觉，好像懂了，但事实上又不懂。实验教学不仅能培养学生的动手能力、激发学生学习物理的兴趣，还能帮助学生在感性认识的基础上上升为理论，帮助他们形成正确的概念，加深对规律的认识，加强对知识的理解和记忆。因此，教学过程中，如果把“知识”通过直观的实验呈现出来，就可以刺激学生的直观思维，帮助学生形成物理能力。因此，物理教师应重视和强化实验教学研究，因地制宜地开发和利用物理实验教学资源，确保物理实验教学目标及整个物理教学目标的顺利达成。