论文部分内容阅读
摘 要：物理演示实验中学生可视性及影响其的因素，解决的对策，物理前辈低成本实验思想及当今的思考。
关键词：演示实验；可视性；影响因素；对策；互联网
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0055-3
1 问题的提出：物理演示实验中学生可视性及影响因素是什么？
如图1所示，这是通常教师在教室中讲台上做凸透镜成像演示实验时的场景，由于光沿直线传播，学生在有的区域容易看清楚实验现象（如前排），有的区域难看清（后排学生为能看见实验本能地站起来），通过长期的教学实践，笔者发现存在以下的情况：
（一）最佳区——学生基本能看清演示实验（这种情况占全体学生总数的1/5）；
（二）缺陷区——学生只能模糊地看清演示实验（这种情况占全体学生总数的2/5）；
（三）盲区——学生无法看清演示实验（这种情况占全体学生总数的2/5）。
学生的可视性就是能观察到实验现象的清晰、完整程度，根据上面的分析可知，在平面结构的教室中，大约有4/5的学生不能看清楚演示实验，可视性不佳。
如图2，在平时的教学中影响学生观察最佳位置的一般有以下四个因素，因素1：观察距离L；因素2：实验平台的高度h；因素3：实验器材空间尺寸大小；因素4：实验器材相对学生的空间角度（上下方向夹角β、水平方向夹角θ，以下简称θ、β）。如果对学生自主实验，实验平台和学生的位置自己可随时调整，学生随时可以取得最佳的位置。但教师演示实验时，这几个参数对讲台下的学生来说是固定的，学生一般只是本能地站起来（如图1）。后排的学生，改变夹角β， 来提高观察效果，但效果仍不理想。
2 问题的解决：提高物理演示实验可视性的对策
教师建立演示实验平台（以下简称平台）的思想及巧妙运用，能使学生尽量获取最佳的观察位置。
对策1：提高平台的高度h。
在提高平臺高度h的思想下，有以下几种巧妙的方案：
方案1：对于比较轻的挂图等可以在图纸的反面粘点清水直接按在黑板上就行，简单环保。缺点是持续的时间不长，一般5～10分钟内挂图就会掉下来（水干后），但这个时间基本能把挂图的内容讲完。
方案2：利用大小合适的浴室中用的吸盘固定在黑板上，再把器材固定在上面，适合悬挂滑轮和杠杆等实验。
方案3：比较可行、可靠的方法是将演示平台建立在铁皮黑板上（这种绿色的铁皮黑板已普遍应用）一般在实验器件上或小支架上加装强磁铁（用螺栓或502等胶水固定），可以解决电学、光学实验的器材上黑板的问题。（如图3）杠杆和滑轮也可以做类似的解决。
方案4：还有种更简单、更彻底的方法，利用可折叠支架，在黑板上搭建凸出平台，如图4是折叠支架及展开的情况。还有水的沸腾实验也可以在平台上演示，有的实验平台用强磁铁可以至少承重达4 kg，能解决所有原放在讲台上的初中物理演示实验高度h的提高问题，能较好地解决实验可视性。
两点说明：
1.老师担心多次使用可能会损坏黑板，但注意动作轻巧，如先把没有磁铁的部分靠上黑板，再把有磁铁的部分旋转吸附上去，这样对黑板就几乎没有影响。
2.老师担心磁铁吸附在电表上，对电表的精度有影响，笔者做过对比实验，精度一样的电流表一个装磁铁，一个不装磁铁，串联电路中读数是一样的，至少人眼看不出差别。
对策2：提高平台的高度h的同时又能通过旋转平台，改变θ、β角。
前面对策1的实验平台不能改变学生的观察角度，有的实验不仅要有恰当的高度，还要改变θ、β的角度才能取得观察结果。例如：平面镜成像实验，凸透镜成像实验， 我们可以利用生活中常见的器材通过巧妙的组合，稍做改造，就可以解决这类问题。
方案1：利用可旋转提篮，制作过程是将4个万向轮用螺丝分别固定在实验室常用的提蓝四角上，然后把提蓝倒置就可使用了，在上面演示平面镜成像，可以使学生在不同角度观察。
