淺談學(xué)生家庭實驗室的開展與指導(dǎo)

淺談學(xué)生家庭實驗室的開展與指導(dǎo)

關(guān)鍵詞：學(xué)生家庭實驗室活動開展，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

摘要：物理學(xué)實驗是進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)；家庭實驗室活動的開展有利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)與發(fā)展．

一、創(chuàng)建學(xué)生家庭實驗室設(shè)想的由來

隨著新課程改革的不斷深入，教師對《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的理念由觀望、學(xué)習(xí)階段轉(zhuǎn)向理解和接受，我省已有不少地市正在使用或即將準(zhǔn)備使用《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》下的人教版教材、滬粵版教材及教科版教材．

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》將義務(wù)教育階段的物理課程培養(yǎng)目標(biāo)定位為：提高全體學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)．讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識，體現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會．將學(xué)到的物理知識和技能應(yīng)用于生產(chǎn)生活實際，了解科學(xué)·技術(shù)·社會（STS）的關(guān)系，逐步樹立科學(xué)的世界觀．這無疑強化了實驗的作用．

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出物理學(xué)是由實驗和理論兩部分組成．物理學(xué)實驗即是物理學(xué)的特點，也是物理教學(xué)的特點，是人類認(rèn)識世界的一種重要活動，是進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)；《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中的知識與技能目標(biāo)都是通過探究過程達(dá)到的．《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》把科學(xué)探究的學(xué)習(xí)和科學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)放到同等重要的地位．科學(xué)的本質(zhì)是對未知事物的探究．通過科學(xué)探究活動，學(xué)生不僅可以學(xué)到科學(xué)知識，還可以體驗科學(xué)的過程，了解科學(xué)方法，可以受到科學(xué)價值觀的熏陶．

物理課中的科學(xué)探究大多數(shù)是通過實驗來進行的．根據(jù)我們的統(tǒng)計，《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》及根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》編寫的各類教材中涉及到的各類實驗多達(dá)120多個，如果這些實驗都在課堂上完成，將對我們各類學(xué)校實驗室提出了極高的要求．

據(jù)我們調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)貧困地區(qū)農(nóng)村中學(xué)普遍缺少實驗器材和實驗室，即使是一些縣市重點中學(xué)的實驗器材也不完善，教材上的大量的實驗只有極少數(shù)能讓學(xué)生去完成，即便是這些少量的實驗，每小組人數(shù)都多達(dá)8～12人，很多學(xué)生只能旁觀，部分做了實驗的同學(xué)也覺得沒什么意思，實驗的結(jié)果早就知道，做實驗只是為了驗證知識，能玩一玩．而且很多教師認(rèn)為做實驗麻煩，要花很多精力和準(zhǔn)備的時間，不如采用在黑板上用粉筆畫圖來講實驗，用做練習(xí)題代替實驗．長此下去，學(xué)生將喪失對科學(xué)探究的興趣，喪失創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力．如何解決這一問題，我認(rèn)為創(chuàng)立學(xué)生家庭實驗室將不失為一個很好的方法．

二、開展學(xué)生家庭實驗室課外活動的作用

學(xué)生的學(xué)習(xí)活動雖然更多的是在課堂上進行，但開展學(xué)生家庭實驗室的課外活動則是課堂教學(xué)的重要補充．學(xué)生通過自制學(xué)具、教具、根據(jù)物理原理設(shè)計實驗，通過模仿老師制作的實驗器材、相互交流實驗心得，不僅能幫助他們理解學(xué)過的物理知識，培養(yǎng)聯(lián)系實際的能力，而且還能開闊眼界，豐富知識，吸引他們探索新的物理現(xiàn)象和規(guī)律．這是課堂上得不到的，更不是做幾道練習(xí)題所能代替的．所以，學(xué)生家庭實驗室課外活動的開展也是課堂教學(xué)的延伸．大量課外家庭實驗活動培養(yǎng)了學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)他們通過觀察和動手實踐去分析和解決物理問題，逐步提高他們對物理知識的理解、掌握和運用的能力．

