学生家庭实验室的开展与指导

江西省九江市第六中学黄金瑞

摘要：

物理实验是进行科学研究的基础，家庭实验室活动的开展有利于学生科学探究能力的培养与发展。

关键词：学生家庭实验室活动开展创新能力的培养

一、创建学生家庭实验室设想的由来

随着新课程改革的不断深入，教师对《物理课程标准》的理念由观望、学习转向理解和接受，我省已有不少地市正在使用或即将准备使用《物理课程标准》下的初中物理教材。

《物理课程标准》将义务教育阶段的物理课程培养目标定位为：提高全体学生的科学素质。让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识，体现从生活走向物理，从物理走向社会。将学到的物理知识和技能应用于生产生活实际，了解科学·技术·社会（STS）的关系，逐步树立科学的世界观。这无疑强化了实验的作用。

《物理课程标准》指出物理学是由实验和理论两部分组成。物理实验既是物理学的特点，也是物理教学的特点，是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础。《物理课程标准》内容中的知识与技能目标都是通过探究过程达到的。《物理课程标准》把科学探究的学习和科学内容的学习放到同等重要的地位。科学的本质是对未知事物的探究。通过科学探究活动，学生不仅可以学到科学知识，还可以体验科学的过程，了解科学方法，受到科学价值观的熏陶。

物理课中的科学探究大多数是通过实验来进行的。根据《物理课程标准》编写的各类教材中涉及到的各类实验多达120多个。如果这些实验都在课堂上完成，将对我们各类学校实验室提出了极高的要求。

大多数贫困地区农村中学普遍缺少实验器材和实验室，即使是一些县市重点中学的实验器材也不完善，教材上大量的实验只有极少数能让学生去完成。即便是这些少量的实验，每小组人数都多达8至12人，很多学生只能旁观，部分做了实验的同学也觉得没什么意思，因为实验的结果早就知道，做实验只是为了验证知识，能玩一玩。而且很多教师认为做实验麻烦，要花很多精力和时间准备，不如采用在黑板上用粉笔画图来讲实验，用做练习题代替实验。长此下去，学生将丧失对科学探究的兴趣，丧失创新精神和创造力。如何解决这一问题，我认为创立学生家庭实验室不失为一个很好的方法。

二、开展学生家庭实验室课外活动的作用

学生的学习活动虽然更多的是在课堂上进行，但开展学生家庭实验室的课外活动则是课堂教学的重要补充。学生通过自制学具、教具，根据物理原理设计实验，通过模仿老师制作的实验器材，相互交流实验心得。这不仅能帮助他们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，吸引他们探索新的物理现象和规律。这是课堂上得不到的，更不是做几道练习题所能代替的。所以，学生家庭实验室课外活动的开展也是课堂教学的延伸。大量课外家庭实验活动培养了学生对物理学习的兴趣，引导他们通过观察和动手实践去分析和解决物理问题，逐步提高他们对物理知识的理解、掌握和运用的能力。开展学生家庭实验室课外活动有以下几个方面的作用。

1. 能培养学生的动手能力，促进基础知识向实际能力转化

开展家庭实验室的课外活动能促进学生的基础知识向实际能力转化，是培养学生动手能力的重要途径。

例如，在学习测量的有关知识后，让学生去自制刻度尺、量筒，通过这样的家庭小实验，学生更容易理解物理量单位的换算、分度值对测量准确程度的影响、估计值的重要性等；学过凸透镜成像规律后，组织学生制作模型照相机，通过对比物和像的关系，使学生更加深刻地理解凸透镜成像规律，像的正、倒关系；学过照明电路后，组织学生安装简单的照明电路板，懂得照明电路最基本的连接方法和使用照明电路应注意的安全事项；学过弹簧伸长的长度与外力的关系后，让学生自制一个测力计，理解测力计的原理和使用方法；学过物体的浮沉条件后，让学生自制一个浮沉子；学过杠杆的平衡条件后让学生自制杆秤等等。通过这一系列的课外实验活动，既激发了学生学习物理的兴趣，又培养了学生的能力。增强了学好物理的信心。

2. 弥补了学校实验器材的不足

我省目前仍是一个人口众多，相对贫穷，教学资源匮乏的农业大省，不可能给市、县、乡各级学校配备大量的实验室和实验器材。如果仅靠现有的实验条件来完成《物理课程标准》中要求的各类实验是不现实的，而学生家庭实验室课外活动的开展弥补了这些不足。

