低成本、高智慧物理演示实验及范例

黄显吞

广西百色学院物理与电信工程系，广西省百色市533000

摘要：结合演示实验的教学功能，详细介绍一些低成本、高智慧演示实验及范例，特别适合课内外示教以及探究性和研究性学习；并阐述创制高智慧、高教育价值功能的低成本实验是我们的工作重点和努力方向。

关键词：低成本；高智慧；创造性设计；范例

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)3(S)-0055-2お

引言

教师在教学中如能从实验设计和实验方法的高度上把握问题的关键，举一反三、创造性地解决问题，并有效地、恰到好处地运用简单而巧妙的实验使学生不仅知道怎样做，而且弄清为什么要这样做，这样才能反映一名教师的教学能力和知识水平。因此经过适当整理、挖掘和加工，具有高智慧、高教育价值功能的低成本实验会成为宝贵的精神财富。

1 低成本、高智慧实验的意义

真正有价值、有生命力的低成本实验是物理教学实验中简单而巧妙的作品。低成本实验往往取材比较简单，常常用日常用品甚至废弃物品（即坛坛罐罐）取代实验室专用器材。这种简单的实验方法其实很不简单，因为它常凝结着创新思维和创造性设计的结果。即所谓成本低智慧不低、成本低技术含量不低、成本低教育价值不低。开发高智慧、高教育价值功能的低成本实验，不但适合我国的国情，而且在许多发达国家也长盛不衰，这充分展现低成本实验的真正魅力。同时这也应是物理教师的工作重点和努力方向。

2 低成本、高智慧实验的设计思想

物理教师要设计一种很好的实验，使学生在实验过程中不仅仅是满足于获取某一种结论性的内容，而是把重点放在掌握思维过程和思维方法上。所以实验的设计不仅要体现物理思想、符合科学性原则，而且必须反映科学教学思想、符合教学原则。即低成本、高智慧教学物理实验设计与制作应有利于科学性鉴别、物理方法的运用和教学目的明确等，并充分考虑学生的理解能力，本着简洁明快、精巧实效的设计思想，使得原本很复杂，看起来一筹莫展的实验问题迎刃而解，给人以一种畅快淋漓的感受和直呼惊奇的感觉，使学生热爱科学，体会科学方法，体验科学的乐趣，认识物理学的精髓。

3 低成本、高智慧演示实验范例

实验的目的主要是给学生学习物理创造一个良好环境，使学生能主动获取知识和发展知识；实验方法的优点就是将复杂过程进行简化和纯化，突出研究对象的主要因素，以便学生比较容易、比较精确地发现规律。

3.1 简化与纯化例子

实验的教学价值与实验装置的复杂程度成反比，所以对一个原本不太复杂的实验装置做进一步简化，实际上就不是一件简单的工作。例如简易直流电动机的设计方法：如果能省去换向器是最简单巧妙的，但这要么周期性地改变磁场；要么采用可根据线圈转动周期性地变化的电源。这样，很可能设计出一个更复杂而不是简化的电动机。若采用将漆包线引出线（一端的绝缘漆全部刮去，而另一端只刮去一半）当转子转轴使用的只绕一圈的线圈，放在蹄形磁铁磁场中做成的号称“世上最简单电动机”（如图1所示）的实验方法简单得出奇，却精彩得令人叫绝。おお

又如把一颗钢珠放在一支塑料圆柱筒里后使它在斜槽里滚动的“魔鬼下山”实验就很好地说明动能与势能相互转化的原理。这些用一线圈或一钢珠组成的简单而巧妙的装置完全可以作为一件很好的物理教具，不仅激发好奇心，而且使我们的教学内容更生动、更丰富。

3.2 精选与提炼例子

能敏锐地意识到问题的存在并抓住不放、扎扎实实地钻研下去，这是一种对任何一类研究都极其重要的品质。同时从效果、原理、结构（成本）考虑，设计独特、新颖的实验方案。例如：由于尚未见到很直观地演示交流市电特性的实验装置，若采用指针式电表或类似的仪器的方法显然是失效的，因为电表的指针摆动是跟不上50Hz的变化电流的。现采用如图2所示电路：お

此电路把两只不同颜色的发光二极管（设为一红一绿）并联后跟分压电阻串联连接220V的交流市电中。通电后，手拿两发光二极管快速移动，将看到红——绿——红——绿……的顺序排列，这就很好地说明了交流电方向变化的特性。

又如为说明曲率半径不同而受力不同，我们把两只大小、材料都相同的气球吹气成大小不同后用带阀门的胶管连接起来让学生竞猜打开阀门后结果：这种把奇怪现象摆在面前，让他们思想发生矛盾，认识结构发生冲突，会忍不住产生各种猜想并设法寻找知识来解释。这些用两只普通的二极管或气球组成的简单实验装置就可巧妙解决难题，这种实验装置精巧实效且富创新思维，我们欣赏并佩服这种简单而巧妙的作法。

3.3 发掘与创新例子

对前人的研究要尽可能多的了解，特别关注各种方法的基本特点，并注意从众多的表面差别很大的实验装置中发掘和把握其中蕴含的实验方法，巧妙地设计具有创造性的实验。例如对单向可控硅电路的改进：由于现行教材对如所加的直流电的情况未作说明，故易使学生误认为单向可控硅在脉动直流电中也能实现持续导通。采用如图3所示电路就能很好说明：お

此实验只增加一个电键K2（采用脉动直流或滤波后直流电压供电），就能全面直观说明单向可控硅持续导通的特性。而由以上实验就联想到以前“用多个开关控制一盏灯”的电路是一个比较复杂的电路，现采用如图4装置就可完成：おお

此灯开关电路经整流滤波后转由按钮组合控制，步骤为：按下S_1-2、S_2-2、S_3-2、……中任一个按钮，可控硅导通，灯亮；松开后，可控硅失去电压，但由于其自身保持持续导通特性而继续导通。而按下S_1-1、S_2-1、S_3-1、……中任一个按钮，相当于把可控硅短路，可控硅失去电压而截止，松开后灯熄灭。这样把S_1-1和S_1-2、S_2-1和S_2-2、S_3-1和S_3-2、……等组合成的多个按钮开关完成同时控制一盏灯的装置。这样学生就只需透过较少但又比较熟悉的技术细节就可领悟其中简单、实用的物理原理，并体会其中的设计与创作技巧，也使我们的教学更有吸引力。

4 结论

以上这些充分发掘身边材料，选用合理方式的低成本、高智慧实验的设计制作思想及范例，很好地解决了长期以来困扰我们教学的许多疑难问题。使物理教学更有生气，使学生更富有参与感。

同时这些低成本、高智慧演示实验及范例不仅经济、简便，而且趣味性强、赋予启发性，送给我们一种智慧的熏陶和享受。正因为如此，低成本、高智慧的实验是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地很值得我们去开垦，这些精神财富很值得我们去发掘。

参考文献：

［1］罗星凯. 中学物理疑难实验专题研究［M］. 桂林：广西师范大学出版社，1998.

［2］冯容士，陈爕荣. 一物多用的物理小实验［M］. 上海：上海科技教育出版社，1989.［3］刘炳升. 科技活动创造教育原理与设计［M］. 南京：南京师范大学出版社，1999.

(栏目编辑王柏庐)