实验教学的成效如何，关键在于实验设计。传统的实验设计往往受实验器材、设备等客观因素的影响，难以形象、生动地呈现知识点，难以创设学生自主探究的实验环境。技术环境的更新和配备，为优化实验设计创设了条件。如应用新材料可以改进实验器材，将光传输、热传导等实验难以直观展现的概念和规律通过简便的实验操作明显呈现，顺利打破了教学的瓶颈。应用新设备重构实验设计，针对瞬时速度、静摩擦力、电场强度、库仑定律、光弹性形变、牛顿第二定律和热力学第二定律等难以理解的抽象物理概念和规律，利用传感器等现代教育技术装备创新实验设计，化无形为有形，为学生创设思维的台阶，有效降低学习难度，突破知识难点。
近年来，成都市三原外国语学校“实验科创工作室”不断改进重难点实验，创新实验设计，成果不断，有效突破了教学难点。
一、热机做功实验的改进与创新（该项目荣获四川省初中物理创新实验方案评比一等奖和全国首届中小学实验教学优秀案例展评一等奖）
（一）课标要求
热机做功冲程既是初中物理教材中的一个重点，也是一个难点，教材力求通过以图片和模型的形式让学生理解热机做功冲程中的能量转化问题，以及一个冲程所对应的曲轴转动周数。让学生通过对热机做功冲程的学习，对生活中各种热机进行理解。
（二）实验原型及不足之处
1、在初中物理教学中，物理教师在讲解内燃机时，通常是用内燃机图片或内燃机模型来演示热机做功的现象和说明原理。这样演示比较抽象，不直观，学生不好理解热机做功的原理。
2、图片和模型不能准确反映一个冲程所对应的曲轴转动周数，而这是物理教学中的一个考点，也是难点。
（三）实验创新之处
1.用自制爆燃器引入能量转化。
2.用酒精（或汽油）在钢化玻璃筒中燃烧并爆炸，模拟热机做功冲程。
3.用透明玻璃筒做汽缸学生能直接观察到酒精（或汽油）在玻璃筒中爆炸并推动活塞运动：内能转化为机械能。
4.曲轴正反两面分别为红色和白色，实验完成后通过颜色变化直观反映一个冲程所对应曲轴转动周数。
（四）实验器材
自制爆燃器一套，自制热机做功演示器一套（直筒透明钢化玻璃水杯一个、10号胶塞一个、电火花点火器一个、活塞、连杆、曲轴、轴承一套、主板及底座支架一套、酒精少许和喷雾。
（五）实验装置图
实验装置如图1、2所示。
图1为自制爆燃器：①橡胶塞②针筒③橡胶塞④细线⑤电火花点火器。
图2为自制热机做功演示器：①电火花点火器②橡胶塞③汽缸（钢化玻璃筒）④活塞⑤连杆⑥轴承⑦曲轴 ⑧主板及底座支架。
（六）实验原理
1.燃料燃烧：化学能转化为内能。
2.热机做功冲程：内能转化为机械能。
3.一个冲程对应曲轴转动半周。
（七）实验步骤
1.用爆燃器演示内能转化为机械能实验。
（1）往爆燃器筒内（针筒）喷洒适量酒精。
（2）塞上橡胶塞并轻轻晃动几下。
（3）按动电火花点火器开关，观察酒精在针筒内爆炸并推射出橡胶塞。
2.用热机做功演示器演示热机做功实验。
（1）观察器材，记录曲轴颜色。
（2）往钢化玻璃筒内喷洒适量酒精。
（3）塞上带电火花点火器的橡胶塞，按动电火花点火器开关。
（4）观察酒精在玻璃筒内爆炸推动活塞做功，通过连杆带动曲轴转动。
（5）记录此时曲轴颜色。
（八）实验效果
1.酒精的燃烧并爆炸，能通过透明玻璃筒直接观察到，并且伴有爆炸声。
2.橡胶塞和活塞的运动直观呈现，准确反映能量转化过程。
3.通过曲轴颜色变化，准确得出一个冲程所对应曲轴转动周数。
（九）反思与拓展
1.虽然用喷雾器喷出酒精，能加快酒精挥发填满玻璃筒，但仍然会受室内温度影响（如果在温度较低的冬天进行实验，最好配备一只电吹风）。
2.加上两个小车轮，能直接模拟汽车气缸推动汽车运动。
3.在玻璃筒壁加上温度计，通过温度计示数上升来反映热量的散失，从而解释热机效率总小于1的原因。
二、斜面上物体力的分解实验创新（该项目荣获四川省中小学实验教学优秀案例展评二等奖）