例如，在学习光的反射和折射时，学校现有的光具盘、平行光源严重不足，制约了学生对光的反射和折射现象的探究。但开展家庭实验室活动后，学生能够自己寻找实验用品，如肥皂水、家中废弃的可乐瓶、廉价的激光笔，自己设计实验，通过自己动手探究光的反射和折射规律（图1）。

3. 发挥学生的特长，体验过程，促进情感、态度、价值观等非智力因素的发展

每个学生的个性和特长都是不同的，有的学生抽象思维能力很强，但不善于动手；有的学生动手能力较强，但不善于归纳和总结。家庭实验室课外活动能对前者起促进动手的作用，对后者培养了分析归纳、小结、提取规律的能力。让学生在家庭小实验制作的过程中经历科学探究的过程中会碰到的许多困难，经历的成功和失败，在实验过程中通过学生的讨论交流和相互帮助，建立了相互沟通、信任、合作的精神，从中得到了尊重客观规律的教育，体会到科学家从事科学研究的艰辛，尝到成功后的喜悦，锻炼了自己的意志，领略到物理知识的无穷魅力，使他们对物理学科产生极大的兴趣和情感。心理学认为：“情感是人对客观现实的一种特殊的反映形式。它是人对待外界事物的态度，是人对客观现实是否符合自己的需要而产生的体验。”凡能满足需要的事物，会引起肯定性的体验，如快乐、满足、热爱等。情感的特殊性，正是由这些需要、渴求或意向所决定的，学生在学习物理的过程中，如果把学习物理知识作为自己的需要、渴求或意向，那么他们对学习物理知识就会产生浓厚的兴趣和强烈的求知欲望。

三、学生家庭实验室课外活动的组织与指导

1. 学生家庭实验室课外活动开展的组织原则

（1）面向全体学生

面向全体学生不是一句口号，而应当落实到具体行动中来，学生家庭实验室课外活动不应当只面对少数几个尖子学生，而应当在自觉、自愿的基础上，面对全体学生。通过富于吸引力的课内外实验活动来吸引更多的学生参与，激发学生开展活动的欲望，使他们在活动中形成自己的兴趣，发展其创新能力。

（2）兴趣为先的原则

爱因斯坦说过：“对于一切来说，只有兴趣和热爱才是最好的老师。”从事创造最重要的是要求我们能够为了好奇心，而投入到有创造精神的工作中去。因此教师在教学的过程中应不失时机地激发学生创建家庭实验室的兴趣与热情。

例如在讲“摩擦力”一课时，老师做了一个“直绳吊瓶的实验”，用一根直绳吊起一个花瓶（图2），学生很感兴趣，老师是用什么方法把花瓶吊起来的？有部分同学回家，找花瓶或酒瓶来做这个实验。有的同学发现只要在花瓶中放一个小布球，把绳子插在瓶中后倒过来，让小球、绳子、花瓶口卡在一起，在摩擦力作用下，把瓶子正过来就可以提起瓶子。甚至有的同学还有创新的办法（图3），把一根粗一点的绳子对折插入瓶中，利用绳子和瓶子之间的摩擦也可以把瓶子吊起来。

又如，在讲“热机”一课时，老师演示了两个内能做功的实验：

① 取一只约500mL的透明塑料饮料瓶，配上松紧适度的软木塞和废弃打火机上的压电陶瓷点火装置，按图4所示装好。压动压电陶瓷点火装置，调节瓶内导线尖端距离，当看到放电的火花后，向瓶内滴入几滴酒精，再压动压电陶瓷点火装置，瓶内燃料混合物立即燃烧产生燃气，并“扑”的一声将塞子冲开，对外做功。

② 用液化气点火枪、胶卷盒做了如图5所示实验。按动液化气点火枪按钮，胶卷盒“扑”的一声冲出去了，对外做功。对此学生兴趣非常浓厚，回家纷纷效仿，并尝试解释实验的现象。这样在兴趣的激发下，学生自制的实验器材和项目越来越多，学生家庭实验室的活动也就顺理成章地开展起来了。

（3）因陋就简的原则

贫困地区农村中学，学生家庭普遍不富裕，不可能要求他们购买价格比较昂贵的设备和工具开展家庭实验室活动。因此应充分利用学生家中现有的生活器件，少花钱多办事，发扬“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的精神，因陋就简制作教具和学具。制作材料一般都是废弃物和低成本材料，便于制作，直观性强，而且教师和学生人人都可以模仿和制作，便于在广大农村初级中学推广。