方案2：利用相机支架，如图5，在光具座下加块木板，中间钻孔，正好利用相机支架上的螺栓固定，再利用相机上的两个高度调节和左右调节的扶手，在竖直方向调节高度和水平方向改变θ，可以把实验的不同侧面现象展现在学生眼前，这个实验可以用一只手控制演示实验的平台的水平方向夹角θ。
光的反射定律中反射光线、法线、入射光线（以下简称“三线”）共面问题在各种版本的教材中是间接通过反射面后折后看不到反射光线间接证明的，而光折射规律中折射光线、法线、入射光线（以下也简称“三线”）共面问题在各种版本教材中没有提供实验方法而直接得出结论，甚至一个版本的教材删除了折射时三线共面的结论，而采用下列方法可以让学生直接观察得出光的反射定律和光折射规律中“三线共面”的结论，采用以下方案可以直接解决这个问题。
方案3：利用人们为方便在生活中常用的手机支架（可以旋转θ角和旋转β角），用一块从教室里的簸箕上剪下来的白铁皮轻轻敲平后固定在手机支架的手机固定面上，一大块有机玻璃通过磁体吸附在白铁皮上，两个高功率强激光电筒也通过磁体吸附在白铁皮上（可以在明亮的环境下实验）。其中，法线用一激光电筒射出的光线替代，入射光用一激光电筒射出的光线替代。
这样有机玻璃、两个高功率强激光电筒在白铁皮上的位置可以任意根据需要调节，而手机支架可以任意调节空间β角、θ角，直接让学生从侧面看见光反射时“三线”共面（可以看见“三线”合成一条光线），光的折射及通过旋转恰当的β角，θ角，直接看见光折射时“三线”共面（可以看见“三线”合成一条光线）。
说明：使用这套器材前，可先问学生如何证明一张平整的纸是在一个平面上，引导得出，同学们闭上一只眼，从侧面看这张纸，看到的纸是一条直线时，说明这张纸是一平面。
3 器材来源、成本、物理前辈的思想及现今的思考
以上提到的吸盘、不同型号的强磁铁、照相机支架、手机支架、强激光笔都可以通过淘宝搜索购买，方便、快捷，上述所有实验成本在三百到四百元左右。现在物理实验需要的器材基本都能在淘宝找到，把它们巧妙的组合，就能提高物理演示实验可视性，帮助初中学生解决由形象思维到抽象思维的过渡。
上个世纪中期，苏州大学朱正元教授曾提出过“瓶瓶罐罐做器材，拼拼凑凑做实验”的思想，这个思想在当时物质匮乏的情况下是对的，笔者认为在当今生活富裕的时代下也是对的。
因为这个思想能降低我们做实验的物质条件门槛，同时能让我们老师有更多的选择、创造的可能性，当今的“瓶瓶罐罐”不再是当初视力能及的周边范围的物体，在互联网时代，利用强大的搜索引擎和电子购买手段使我们能在广阔而又狭小的中国村甚至地球村寻找当今的“瓶瓶罐罐”，同时借助互联网迅速地了解广大教育工作者（不仅是物理教师，我们的眼光应更广）“拼拼凑凑”的想法，这些为我们自己的“拼拼凑凑做实验”提供灵感，前辈们的思想和现在的物质条件有机组合，为如今的物理教学提供了更广阔的发展天地。
编者按：
在物理教学中提高物理实验的可视性，是领导和物理教师都十分关心的问题。为此，一些著名的中学和大学物理系，都建设有便于进行演示实验的专用教室，专用教室的地面是阶梯状的，后排学生的坐位高度是逐阶上升的，教师的讲桌又长又宽，便于进行演示实验。演示实验的教室旁设有实验仪器的保管室，便于教师和实验员布置实验设施。
在近二十年来，一些先进的学校，又投资建设了多媒体教室，在演示实验教室中引入多媒体设施，包括多媒体投影仪和实物展示仪，实验展示的条件得到进一步完善[1]。
而国内外教育专家则大力倡导小班上课，学生独立地操作实验仪器，一面操作，一面思考。通过“做中学”在实验过程中培养学生对科学探索的兴趣……
参考文献：
[1]王柏庐.走进中学IT教学[M].北京：高等教育出版社，2003.
