开发“一物多用”的科学实验

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  “一物多用”具有神奇的功效,它能让学生从多种角度、多个侧面、多种层次产生奇思妙想,拓宽分析问题和解决问题的途径,是促进创造性思维的有效方法。笔者所在的“科学课程低成本实验的开发与创新能力培养”课题组利用随处可见的废旧物品,如塑料瓶、塑料袋、铅笔、纸张、棉线、镜子、电筒、吸管、乒乓球等,开发出一系列“一物多用”的低成本实验,在科学课上呈现出许许多多的一物新用、一物巧用、一物实用的科学实验,充分发挥了学生的主体作用、参与意识和创新思维。
  
  纸的新用
  
  纸条指向鼻子把白纸剪成一张长15厘米、宽5厘米的纸条,将纸条的一端贴在下嘴唇上,向下吹纸条,可发现纸条不是下垂,而是朝上指向鼻子。原理:当吹出的空气拂过纸上方时,减少了纸面上的压力,在大气压下,纸面下方的空气将纸向上推,进而使纸卷起,指向鼻子。用这个简单的实验可以探讨工程师设计飞机机翼的原理。
  拉不开的书页首先将2本书的开口一页夹着一页地重叠起来,然后由2人用力向外拉拿着的书,却发现拉不开。原理:因为2本书的书页与书页之间重叠起来后,书页之间产生摩擦力,书页重叠得越多,产生的摩擦力就越大,以致用力也无法拉开。用这个简单的实验可以亲身体验摩擦力的存在。
   捅不破的薄纸把一张薄纸展开包住硬纸筒的一端,用橡皮筋固定住,在纸筒中装近10厘米高的细沙。一只手握住纸筒,一只手把木棍插进细沙中,会发现怎么用力也无法捅破薄纸。原理:当把木棍插入时,细沙粒相互碰撞,所用的力被转移到各个方向,只有极少的一部分力作用在纸上,而这有限的力是无法捅破薄纸的。通过研究这个简单的实验,可以解释人们用沙袋挡住飞速射来的子弹的道理。
  窄缝读报纸在一张白纸上刻画出一条5厘米长的尽可能窄的缝隙,把白纸盖在报纸的一段文字上,然后在报纸上来回快速移动白纸,发现通过窄缝可以看清整篇文章。原理:真正看到的是一组窄条,当这组窄条显现的速度足够快时,所有的影像融合成一幅完整的画面,所以能读到整篇报纸。在这个实验中,还可以测量每秒钟窄缝来回移动的次数为多少时,看到的影像最为清晰。
  “拱形”的承重将2块砖放在桌面上,摆成相隔10厘米的“桥墩”,把一张A4纸放在砖头上,将玻璃杯放在纸的中间,往杯里加细砂,直到把纸压弯为止;然后把另一张A4纸弯成拱形,放在两“桥墩”内侧的桌面上,往杯里加细砂,直到把纸压弯为止。可发现把拱形的“桥”压弯需要更多的细砂。用这个简单的实验,可以研究石拱桥:由于“拱形”能使重量分布在桥墩上,具有较大的支持力,载重量远比平桥要大得多。
  
  吸管的巧用
  
  望“水”止渴将吸管插进玻璃瓶里,把橡皮泥塞进瓶口的缝隙里,不让空气进入瓶中。用吸管吸水,会发现不管用多大的力气,也无法吸上瓶子里的水。原理:当瓶口用橡皮泥封住后,外部的空气无法进入瓶中,就不能对瓶里的水施加压力,瓶内的水就不能上升而被吸进嘴里。用这个简单的实验,可以对比得出大气压对日常生活的作用。
  “升高”的差别把粗、细各一的透明吸管并排插进脸盆里的水里,可观察到细吸管中的水升得比粗吸管中的水高。原理:在玻璃和水之间的附着力作用下,水会在插入的吸管里上升,由于细管中的水柱分量比较轻,所以细管中的水会升得高。用这个实验,可以研究吸管的粗细程度与水升高的高度的关系。
  草坪洒水器在离吸管一端5厘米处用剪刀剪一个开口,把吸管折成一个直角。把较短的一端插进装满水的瓶里,吸管上的开口离水面大约6厘米,用口向较长的那一截吸管用力吹气。可看到吸管的开口处喷出水,洒向空气。原理:当对着较长的那一截吸管吹气时,开口周围的气压降低,开口下面的正常气压将瓶里的水压进吸管,水从开口处出来时,气流就会把一颗颗小水珠带到空气中。通过这个实验,可以了解绿化工人用的洒水器的制作原理。
  吸起硬币将硬币放进装有水的玻璃杯中,把吸管的一端插入水中,放在硬币上,吸管的另一端放在嘴里,用力吸,一边吸,一边向上提,会发现硬币被吸管慢慢地吸出水面。原理:由于水的内聚力和粘合力使水分子紧密结合,吸住了吸管和硬币,也让吸管和硬币紧密结合,使硬币离开水底,随吸管到达空中。通过这个简单的实验,可以感受到水的表面张力的大小。
  特大号吸管将几段塑料管连接起来做成一支特大号吸管,在每段塑料管的一端对应剪开2个1.5厘米长小口。将一支吸管与另一支吸管连接,用胶带把接合处粘结牢固。先将三段吸管连接,然后不断地加长。用连接的吸管吸盆里的水,吸到能力极限。通过这个实验可以证明人的吸水高度极限——约2米。原理:用吸管吸水是通过降低嘴里的压强来完成的,水能上升的高度有一定限度,如果水柱被吸取端完全是真空,则水柱可上升约10米左右。然而,人只能让嘴中达到部分真空,所以吸水的高度是有限的。
  