1．能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，促進基礎(chǔ)知識向?qū)嶋H能力轉(zhuǎn)化

開展家庭實驗室的課外活動能促進學(xué)生的基礎(chǔ)知識向?qū)嶋H能力轉(zhuǎn)化，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的重要途徑．例如：在學(xué)習(xí)測量的有關(guān)知識后，讓學(xué)生去自制刻度尺、量筒，通過這樣的家庭小實驗，學(xué)生更容易理解物理量單位的換算、分度值對測量準(zhǔn)確程度的影響、估計值的重要性等；學(xué)過凸透鏡成像規(guī)律后，組織學(xué)生制作模型照相機，通過對比物和像的關(guān)系，使學(xué)生更加深刻地理解凸透鏡成像規(guī)律，像的正倒關(guān)系；學(xué)過照明電路后，組織學(xué)生安裝簡單的照明電路板，懂得照明電路最基本的連接方法和使用照明電路應(yīng)注意的安全事項；學(xué)過彈簧伸長的長度與外力的關(guān)系后，讓學(xué)生自制一個測力器，理解測力器的原理和使用方法；學(xué)過物體的浮沉條件后，讓學(xué)生自制一個浮沉子；學(xué)過杠桿的平衡條件后讓學(xué)生自制桿秤等等．通過這一系列的課外實驗活動，既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生的能力．增強了學(xué)好物理的信心．

2．彌補了學(xué)校實驗器材的不足

我省目前仍是一個人口眾多，相對貧窮，教學(xué)資源匱乏的農(nóng)業(yè)大省，不可能給市、縣、鄉(xiāng)各級學(xué)校配備大量的實驗室和實驗器材．如果僅靠現(xiàn)有的實驗條件來完成《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求的各類實驗是不現(xiàn)實的，而學(xué)生家庭實驗室課外活動的開展彌補了這些不足．

例如：在學(xué)習(xí)光的反射和折射時，學(xué)校現(xiàn)有的光具盤、平行光源嚴(yán)重不足，制約了學(xué)生對光的反射和折射現(xiàn)象的探究．但開展家庭實驗室活動后，學(xué)生能夠自己尋找實驗用品，如肥皂水、家中廢棄可樂瓶、廉價的激光筆，自己設(shè)計實驗，通過自己動手探究光的反射和折射規(guī)律（如圖1所示）

3．發(fā)揮學(xué)生的特長，體驗過程，促進情感、態(tài)度、價值觀等非智力因素的發(fā)展

每個學(xué)生的個性和特長都是不同的，有的學(xué)生抽象思維能力很強，但不善于動手；有的學(xué)生動手能力較強，但不善于歸納和總結(jié)．家庭實驗室課外活動能對前者起促進作用，對后者培養(yǎng)了分析歸納能力、小結(jié)的能力、提取規(guī)律的能力．讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，在家庭小實驗制作的過程中會碰到許多困難，會經(jīng)歷成功和失敗，在實驗過程中通過討論交流和相互幫助，建立了相互溝通、信任、合作的精神，從中得到了尊重客觀規(guī)律的教育，體會到科學(xué)家從事科學(xué)研究的艱辛，嘗到成功后的喜樂，鍛煉了自己的意志，領(lǐng)略到物理知識的無窮魅力，使他們對物理學(xué)科產(chǎn)生了極大的興趣和情感．心理學(xué)認(rèn)為：“情感是人對客觀現(xiàn)實的一種特殊的反映形式．它是人對待外界事物的態(tài)度，是人對客觀現(xiàn)實是否符合自己的需要而產(chǎn)生的體驗．”凡能滿足需要的事物，會引起肯定性的體驗，如快樂、滿足、熱愛等．情感的特殊性，正是由于這些需要、渴求或意向所決定的，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，如果把學(xué)習(xí)物理知識作為滿足自己的需要，渴求或意向，那么他們對學(xué)習(xí)物理知識就會產(chǎn)生濃厚的興趣和強烈的求知欲望．

