知识 趣味 探究——物理趣味实验的设计

康良溪

（厦门同安第一中学 福建 厦门 361100）

科技游园活动中的趣味物理实验部分，是课堂教学的重要补充与延伸，是开放实验室的一种形式，也是科技游园活动的重头戏.设计、组织良好的趣味物理实验，为学生创设赏心悦目、富有情趣的物理意境，诱发他们去思考与探究，并对实验现象或结果作出科学的解释，不仅能帮助他们复习、记忆、理解学过的物理知识，培养联系实际的能力，而且还能开阔眼界，丰富知识，吸引其探索新的物理现象和规律，增强学习物理的志趣，同时也会给他们留下终身难忘的印象.下面拟谈我们在实验的设计上主要做的几方面工作.

1 精选与设计适合游园活动的趣味实验

趣味性是科技活动的重要特点，科技活动就是要让青少年在娱乐中受教育，在愉快的气氛中把学习科学技术这一艰苦的智力活动，由好奇、兴趣转化为喜好、热爱、追求，进而上升为自觉探索.为此，我们抓住学生好奇的心理，巧妙地设计、组织、表演新奇有趣的实验，使他们在愉快的气氛中探讨问题，接受知识.例如，表演手立鸡蛋（图1）.

图1 表演手立鸡蛋

学生会想：椭圆形鸡蛋怎样立起来？表演者用手扶着鸡蛋，不停地轻旋着，鸡蛋立起来了！提出问题：手立鸡蛋包含什么物理知识？请学生参与，一旦表演成功还可以获一份奖品.于是学生就自动排队等候，跃跃欲试.

趣味实验设计的要求：

（1）项目实验表演的时间不宜过长，因为是活动，表演人员流动性大；

（2）选择较大的场地，因为参加活动的人不仅有主持人，有参与做实验的同学，每次做实验都有一个或多个同学，而且旁边还会围着许多观众；

（3）实验的可见度要高，要能够使所有参与人员都观察清楚，即能把物理过程的变化现象或规律清晰展示出来；

（4）提供的器材要大一些，不能过于微小，因为场地大，人员多；

（5）被观察或感受的主体对比要强烈，要有明显的效果，例如，通过声音、色彩、图像等手段来表现；

（6）要确保实验仪器在活动期间不出或少出故障，实验操作方法除了技巧外，不能繁琐；

（7）实验的难易程度要适宜且要有安全性.难度小，学生不易有兴趣；难度大，学生易失去兴趣，不愿意再探究下去.

图2 感受自感现象

例如“自感现象”实验游戏，参加人数可以是5个、10多个或是全班学生，大家手拉手，首尾的学生各自用一只手接触串联电池的两端.当开关闭合后再断开，结果大家没有异常感觉.而当在电路中并联一个镇流器，电路如图2（a），当开关闭合后再断开，学生有触电的感觉，几乎同时叫或跳了起来，但不危险.学生感到这个物理实验的刺激性、趣味性，又了解其中蕴涵的物理知识，可谓终身难忘！学生实验如图2（b）.

在历史上，刺激的实验游戏，如大家所熟知的马德堡半球实验，旨在证明有大气压力存在.1654年5月8日，德国马德堡市的市民们看到一件令人既惊奇又困惑的事情：他们的市长奥托·格里克把两个直径30多厘米的空心铜半球紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空气，然后用两队马向相反的方向拉两个半球，“连16匹马都不能把它们拉开……”市民们惊奇地问：“是什么力量把它们压合得这么紧呢？”……又如，最壮观的是18世纪法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前所做的表演，诺莱特邀请了路易十五的皇室成员临场观看莱顿瓶的表演，他让700名修道士手拉手排成一行，队伍全长达900 ft（约275m）.然后，诺莱特让排头的修道士用手握住莱顿瓶，让排尾的握瓶的引线，一瞬间，700名修道士，因受电击几乎同时跳起来.在场的人无不为之口瞪目呆，叹为观止.诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力.

总之，精心设计与组织趣味性强的物理实验，让物理科技游园活动呈现的许多新奇的物理现象和近代技术，自然地引起学生浓厚兴趣，激发他们的探究心理；活动一旦有收获，有创新，就会使兴趣稳定，就会继续探究，从而开发智力，提高能力，起到“兴趣是最好老师”的作用.

