摘 要：演示实验是教师在物理教学过程中必备的教学手段，学生通过对演示实验的仔细观察与分析，可以理解其中的物理原理.但部分演示实验在实验效果上稍有缺陷，加上学生不能动手参与，从而造成学生被动学习的场面.教师要以演示实验为抓手，通过师生的情感交流来引导学生发散思维，培养学生自己动手去制作实验器材，在制作过程中发现学生的思维亮点，鼓励学生的实验创新，师生在相互学习的过程中达成教学相长.
关键词：演示实验;师生交流;器材制作;情感交往;教学相长
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）06-0029-04
作者简介：江宁（1970-），男，江苏南通人，本科，中学高级教师，江苏省特级教师，研究方向：科学方法、教学做合一、情感教育等方面的教学研究.
1 问题的提出
在传统的物理课堂教学中，教师通过演示实验来传授物理知识并概括知识要点，学生在无法亲自参与的情况下对所学的物理知识只能被动地接受，机械的记忆方式使学生对知识的运用也大体处于模仿阶段.如果教师在演示实验的基础上，以师生的情感交流为渠道，鼓励学生对实验推陈出新，通过自制实验器材来主动进行实验，那么课堂教学将达到事半功倍的效果.
下面，笔者以初中物理“热机”一节中的实验为抓手来探讨教师如何通过情感交往、实验创新来达成教学相长.
2 热机压缩冲程与做功冲程的实验演示
2.1 热机的能量转化原理
机械能与内能可以相互转化，做功是改变物体内能的一种方式.如图1所示，热机完成一个工作循环需要经历四个冲程，第二冲程为压缩冲程，通过活塞压缩气体来对气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能，气体因内能增加温度升高从而达到燃料的着火点;第三冲程为做功冲程，通过火花塞点火或燃气高温自燃，使汽缸内高温高压的燃气爆炸后对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能[1].
2.2 热机压缩冲程的原理演示
教师在课堂上利用演示实验：如图2所示，准备一只空气压缩引火仪，将少量硝化棉放在引火仪中，盖上盖子密封，用手迅速敲击引火仪的手柄，引火仪的活塞压缩空气使气温迅速上升至硝化棉的着火点，从而看到硝化棉燃烧.教师利用此实验可以演示热机压缩冲程的原理.
在实验过程中，虽然有硝化棉燃烧的火光，但燃烧的火光只有瞬间，而且燃烧时没有爆炸声，让观察者有非常不过瘾的感觉.另外，实验仪器与所用的硝化棉不是常用品，学生课后不能在家里进行再次实验.
2.3 热机做功冲程的原理演示
教师在课堂上利用演示实验：如图3所示，在透明塑料管的底部钻一个孔，将电子打火器的放电针管紧紧地塞进孔中，向管中滴入几滴酒精，再将管口用塞子塞紧，然后按动电子打火器的按钮，酒精蒸气被点燃，学生此时可以看到管内发生爆炸现象，并把管口的塞子推出来.教师利用此实验可以演示热机做功冲程的原理.
因爆炸的危险性，此实验不方便学生在课堂上进行分组操作，由于实验用的电子打火器在市面上、家庭里已几乎缺失等原因，学生课后也不能在家里进行再次操作.
3 教师在课上抛砖引玉
教师的演示实验虽然成功，学生的观察也算目不转睛，但最大的遗憾在于学生不能动手参与，而且瞬间的实验现象让学生意犹未尽.但是教师可以在课堂上巧妙地抓住学生的好奇心理，通过师生交流让学生产生对现象的悬念和要动手的渴望.下面是课堂上一段精彩的师生对话，“情感—交往”的教学方式增添学生的自信心.
教师：同学们，这么好玩的实验，大家想不想都来试试？
学生：想.
教师：但学校器材有限，而且实验中的爆炸也具有很大的危险性，真不适合大家分组操作.
学生：吁……（唏嘘声）
教师：老师在做学生的时候，也像你们现在一样，想自己动手实验，也是因为实验器材的配备不足，没法自己动手.但老师不死心，想办法用火柴替代了书本上的燃料，并且自己动手，制作了一把“手枪”.
学生：啊！（非常好奇）给我们看看.
教师：当时，老师利用铁丝、旧散装链条、螺钉、橡皮筋等器材制成一把“火柴枪”，将火柴头作为燃料密封在枪头，借助橡皮的弹力让铁丝撞针来撞击燃料，瞬间就会发生爆炸，爆炸的威力可把火柴梗打出两、三米远.（如图4所示）
学生：能不能教教我？
教师：现在，由于这种器具已经被公安禁用，大家不要去模仿自制.但大家可以按照这个原理，回家自制合法的实验器材.