三、學(xué)生家庭實驗室課外活動的組織與指導(dǎo)

（一）學(xué)生家庭實驗室課外活動開展的組織原則

1．面向全體學(xué)生

面向全體學(xué)生不是一句口號，而應(yīng)當(dāng)落實到具體行動中來，學(xué)生家庭實驗室課外活動開展不應(yīng)當(dāng)只面對少數(shù)幾個尖子學(xué)生，而應(yīng)當(dāng)在自覺、自愿的基礎(chǔ)上，面對全體學(xué)生。通過富于吸引力的課內(nèi)外實驗活動來吸引更多的學(xué)生參與，激發(fā)學(xué)生開展活動的欲望，使他們在活動中形成自己的興趣，發(fā)展其創(chuàng)新能力．

2．興趣為先的原則

愛因斯坦說過：“對于一切來說，只有興趣和熱愛才是最好的老師”，從事創(chuàng)造最重要的是要求我們能夠為了好奇心，而投入有創(chuàng)造精神的工作中去．因此教師在教學(xué)的過程中應(yīng)不失時機的激發(fā)學(xué)生創(chuàng)建家庭實驗室的興趣與熱情．

例如：在講《摩擦力》一課時，老師做了一個“直繩吊瓶的實驗”，用一根直繩吊起一個花瓶（如圖2所示），學(xué)生很感興趣，老師是用什么方法把花瓶吊起來的？有部分同學(xué)回家，找花瓶或酒瓶來做這個實驗，有的同學(xué)還真有發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)只要在花瓶中，放一個小布球，把繩子插在瓶中，倒過來，讓小球、繩子、花瓶口卡在一起，在摩擦力作用下，把瓶子正過來就可以提起瓶子，甚至有的同學(xué)還有創(chuàng)新的辦法（如圖3所示），把一根粗一點的繩子對折插入瓶中，利用繩子和瓶子之間的摩擦也可以把瓶子吊起來．

例如：在講《熱機》一課時，老師演示了二個內(nèi)能做功的實驗：

①取一只約500ml的透明塑料飲料瓶，配上松緊適度的軟木塞和廢棄打火機上的壓電陶瓷點火裝置，按圖4所示裝好，壓動壓電陶瓷點火裝置，調(diào)節(jié)瓶內(nèi)導(dǎo)線尖端距離，當(dāng)看到放電的火花后，向瓶內(nèi)滴入幾滴酒精，再壓動壓電陶瓷點火裝置，瓶內(nèi)燃料混合物立即燃燒產(chǎn)生燃?xì)獠ⅰ皳涞囊宦暋睂⑷記_開，對外做功．

②用液化氣點火槍、膠卷盒蓋子做了如圖5所示實驗，按動液化氣點火槍按鈕，膠卷盒蓋子“撲的一聲”沖出去了，對外做功，學(xué)生興趣非常濃厚，回家紛紛效仿，并嘗試解釋實驗的現(xiàn)象．這樣在興趣的激發(fā)下，學(xué)生自制的實驗器材和項目越來越多，學(xué)生家庭實驗室的活動也就順理成章的開展起來了。

3．因陋就簡的原則

貧困地區(qū)農(nóng)村中學(xué)，學(xué)生家庭普遍不富裕，不可能要求他們購買價格比較昂貴的設(shè)備和工具開展家庭實驗室活動．因此應(yīng)充分利用學(xué)生家中現(xiàn)有的生活器件，少花錢多辦事，發(fā)揮瓶瓶罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗的精神．因陋就簡制作教具和學(xué)具，制作材料一般都是廢棄物和低成本材料，便于制作，直觀性強，可見度大，同時，教師和學(xué)生人人都可以模仿和制作，便于在廣大農(nóng)村初級中學(xué)推廣．