2 设计集知识 趣味 探究于一体的实验

趣味物理实验集知识性、趣味性和探究性为一体.在物理实验表演与探究中，趣味性是手段，不是目的，使学生在轻松、愉快的情境中汲取知识，培养对物理的兴趣和探索精神才是目的.我们切不可盲目地一味地追求趣味性，把实验表演搞成一出毫无思想的闹剧.我们要把表演与探究有机地结合好，设计实验项目必须注意这些关系.运用趣味性设计方式，力求使活动内容和形式生动、风趣、幽默，以“新”引趣，以“创”引趣，以“疑”引趣，在趣中长智.例如，气悬球实验（或叫气流顶球实验，图3），我们设计许多问题，引导学生积极思考，使他们得到训练思维、增长知识的机会.

图3 气流顶球实验

（1）问题思考与探究

1）为什么乒乓球（或气球）会被鼓风机吸住？

2）试分析乒乓球（或气球）悬浮在空气中应用了什么原理.

3）试分析乒乓球（或气球）浮在空气中时的受力情况和球周围的气压大小.

4）如果气流竖直向上吹，球将会怎样？此时受力情况又是怎样？

5）为什么球同时在旋转？为什么它会随气流（气柱）在移动？在生活或生产中，有哪些地方，哪些东西利用了这一原理？或者说哪些生活、自然现象可以用这一原理来解释？

（2）知识运用

1）气压的变化对物体的作用力；

2）空气浮力的工作原理；

3）伯努利原理在气体中的应用.

像类似实验，通过“新奇”现象，教师创设“疑问”，引出趣味，备受学生青睐.它有三个特点：

（1）所要研究的现象，贴近生活，学生有亲切感，易于引发他们通过实验去了解其中蕴涵的物理原理；

（2）实验现象新奇，似乎与情理相悖，但它趣味诱人，能激发学生的好奇心，引发他们探究的欲望.教师可以设计许多问题供学生思考，学生可以在探究过程中得到求知的满足；

（3）实验器材简单，实验条件及难度不高.

综上特点，我们设计集知识、趣味、探究于一体的实验为学生提供探究性学习，最终目的是让学生对物理实验探究性本质的理解和提高探究能力，也让他们的兴趣在科学探究的活动中得到发展.

3 精心组织活动 激发学生主动参与

在设计活动项目时，为了激发学生的主动性与参与性，我们根据学生求知欲强、活泼好动的特点，积极创造轻松、民主的氛围，增强表演者与观众的互动关系，鼓励学生主动参与.例如，事先让学生自主报名当节目主持人，每个节目1～3人，然后对主持人进行集中培训，让他们自主进行操作.

我们要求主持人把节目主持得生动、火爆，以吸引更多的观众参与.每个节目都设有展板，主持人要结合展版上的节目简介，编好解说词，认真考虑使实验表演与适时的解说有机地结合起来.解说对观众的观察、思考等活动起着导向作用，应力求简洁、风趣，富有启发性.做到动情的介绍，精彩的实验，创造高潮迭起的效果，吸引同学来参与，把知识性寓于趣味性、探索性中，使观众流连忘返，回味无穷.

我们还规定实验表演与探究和游戏的规则，要求学生（参与的观众）在表演开始前，说出对实验结果的预测，实验结束后，对现象进行解释，允许并鼓励有不同的见解.观众参与不仅要会表演，还要了解仪器的结构，能说出其中的物理规律或知识，能按规则完成实验游戏并回答相关问题就给他一份奖品.

我们组织的科技游园活动 ——趣味物理实验部分，设计了30余个以中学物理知识为背景的实验.这些实验简单易于操作、趣味性极强，在走廊、操场这些宽敞场地摆出，参与者不仅过了“游戏瘾”，还消除了对理科实验的畏惧心理，建立起对物理学的兴趣.教师们说：“让学生玩这些东西，动手又动脑，和那些几百上千元的仪器一样，对培养学生来讲都是不可缺少的.”学生有的说，学校的科技活动给了他们展示才能的机会，也给了他们动手制作的信心，在参与中丰富了课外知识，受益匪浅；有的说是校园浓厚的科技氛围培养了他们的兴趣，提高了他们的实践能力和科学素养.