（栏目编辑 王柏庐）
关键词：演示实验；可视性；影响因素；对策；互联网
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0055-3
1 问题的提出：物理演示实验中学生可视性及影响因素是什么？
如图1所示，这是通常教师在教室中讲台上做凸透镜成像演示实验时的场景，由于光沿直线传播，学生在有的区域容易看清楚实验现象（如前排），有的区域难看清（后排学生为能看见实验本能地站起来），通过长期的教学实践，笔者发现存在以下的情况：
（一）最佳区——学生基本能看清演示实验（这种情况占全体学生总数的1/5）；
（二）缺陷区——学生只能模糊地看清演示实验（这种情况占全体学生总数的2/5）；
（三）盲区——学生无法看清演示实验（这种情况占全体学生总数的2/5）。
学生的可视性就是能观察到实验现象的清晰、完整程度，根据上面的分析可知，在平面结构的教室中，大约有4/5的学生不能看清楚演示实验，可视性不佳。
如图2，在平时的教学中影响学生观察最佳位置的一般有以下四个因素，因素1：观察距离L；因素2：实验平台的高度h；因素3：实验器材空间尺寸大小；因素4：实验器材相对学生的空间角度（上下方向夹角β、水平方向夹角θ，以下简称θ、β）。如果对学生自主实验，实验平台和学生的位置自己可随时调整，学生随时可以取得最佳的位置。但教师演示实验时，这几个参数对讲台下的学生来说是固定的，学生一般只是本能地站起来（如图1）。后排的学生，改变夹角β， 来提高观察效果，但效果仍不理想。
2 问题的解决：提高物理演示实验可视性的对策
教师建立演示实验平台（以下简称平台）的思想及巧妙运用，能使学生尽量获取最佳的观察位置。
对策1：提高平台的高度h。
在提高平臺高度h的思想下，有以下几种巧妙的方案：
方案1：对于比较轻的挂图等可以在图纸的反面粘点清水直接按在黑板上就行，简单环保。缺点是持续的时间不长，一般5～10分钟内挂图就会掉下来（水干后），但这个时间基本能把挂图的内容讲完。
方案2：利用大小合适的浴室中用的吸盘固定在黑板上，再把器材固定在上面，适合悬挂滑轮和杠杆等实验。
方案3：比较可行、可靠的方法是将演示平台建立在铁皮黑板上（这种绿色的铁皮黑板已普遍应用）一般在实验器件上或小支架上加装强磁铁（用螺栓或502等胶水固定），可以解决电学、光学实验的器材上黑板的问题。（如图3）杠杆和滑轮也可以做类似的解决。
方案4：还有种更简单、更彻底的方法，利用可折叠支架，在黑板上搭建凸出平台，如图4是折叠支架及展开的情况。还有水的沸腾实验也可以在平台上演示，有的实验平台用强磁铁可以至少承重达4 kg，能解决所有原放在讲台上的初中物理演示实验高度h的提高问题，能较好地解决实验可视性。
两点说明：
1.老师担心多次使用可能会损坏黑板，但注意动作轻巧，如先把没有磁铁的部分靠上黑板，再把有磁铁的部分旋转吸附上去，这样对黑板就几乎没有影响。
2.老师担心磁铁吸附在电表上，对电表的精度有影响，笔者做过对比实验，精度一样的电流表一个装磁铁，一个不装磁铁，串联电路中读数是一样的，至少人眼看不出差别。
对策2：提高平台的高度h的同时又能通过旋转平台，改变θ、β角。
前面对策1的实验平台不能改变学生的观察角度，有的实验不仅要有恰当的高度，还要改变θ、β的角度才能取得观察结果。例如：平面镜成像实验，凸透镜成像实验， 我们可以利用生活中常见的器材通过巧妙的组合，稍做改造，就可以解决这类问题。
方案1：利用可旋转提篮，制作过程是将4个万向轮用螺丝分别固定在实验室常用的提蓝四角上，然后把提蓝倒置就可使用了，在上面演示平面镜成像，可以使学生在不同角度观察。