要开展家庭实验室活动应配备的器材：

① 制作用的工具。如家中现有的锯子、起子、钢丝钳、羊角锤、小刀等，这些生活必备工具，将成为我们家庭实验室很好的制造工具。

② 测量用的工具。如刻度尺、钟表、温度计、自制的天平、自制的量筒、自制的弹簧测力计、自制的滑动变阻器、电流表和电压表（需要时可到学校实验室借用）等等可以开展许多家庭小实验，甚至还可以做一些学生的分组实验。

对学生自制测量工具应加以指导，降低学生制作这些仪器的难度，帮助学生克服畏难情绪。

下面介绍一些测量工具的制作方法。

天平的制作：找一根质地均匀的细木棍，两端各系上一个托盘（可用相同的瓶盖代替），中间用细线悬挂起来，木棍一端穿进一个铁环，当作平衡螺母，把大小不同的橡皮擦当作砝码（利用学校天平称出其质量），这样一个天平就制作完成了。

量筒的制作：找一个柱状的饮料瓶，贴上白纸，利用学校的量筒，在白纸上给自制的量筒标出容积的大小。

弹簧测力计的制作：找一块木板当作刻度板，钉上一枚钉子，在钉子上挂橡皮筋，利用学校的钩码给自制的弹簧测力计标上刻度。

滑动变阻器的制作：找一根漆包线（到电机维修部门可以找到）绕在圆铅笔上，把回形针扳开卡在上面，并把回形针能卡着的地方的绝缘漆刮掉，一个滑动变阻器就制成了。

③ 生活中现有的生活器件和废弃的生活用品，如电冰箱、罐头瓶、泡沫塑料、图钉、回形针、可乐瓶、气球、易拉罐、茶叶筒、皮碗式挂衣钩等等都可以作为家庭实验室的器材。

（4）先模仿再创新的原则

需要才是发明创新的动力。学生创新能力的培养，不是一朝一夕就能完成的，必须有一个模仿至创新的过程。

如讲授“大气压强”这一节课，有条件的学校可以演示马德堡半球实验。没有实验条件的学校，在课上介绍马德堡市市长格里克用两个铜制的半球，将里面抽成真空进行实验，验证了大气压的存在。然后让学生想想家中有什么设备或器具可以替代铜制半球来模拟马德堡半球实验。有些同学就想到用家中的皮碗式挂衣钩来模拟马德堡半球实验。

2. 学生家庭实验室课外活动的指导

学生家庭实验室课外活动虽然是由学生自己寻找实验用品，自己动手，自己设计完成的实验，但它离不开老师的指导，离不开学校的支持。老师在指导学生开展家庭实验室活动中，应做到以下几点。

（1）让学生体会到物理是有趣的

伟大的物理学家麦克斯韦说过：“一项演示实验，使用的材料越简单，现象越新奇，学生越熟知，就越想透彻地获得所验证的结果。”因此，在指导学生开展家庭实验室活动中，老师要用生活中常见的器材多做一些趣味性强的演示实验，激发学生进行家庭实验的热情。

例如，在学习完“摩擦力”和“杠杆”后，老师指导学生制作了一个有趣的玩具实验——“猴子爬绳”（图6）。学生在制作的过程中，懂得了实验的制作原理，即“猴子”是靠下肢的杠杆获得上升的动力，靠上肢的静摩擦保持静止而不下滑，在绳子伸缩的拉动下，节节攀升。

在学习了“液体压强”和“大气压强”知识后，让同学们制作了一个“溢损杯”的实验，并结合故事进行情感教育。

传说明朝开国皇帝朱元璋在宴请大臣时，给每一位大臣发了一个特殊的杯子，并让大臣们根据自己功劳的大小给自己斟酒，决定酒的多少。元帅徐达居功自恃，当仁不让地为自己斟满了一杯，可是他发现斟半杯时没问题，当斟满一杯时，竟然流得一滴未剩。寓意为“谦受益，满招损”。故此杯取名为“溢损杯”。

“溢损杯”（图7）制作方法：取一个金属筒，在底部钻一个小孔，并将一根空心的铜管弯成U型，倒置焊接在小孔上，这样一个“溢损杯”就制好了。

在上“大气压”一课时，老师让学生用酒精灯加热废旧易拉罐里的少许水，当罐内的水沸腾后，把易拉罐迅速倒扣在水槽中，学生惊奇地发现易拉罐变瘪了（图8）。神奇的现象吸引了学生轻松地完成了“大气压”一课的学习。