  气球的实用
  
  让头发竖起来把气球吹大,用细线把口扎紧;用纯毛线团磨擦气球表面,然后再把气球靠近头发,会发现头发竖起来。原理:由于被毛线团磨擦过的气球会带上电,可以吸引轻小物体,头发就是被气球上的电荷吸引而竖立起来的。
  小气球吹动大气球把一个气球吹得大一些,另一个气球吹得小一些,用细线将2个气球口扎紧,并留出一段距离。分别把2个气球口套在塑料管上,用细线扎实,用剪刀把缚在气球上的细线小心地剪断。不一会儿,小气球更小,大气球更大。原理:相比较而言,小气球内部的压强较大,大气球内部的压强较小,当2个气球连通后,气体就从压强大的小气球通过塑料管跑到压强小的大气球里。用这个简单的实验可以说明用嘴吹气球时,刚开始较费力,后来就轻松多了的道理。
  刺不爆的气球将气球吹大,用细线扎紧气球口,并在气球表面贴上一小片透明胶带,用针从透明胶带上刺穿气球,可发现气球里的空气慢慢地从针孔里漏出来,但没有发出“砰”的响声。原理:由于透明胶带比较结实,能抵抗压缩空气的力量,所以空气是慢慢地漏了出来;而如果空气从没有胶带的破口冲出时,由于气球很薄,就会爆裂。用这个简单的实验可以解释防爆轮胎的原理。
  气球扩音机把气球吹大,用细线扎紧开口,用手指轻轻敲击气球,听气球发出的声音。然后把气球放在耳朵旁边,用手指轻轻敲击离耳朵最远的气球部位。可以发现气球放到耳朵旁边时,听到的声音要大得多。原理:由于气球内的空气分子间距比气球外的空气分子间距要小得多,所以气球内的空气有着更好的传播声音的能力,由此导致气球放到耳朵旁边时,发出的声音要大得多。
  气球的反冲将细竹管插进气球嘴,用细线扎紧,再用胶带将回形针粘在气球上,粘的位置要使气球能保持平衡,然后将气球挂在两个小朋友用手拉紧的细铁丝上,把气球吹大,突然松手,可见气球一边向后喷气,一边沿着铁丝向前飞去。原理:因为突然松手,气球里的压缩空气就往外喷气,冲击空气,使气球获得一个反冲力,从而使气球向相反的方向飞去。用这个简单的实验可以研究喷气式飞机的工作原理。
  
  创设学生喜爱的玩耍环境和心理氛围
  
  要让学生能够开发“一物多用”的科学实验,最关键的是要创设学生善于提问、敢于质疑、富于联想、乐于探究的玩耍环境和心理氛围。
  教师可以从4个方面创设“一物多用”科学实验的玩耍环境:1)凭借学校科学实验室建开放实验室,定时向学生开发,让学生自由组合,进行探索;2)依托报废仪器、闲置仪器、学生玩具等器材建科学探究室,让学生“开膛剖肚”、发挥联想;3)发动学生收集身边的生活用品、常见动植物、玩具和发明创造作品等在教室的一角建班级科技角,让学生在课余时间的玩耍中创新;4)依靠学生家庭的细小物品、家庭用具、厨房用品、家用电器等在学生自己的书房或卧室建家庭实验室,让学生在自己的小天地里独立思维。
  应特别强调创设学生乐于质疑和创新的心理氛围,让学生真正成为探索的主人。无论学生提出什么样的问题,教师都应给予积极的回应,表示由衷的赞赏,鼓励他们敢于提出问题和勇于实践的精神。
  (作者单位:重庆市武隆县教育条件装备所)
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