要開展家庭實驗室活動應(yīng)配備的器材：

①制造工具：如家中現(xiàn)有的鋸子、起子、鋼絲鉗、羊角錘、小刀等，這些生活必備工具，將成為我們家庭實驗室很好的制造工具，不需要額外花錢去購買．

②測量工具：如刻度尺、鐘表、溫度計、自制的天平、自制的量筒、自制的彈簧測力計、自制的滑動變阻器、電流表和電壓表（需要時可到學(xué)校實驗室借用）等等可以開展許多家庭小實驗，甚至還可以做一些學(xué)生的分組實驗．

對學(xué)生自制測量工具應(yīng)加以指導(dǎo)，降低學(xué)生制作這些儀器的難度，幫助學(xué)生克服畏難情緒．

下面介紹一些測量工具的制作方法

天平的制作：找一根質(zhì)地均勻的細(xì)木棍，兩端各系上一個托盤（可用相同的瓶蓋代替），中間用細(xì)線懸掛起來，木棍一端穿進一個鐵環(huán)，當(dāng)作平衡螺母，把大小不同的橡皮擦當(dāng)作砝碼（利用學(xué)校天平稱出其質(zhì)量），這樣一個天平就制作完成了．

量筒的制作：找一個柱狀的飲料瓶，貼上白紙，利用學(xué)校的量筒，在白紙上給自制的量筒標(biāo)出體積的大?。?/p>

彈簧測力計的制作：找一塊木板當(dāng)作刻度板，釘上一枚釘子，在釘子上掛橡皮筋，利用學(xué)校的鉤碼給自制的彈簧測力計標(biāo)上刻度．

滑動變阻器的制作：找一根漆包線（到電機維修部門可以找到）繞在圓鉛筆上，把回形針扳開卡在上面，把回形針卡著的地方絕緣漆刮掉，一個滑動變阻器就制成了．

③生活中現(xiàn)有的生活器件和廢棄的生活用品：如罐頭瓶、泡沫塑料、圖釘、回形針、電冰箱、可樂瓶、氣球、易拉罐、茶葉筒、皮碗式掛衣鉤等等都可以作為家庭實驗室的器材．

4．先模仿再創(chuàng)新的原則

需要才是發(fā)明創(chuàng)新的動力．學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不是一朝一夕就能培養(yǎng)好的，有一個模仿創(chuàng)新的過程．如講授大氣壓強這一節(jié)課，有實驗條件的學(xué)校可以演示馬德堡半球?qū)嶒?，沒有實驗條件的學(xué)校，在介紹馬德堡市市長格里克用兩個銅制的半球，里面抽成真空進行實驗，驗證了大氣壓的存在，讓學(xué)生想想家中有什么設(shè)備或器具可以替代銅制半球，模擬馬德堡半球?qū)嶒?？回家后有些同學(xué)設(shè)想到用家中的皮碗式掛衣鉤來模擬馬德堡半球?qū)嶒灒?/p>

（二）學(xué)生家庭實驗室課外活動的指導(dǎo)

學(xué)生家庭實驗室課外活動雖然是學(xué)生自己尋找實驗用品，自己動手，自己設(shè)計完成的實驗，但它離不開老師的指導(dǎo)，離不開學(xué)校的支持．老師在指導(dǎo)學(xué)生開展家庭實驗室活動中，應(yīng)做到以下幾點．

1．讓學(xué)生體會到物理是有趣的

偉大的物理學(xué)家麥克斯韋說過：“一項演示實驗，使用的材料越簡單，現(xiàn)象越新奇，學(xué)生越熟知，就越想透徹地獲得所驗證的結(jié)果”．因此，在指導(dǎo)學(xué)生開展家庭實驗室活動中，老師要用生活中常見的器材多做一些趣味性濃的演示實驗，激發(fā)學(xué)生進行家庭實驗的熱情．