学生：是否可以对书本上的实验进行改进？
教师：当然可以，而且要鼓励创新，建议大家课后以小组为单位，集思广益，创造发明.同学们，现在的产品好多与一百年前在物理上的基本原理相同，但经过几代人的更新，这些产品变得更加合理、方便.现在，人们对产品的更新仍在继续.可以预见，未来的产品会更加节能、合理、方便、美观.
教師以巧妙的点拨、关爱式的交流、情感的互动，激发学生学习的热情，自制器具成功与否的悬念促使学生去钻研、探究、创新.
4 学生在课后推陈出新
4.1 第1小组的作品：火柴炮
材料准备：长7cm、宽2cm、厚0.5cm的铁板2块，M6（5cm）铁螺钉3根，M6螺母4只，M14螺母一只，橡皮筋4根.
制作过程：（1）将两块铁板的两侧各打穿一个小洞，让铁螺钉能穿过;（2）将一块铁板中心打穿一个小洞，让铁螺钉也能穿过;（3）在另一块铁板的中心再打一个大小相同、深度为0.3cm的洞槽.在两块铁板的两侧穿入铁螺钉，用螺母固定住.将M14螺母焊接在M6螺钉的头部作为器材的撞针尾，然后将螺钉尖部作为撞针头穿入铁板的中心，用橡皮筋将撞针尾部扎好，注意整个撞针要能灵活地来回活动（制作过程中的打孔与焊接，均请家长帮忙）.
实验演示：把火柴头上的红磷燃料轻轻刮入器材的洞槽中，通过橡皮筋使器材中间的撞针将燃料压紧.在空旷的硬地面上，用力将器材的撞针尾部撞击地面，可听见剧烈的爆炸声，同时闻到燃料燃烧的气味，用手触摸撞针的头部，明显有发热的感觉.具体装置示意图如图5所示.
4.2 第2小组的作品：火柴炮
材料准备：长10cm、宽2cm、厚0.5cm的木条2根，大螺母一只，长铁钉一根，橡皮筋3根，少量焊锡.
制作过程：（1）将焊锡烧熔倒入大螺母中，在焊锡将要凝固时，用长铁钉在焊锡中央开一个与铁钉差不多粗细且深0.3cm的小洞;（2）冷却后用两根木条夹住螺母，木条两端与中央分别用橡皮筋绑住;（3）将长铁钉穿过器材上部橡皮筋间的缝隙并在橡皮盘上旋绕两周，头部作为撞针可灵活地插入焊锡的小洞中.
实验演示：同第1小组的作品演示，具体装置示意图如图6所示.在教师的建议下，本小组对实验装置进行改进：在实验器材的尾部系上一些尾须，实验时向上抛出器材，由于器材重心向下的原因，最终肯定是撞针先着地，从而使燃料受压爆炸，向上抛得越高，撞击地面越强烈，实验效果越明显.适当增加燃料量，爆炸效果更好.
4.3 第3小组的作品：水火箭
材料准备：2.5L可乐瓶2只、圆锥形瓶盖一只、橡胶塞一只、自行车气门嘴一根、20cm×20cm软泡沫板一块、塑料胶带若干.
制作过程：（1）将一只可乐瓶的瓶底剪掉;（2）将另一只可乐瓶头、底都剪掉，一端开口处套上圆锥形瓶盖，另一端开口套在第一只可乐瓶的瓶底剪掉处;（3）将橡胶塞削减成可乐瓶口大小，中间开通气孔，把气门嘴底塞入孔中;（4）所有接口处均密封，这样火箭身制成.根据教师的建议，学生在火箭的尾部装上4小片泡沫板作为尾翼.
实验演示：在箭身的饮料瓶里装入不超过1/3的自来水，塞紧橡胶塞后倒放在铁架台上，将打气筒接在气门嘴上打气.等饮料瓶里的气压足够大时，橡胶塞被冲开，自来水从瓶嘴喷出，火箭反向拔地而起.具体装置示意图如图7所示.
4.4 第4小组的作品：酒精雷
材料准备：空塑料药瓶一只、废旧打火机一只、软、硬导线各一根，无水酒精少许.