（一）背景和基本思路
斜面上物体力的分解是高中物理教学中的一个难点。在实际教学中，“斜面上物体力的分解实验”只是从理论层面对力的分解实验进行研究，学生不好理解。因该实验的特殊性，不便于制作传统教具来演示，我们就考虑利用数字化实验器材：传感器、采集器、数字显示装置和L型斜面制作一套实验器材，将不可见的实验现象展现出来，方便我们对力的分解进行研究。经过几年的研究与实践，我们与深圳申议实业公司共同开发了“斜面上物体力的分解探究器”。
（二）实物结构图
（三）实验演示方法
1.将该装置底坐垂直于桌面，打开左侧数字测力计开关，用一段细线将重物（金属圈）悬挂在左侧力传感器的探头上，测出重物（金属圈）的重力。2、将该装置水平放置于桌面上，打开两个数字测力计开关，按回零键，再将重物（金属圈）放置在两个力传感器的探头上，可测出正压力和下滑力的大小。3、调节斜面的角度，测出的正压力和下滑力的大小随之改变，通过角度值、正压力和下滑力的大小值以及重物（金属圈）的重力值，经过计算后，可以充分说明力的分解实验现象，也验证了力的平行四边定则。
三、溶液导电实验的改进与创新（该项目荣获成都市初中化学教师实验操作技能大赛创新实验二等奖）
（一）背景和基本思路
初中化学中的溶液导电性实验，一是为了帮助初中学生认识酸、碱、盐的组成特点，理解酸、碱之间的反应实质；二是为高中学习离子反应奠定基础。初中化学中对溶液导电性实验要求不高，不需要对溶液导电性强、弱进行分辨，即只需分辨出溶液导电与否。初中化学实验中所使用的溶液导电实验装置，没有统一成套的、标准化的实验仪器。做该实验，一般采取两种方式：1、就地取材，自制一套溶液导电性实验装置，采用220V交流电和相对应的60W白炽灯泡（实验按如下图所示的原理进行）；2、按照现行教材实验方式，采用学生电源、小灯泡（或LED灯）、小灯座、导线、开关和烧杯等实验器材进行实验（如图1所示）。这两种实验方式都存在一些问题：第一种实验方式实验操作时安全性能较差，仪器体积较大，携带不方便，药品用量也相对较多。第二种实验方式也存在仪器体积较大、较多，组装器材麻烦等问题。
经过反复实验和研究，我们从微型、简单、高效、安全和环保等方面对该实验进行了改进与创新。
（二）改进和创新方式
购买电子元器件和辅材，自制一个小型溶液导电实验检测器，方便我们快速检测溶液是否导电（绿灯亮，溶液不导电；红灯亮，溶液导电）。图2为溶液导电实验检测器实物照片。
该溶液导电性实验检测器内有电子电路、三节七号电池作电源，外有红色、绿色高亮度LED灯各一个，按键开关一个以及两个电极。
（三）实验方法和步骤
1.用50ml烧杯准备好蒸馏水、乙醇、盐酸、氢氧化钠等溶液。2、按下检测器按键开关，绿灯亮，表明此时两个电极不导通（如图3所示）。3、将检测器两个电极插入装有蒸馏水或乙醇的烧杯里（如图4所示），按下检测器按键开关，绿灯亮，表明蒸馏水或乙醇溶液不导电。4、将检测器两个电极用金属丝短接，红灯亮，表明此时两个电极导通。5、将检测器两个电极插入装有盐酸、氢氧化钠的烧杯里（如图5所示），按下检测器按键开关，红灯亮，表明盐酸、氢氧化钠溶液导电。
注意：在做下一实验步骤前，需用洗瓶冲洗两个电极，并用棉球将两个电极擦干。实验完毕后，也需冲洗两个电极，并用棉球将两个电极擦干，取下电池，以便保存。
（四）特点
改进后，实验操作安全性能大幅度提高。使用三节七号电池作电源，没有人触电的危险；仪器微型化，携带方便；药品用量也相对较少，节约了成本；采用高亮度LED灯展示，实验现象非常明显（后排学生仍可清淅看见实验现象）；电极采用铜质材料，表面度镍，有很好的耐腐蚀性；该检测器既可做教师演示实验，也可供学生做探究性实验；在学生做实验时，我们还可以用点滴板实验器材，药品用量极少，真正做到实验微型化，有利于环保。
作者：成都市三原外国语学校 夏彪