方案2：利用相机支架，如图5，在光具座下加块木板，中间钻孔，正好利用相机支架上的螺栓固定，再利用相机上的两个高度调节和左右调节的扶手，在竖直方向调节高度和水平方向改变θ，可以把实验的不同侧面现象展现在学生眼前，这个实验可以用一只手控制演示实验的平台的水平方向夹角θ。
光的反射定律中反射光线、法线、入射光线（以下简称“三线”）共面问题在各种版本的教材中是间接通过反射面后折后看不到反射光线间接证明的，而光折射规律中折射光线、法线、入射光线（以下也简称“三线”）共面问题在各种版本教材中没有提供实验方法而直接得出结论，甚至一个版本的教材删除了折射时三线共面的结论，而采用下列方法可以让学生直接观察得出光的反射定律和光折射规律中“三线共面”的结论，采用以下方案可以直接解决这个问题。
方案3：利用人们为方便在生活中常用的手机支架（可以旋转θ角和旋转β角），用一块从教室里的簸箕上剪下来的白铁皮轻轻敲平后固定在手机支架的手机固定面上，一大块有机玻璃通过磁体吸附在白铁皮上，两个高功率强激光电筒也通过磁体吸附在白铁皮上（可以在明亮的环境下实验）。其中，法线用一激光电筒射出的光线替代，入射光用一激光电筒射出的光线替代。
这样有机玻璃、两个高功率强激光电筒在白铁皮上的位置可以任意根据需要调节，而手机支架可以任意调节空间β角、θ角，直接让学生从侧面看见光反射时“三线”共面（可以看见“三线”合成一条光线），光的折射及通过旋转恰当的β角，θ角，直接看见光折射时“三线”共面（可以看见“三线”合成一条光线）。
说明：使用这套器材前，可先问学生如何证明一张平整的纸是在一个平面上，引导得出，同学们闭上一只眼，从侧面看这张纸，看到的纸是一条直线时，说明这张纸是一平面。
3 器材来源、成本、物理前辈的思想及现今的思考
以上提到的吸盘、不同型号的强磁铁、照相机支架、手机支架、强激光笔都可以通过淘宝搜索购买，方便、快捷，上述所有实验成本在三百到四百元左右。现在物理实验需要的器材基本都能在淘宝找到，把它们巧妙的组合，就能提高物理演示实验可视性，帮助初中学生解决由形象思维到抽象思维的过渡。
上个世纪中期，苏州大学朱正元教授曾提出过“瓶瓶罐罐做器材，拼拼凑凑做实验”的思想，这个思想在当时物质匮乏的情况下是对的，笔者认为在当今生活富裕的时代下也是对的。
因为这个思想能降低我们做实验的物质条件门槛，同时能让我们老师有更多的选择、创造的可能性，当今的“瓶瓶罐罐”不再是当初视力能及的周边范围的物体，在互联网时代，利用强大的搜索引擎和电子购买手段使我们能在广阔而又狭小的中国村甚至地球村寻找当今的“瓶瓶罐罐”，同时借助互联网迅速地了解广大教育工作者（不仅是物理教师，我们的眼光应更广）“拼拼凑凑”的想法，这些为我们自己的“拼拼凑凑做实验”提供灵感，前辈们的思想和现在的物质条件有机组合，为如今的物理教学提供了更广阔的发展天地。
编者按：
在物理教学中提高物理实验的可视性，是领导和物理教师都十分关心的问题。为此，一些著名的中学和大学物理系，都建设有便于进行演示实验的专用教室，专用教室的地面是阶梯状的，后排学生的坐位高度是逐阶上升的，教师的讲桌又长又宽，便于进行演示实验。演示实验的教室旁设有实验仪器的保管室，便于教师和实验员布置实验设施。
在近二十年来，一些先进的学校，又投资建设了多媒体教室，在演示实验教室中引入多媒体设施，包括多媒体投影仪和实物展示仪，实验展示的条件得到进一步完善[1]。
而国内外教育专家则大力倡导小班上课，学生独立地操作实验仪器，一面操作，一面思考。通过“做中学”在实验过程中培养学生对科学探索的兴趣……
参考文献：
[1]王柏庐.走进中学IT教学[M].北京：高等教育出版社，2003.
（栏目编辑 王柏庐）