制作过程：（1）在药瓶下方的左右各开一小孔;（2）取两根5cm长的硬导线，两端剥去塑料皮，将一端磨尖，分别将尖端塞入药瓶的两个开孔中，两线尖端靠近;（3）取出打火机中的压电陶瓷，将它的两极分别与两根软导线相连;（4）再将两根软导线的另一端分别接在药瓶外的两根硬导线上.用手试着压几次压电陶瓷，药瓶内两根硬导线的尖端有放电现象.
实验演示：用大力钳夹住药瓶底，在瓶内滴入几滴无水酒精，盖上瓶盖，用手压一下压电陶瓷，瓶内的酒精蒸气被点火发生爆炸，爆炸气体迅速推开瓶盖.具体装置示意图如图8所示.
从整个制作环节来看，各小组学生在教师的启发下，相互协作、集思广益，不断将作品升级，教师在与学生交流的过程中不断反思自己的教学，正如陶行知先生所希望的：教师在“做”中教，学生在“做”中学.
5 学生的学习进阶
传统的教学理念认为：学生坐在课堂上背口诀、背公式、写作业，这才叫学习，但这种机械式的学习方式最终只能培养出缺乏灵感的考试机器.“布鲁纳认知—发现学习理论”认为：人天生是爱学习的，只不过他们的学习方式建立在兴趣与感悟的基础上.在“情感—交往”的基础上，教师负责搭建可供学生自由发展的脚手架，让学生发挥潜能，让所有学生都研有所思，学有所获，优秀生能吃得饱，学困生也能吃得消，中等生更能“跳一跳摘桃子” [2].教师借助情感的平台，在向学生传授知识的同时，培养学生的动手能力和创造能力，以此发现学生的闪光点，并通过不断肯定学生的方式来促进学生的发展;教师通过交往点燃学生求知的欲望，并为学生搭建自我成功的舞台，让每一个学生的潜能都得到充分发掘，学生在反复被激励的过程中知识得到巩固，思维得到发散，个性得到张扬，从而促成学习进阶.在学生进阶的同时，教师的教学能力也水涨船高式地得到相应提升.
6 几点感悟
陶行知先生的“教学做合一”教育思想认为：学生知识的形成过程，不是被动地接收，而是要让学生在实际操作过程中理解知识.在“做”的过程中，良好师生关系的建立离不开师生的教学互动，学生学习情感的孕育、学习兴趣的培养、学习主动性的调动，离不开师生的“情感—交往”.
师生的“情感—交往”为学生的实验创新构建崭新的阶梯.学生运用已有知识创造性地解决问题、通过创新思维发现新事物，是当今创新教育的主题.在师生交往过程中，学生得到教师的充分信任，敢于在观察中思考、在制作中创新，新意识、新思维、新方法、新技能应运而生.
师生的“情感—交往”为学生的能力培养提供动力.学生能力的提升只有在实践过程中才能得以实现，解决实际问题的能力恰恰又是一个人在实践活动中展示综合素质的一种体现.在师生交往的过程中，学生得到教师的帮助，克服学习过程中的种种磨难，通过化曲为直，积极、主动、愉快地去钻研，从而使能力依托着兴趣成级数式的增长.
师生的“情感—交往”为学生的思维拓展架设桥梁.知识进阶的最终目的是为了思维进阶，而思维进阶反过来又对知识的更新起到促进作用.在师生交往的过程中，学生得到教师的鼓励，敢于质疑、敢于猜想，知识由点到面再到体在学生脑海中形成完整的思维体系，学生在系统掌握知识的同时，又活跃思维、拓宽思路.
师生的“情感—交往”为学生的自我展示搭建舞台.教师在教学中，注重利用学生的成就感所带来的积极体验来促进学生的学习，并使学生获得精神上的满足和享受，是当代国内外课堂教学改革的一個重要特征.在师生交往的过程中，学生得到教师的赞美，时刻发现：我行、我很行、我非常行，主人翁意识得到提高，自豪感和自尊感油然而生.
朱小蔓教授曾经说过：“正因为积极的、有导向性质的情感运动，教学活动才不仅具有传递人类民族文化遗产的功能，而且成为培养个性精神的过程[3].” 离情而教、缺情而做，不能算是教;背情而学、失情而做，不能算是学.因此，教学过程中有了情感，教育功能才能显实，研讨氛围才能显趣，活动全貌才能显真，教学成果才能显新.
参考文献：
[1]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理（九年级上册）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012.
[2]李光宇.基于“学习进阶”理论的物理习题教学策略[J].教学月刊·中学版（教学参考），2016（Z2）：31-35.
[3]朱小蔓.情感教育论钢[M].北京：人民教育出版社，2007.
（收稿日期：2020-11-20）