例如：在學(xué)習(xí)完《摩擦力》和《杠桿》后，老師指導(dǎo)學(xué)生制作了一個有趣的玩具實驗——“猴子爬繩”（如圖6所示），學(xué)生在制作的過程中，懂得了實驗的制作原理：“猴子”是靠下肢的杠桿獲得上升的動力，靠上肢的靜摩擦保持靜止，不下滑，在繩子伸縮的拉動下，節(jié)節(jié)攀升．

在學(xué)習(xí)了《液體壓強》和《大氣壓強》知識后，讓同學(xué)們制作了一個“溢損杯”的實驗，并結(jié)合故事進行情感教育．傳說明朝開國皇帝朱元璋在宴請大臣時，給每一們大臣發(fā)了一個特殊的杯子，并讓大臣們根據(jù)自己功勞的大小給自己斟酒，決定酒的多少．元帥徐達(dá)認(rèn)為自己的功勞最大，理應(yīng)加滿酒，可是他發(fā)現(xiàn)斟半杯時沒問題，當(dāng)斟滿了一杯時，竟然流的一滴未剩．寓意為謙受益，滿招損．故此杯取名為“溢損杯”．

實驗：“溢損杯”（如圖7所示）制作方法：取一個金屬筒，在底部鉆一個小孔，并將一根空心的銅管彎成U型，倒放，焊接在小孔上，這樣一個“溢損杯”就制好了．

在上《大氣壓》一課時，老師讓學(xué)生在家?guī)Я艘粋€易拉罐，上課時，讓學(xué)生用酒精燈加熱易拉罐里少許水，當(dāng)罐內(nèi)的水沸騰后，把易拉罐迅速倒扣在水槽中，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)易拉罐變癟了．神奇的現(xiàn)象吸引了學(xué)生完成了《大氣壓》一課的學(xué)習(xí)．

實驗：“大氣的威力——易拉罐怎么了”（如圖8所示）

2．讓學(xué)生體會到物理是有用的

學(xué)生從書本上獲得系統(tǒng)的物理知識后，要讓學(xué)生覺得這些知識有用，解決了實際問題，就會得到滿足，而產(chǎn)生新的求知欲望．通過開展學(xué)生家庭實驗室課外活動，拉近了物理與生活的距離，感覺到物理確實是有用的．

例如：在學(xué)習(xí)了《法拉第電磁感應(yīng)》現(xiàn)象后，學(xué)生在老師指導(dǎo)下，給老師制作了一個話筒，老師使用了以后，上課感覺到輕松多了．

實驗：用茶葉筒蓋自制的話筒（如圖9所示）

并且在此基礎(chǔ)上老師和學(xué)生共同制作了電磁琴，課間自娛自樂，豐富了課余生活．

實驗：一根琴弦和一個磁鐵自制的電磁琴------法拉第發(fā)電機原理（如圖10所示）

在學(xué)習(xí)力學(xué)和電學(xué)知識時，老師指導(dǎo)學(xué)生利用家中的廢棄的泡沫塑料、可樂瓶制作了多種教學(xué)和學(xué)習(xí)用具．

實驗：可樂瓶制作的系列力學(xué)和電學(xué)實驗．（如圖11所示）

3．引發(fā)學(xué)生思考

愛因斯坦在《物理學(xué)和真實性》中寫道：“全部的科學(xué)不過是對日常思考的提練”．老師在指導(dǎo)學(xué)生開展家庭實驗室課外活動中，應(yīng)不失時機的引導(dǎo)學(xué)生去思考實驗產(chǎn)生的現(xiàn)象，折射出的實驗原理．