（2）让学生体会到物理是有用的

学生从书本上获得系统的物理知识后，要让学生觉得这些知识有用，能解决实际问题，就会产生新的求知欲望。通过开展学生家庭实验室课外活动，拉近了物理与生活的距离，使学生感觉到物理确实是有用的。

例如在学习了“法拉第电磁感应”现象后，学生在老师指导下，为老师制作了一个话筒，老师使用后，上课感觉到轻松多了。用茶叶筒盖自制的话筒如图9所示。

并且在此基础上老师和学生共同制作了电磁琴，在课间自娱自乐，丰富了课余生活。一根琴弦和一个磁铁自制的电磁琴——法拉第发电机原理如图10所示。

在学习力学和电学知识时，老师指导学生利用家中废弃的泡沫塑料、可乐瓶制作了多种教学和学习用具。可乐瓶制作的系列力学和电学实验装置如图11所示。

（3）引发学生思考

爱因斯坦在《物理学和真实性》中写道：“全部的科学不过是对日常思考的提炼。”老师在指导学生开展家庭实验室课外活动中，应不失时机地引导学生去思考实验产生的现象以及由此折射出的实验原理。

悬浮的陀螺——磁浮列车原理的装置如图12所示。这套实验仪器既是玩具又是学具和教具。在学和玩的过程中，学生掌握了实验技巧，了解了实验原理，解决了旋转的陀螺为什么能悬浮？为什么离开了中心位置，陀螺就会翻转？陀螺悬浮时，受力情况如何？等问题。

例如，在讲“研究液体的压强”一课时，老师做了一个“模仿帕斯卡裂桶”实验。当学生看到老师用一根两端带玻璃管的橡皮管、剪成漏斗状的可乐瓶和一杯水就能压裂一个刻有浅槽的可乐瓶，感觉到非常神奇。回家后，纷纷模仿、探究，观察到盛水的漏斗状的可乐瓶被举得越高，下面可乐瓶中的水喷射得越远，认识了液体的压强跟液体深度的关系。被一杯水压裂的可乐瓶——裂桶实验，如图13所示。

在学习“大气压”知识后，老师指导学生把气球放在底部钻有小孔的可乐瓶中，制作了不封口的气球瓶。实验：瓶中气球如图14所示。同时让学生边做实验边思考：堵住小孔，任你用多大的力也无法把气球吹起来，为什么？放开小孔，气球才可以吹起来，气球被吹起后，再堵住小孔，没有封口的气球也不会变瘪，为什么？等问题。

（4）发展学生创新思维能力和解决问题的能力，养成像科学家一样思考的习惯，经历探究过程

例如在学习了有关“浮力”知识后让学生回家制作两个实验。

① 实验“浮沉子”如图15所示。制作方法：找一个注射药的小瓶子，倒扣在盛有很多水的可乐瓶中，此时，小瓶子漂浮在水面上，盖上盖子。一个“浮沉子”就做好了。然后老师和同学们一起玩“浮沉子”，在玩的过程中，让同学们探究以下问题：用力按压可乐瓶时“浮沉子”下沉，松手时“浮沉子”上浮；用一定的力按压可乐瓶时“浮沉子”可以悬浮。产生这种现象的原因是什么？如何解释？并由学生总结出物体的浮沉条件。

② 实验“两个乒乓球的遭遇”——浮力产生的原因，如图16所示。取一个可乐瓶，剪去底部，留下上面部分作漏斗，把两个乒乓球放在可乐瓶中。让学生探究：当向可乐瓶中倒水时，两个乒乓球会处于何种状态？用手堵住瓶口，又会出现什么现象？从中得出什么结论？透过可乐瓶观察手，会有什么发现？如何解释？等问题。

在学习“流体的压强与流速的关系”时，学生通过自己制作的飞机机翼模型来探究飞机升空的原理。机翼升力原理的实验如图17所示。在学习“光的直线传播和光的反射”时，同学们已经知道利用烟雾来显示光的传播路径；根据理论分析知道潜望镜是利用两块类似于平面镜的装置来改变光路的，使潜艇中的人能看到水面上的情况。再问同学们能不能把潜望镜中的光路显示出来与理论分析进行对比。有的同学想出了办法，即把潜望镜的一个侧面用透明塑料膜密封起来，在潜望镜的背面钻一个小孔，插入点燃的蚊香，就可以利用烟雾来显示光路了。实验装置如图18所示。