實驗：懸浮的陀螺------磁懸浮列車原理（如圖12所示）

這套實驗儀器即是玩具又是學(xué)具和教具，在學(xué)和玩的過程中，學(xué)生掌握了實驗技巧，了解到實驗原理。解決了下列問題：

旋轉(zhuǎn)的陀螺為什么能懸浮？為什么離開了中心位置，陀螺就會翻轉(zhuǎn)？陀螺懸浮時，受力情況如何？

例如：在講《研究液體的壓強》一課時，老師做了一個“模仿帕斯卡裂桶實驗”．當(dāng)學(xué)生看到老師用一根兩端帶玻璃管的橡皮管、剪成漏斗狀的可樂瓶和一杯水就能壓裂一個刻有淺槽的可樂瓶，感覺到非常神奇，回家后，紛紛模仿，探究，觀察到盛水的漏斗狀的可樂瓶被舉得越高，下面可樂瓶中的水噴射的越遠(yuǎn)．發(fā)現(xiàn)了液體的壓強跟液體深度的關(guān)系。

實驗：被一杯水壓裂的可樂瓶-----裂桶實驗（如圖13所示）

在學(xué)習(xí)《大氣壓》知識后，老師指導(dǎo)學(xué)生制作了不封口的氣球瓶．制作方法：把氣球放在底部鉆有小孔的可樂瓶中．

實驗：瓶中氣球（如圖14所示）

讓學(xué)生邊做實驗邊思考：堵住小孔，任你用多大的力也無法把氣球吹起來，為什么？放開小孔，氣球才可以吹起來，氣球吹起來后，再堵住小孔，沒有封口的氣球也不會變癟，為什么？

4．發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維能力，解決問題的能力、養(yǎng)成像科學(xué)家一樣思考的習(xí)慣，經(jīng)歷探究過程

例如：在學(xué)習(xí)了有關(guān)《浮力》知識后讓學(xué)生回家制作二個實驗．

①實驗：“浮沉子”（如圖15所示）。制作方法：找一個注射藥的小瓶子，倒扣在盛有很多水的可樂瓶中，此時，小瓶子漂浮在水面上，蓋上蓋子．一個“浮沉子”就做好了．

老師和同學(xué)們一起玩“浮沉子”，在玩的過程中，讓同學(xué)們探究以下問題：

用力按壓可樂瓶“浮沉子”下沉，松手“浮沉子”上浮，用一定的力按壓可樂瓶“浮沉子”可以懸?。a(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么？如何解釋？

你能總結(jié)出物體的浮沉條件嗎？

②實驗：“二個乒乓球的遭遇”------浮力產(chǎn)生的原因（如圖16所示）

取一個可樂瓶，剪去底部，留下上部分作漏斗，把兩個乒乓球放在可樂瓶中．

探究：當(dāng)向可樂瓶中倒水時，兩個乒乓球會處于何種狀態(tài)？然后用手堵住瓶口，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？從中得出什么結(jié)論？透過可樂瓶，觀察手，會有什么發(fā)現(xiàn)？如何解釋？

在學(xué)習(xí)《流體的壓強與流速的關(guān)系》時，學(xué)生通過自已制作的飛機機翼模型來探究飛機升空的原理。

實驗：-----機翼的升力的原理（如圖17所示）

在學(xué)習(xí)《光的直線傳播和光的反射》時，同學(xué)們已經(jīng)知道利用煙霧來顯示光的傳播路徑；根據(jù)理論分析知道潛望鏡是利用兩塊類似于平面鏡的裝置，來改變光路，使?jié)撏е械娜四芸吹剿嫔系那闆r．

那么，同學(xué)們設(shè)想能不能把潛望鏡中的光路顯示出來與理論分析進行對比？

有的同學(xué)設(shè)想出來了辦法，把潛望鏡的一個側(cè)面用透明塑料膜密封起來，在潛望鏡的背面鉆一個小孔，插入點燃的蚊香，就可以利用煙霧來顯示光路了（如圖18所示）．

5．開放實驗室

在指導(dǎo)學(xué)生開展家庭實驗室的課外活動中，還應(yīng)開放實驗室，為學(xué)生的科學(xué)探究活動創(chuàng)造條件．因為大多數(shù)定量的探究實驗，學(xué)生家庭實驗室是無法完成的．如：伏安法測電阻、測電功率，探究串聯(lián)、并聯(lián)