低成本物理实验探究与开发卓德才

杨军

摘要：低成本物理实验可以有效激励学生的学习兴趣、培养他们的动手能力、激发他们的创造性思维。本文根据中学物理教学对低成本物理实验的基本原则和在此基础上的实践进行了阐述，说明了进行低成本物理实验探究与开发的意义。

关键词：低成本物理实验；开发；原则；实例；成效

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2016）03-0287-02

前言：创新就是对陈旧观念、意识的改进，是对原有东西的革新。可以说，没有创新就没有社会的进步，没有创新就没有人类的发展。"创新是一个民族进步的灵魂，国家兴旺的不竭动力——一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界之林。"在教育教学中，既要学会继承亲人留下的丰富的人文、科学遗产，又要有强烈的创新意识，培养学生较强的创新能力，这是全社会、全体教育工作者的一项重要任务。为了实现这一目标，我们在物理实验教学的实践当中，尽可能利用身边简易的材料制造一些实验器材，以低成本实验为主导，进行了有益的探究和开发，向学生演示教材中的实验，或者自己设计一些教材中并没有的实验，并让学生参与其中，达到了明显的效果。物理学是一门实验学科，只有通过实验获得的知识积累，才能使学生深信物理学的科学性和严密性。在通过运用身边的简易材料完成实验的过程中，激发学生的创造性思维和发散性思维能力，使学生从对物理学的神秘感中走出来，让他们知道物理规律其实就在身边时刻体现着，进一步激发他们学习物理的兴趣，在知识的获取过程中，唤醒他们对未知世界的探索意识和坚定信念。

1.低成本物理实验创新与开发的原则和实验实例

1.1 直观性原则。实验的重要作用就是让学生用感官能够直接观察和感受具体的物理现象与实验过程。比如：对滑动摩擦力的理解，是不是物体受到的重力越大，受到的摩擦力就一定越大呢？针对这问题，可选出体重有明显差别的两位学生，体重较大的学生站在倾角较大的斜面上，体重较小的学生站在平地上，两人对拉，会发现体重较大的学生很容易被体重较小的学生拉动。再选出两位体重相当的学生，一位站在粗糙的水泥地上，另一位站在干净的地板砖上，会发现站在地板砖上的学生容易被拉动。通过学生的参与使物理现象的体现，再经细致的分析，摩擦力的规律就会逐步清晰地展示出来。再如：为了加深对纵波这个概念的理解，我找到一个玩具塑料长弹簧，把它套在一个细杆上并水平放置。弹簧的一端固定，手持弹簧的另一端有规律的左右振动，学生会看到振动在弹簧上有由近及远的传播开来，同时还可观察到疏部和密部的形成，同时又深刻理解了"各质点只在各自的平衡位置附近振动，并没有随波迁移"的含义。

1.2 实验的简易性原则。选取的实验器材越简单，学生越熟悉，他们对实验器材的把握程度就越高，就有利于学生的积极参与、有助于实验的顺利进行和物理规律的展示，就越能使学生产生学习的兴趣。其实，有些实验，只要用到诸如直尺、轻弹簧、气球、试管、细杆等作为器材就足够了，教师一定不要把所有的物理实验都设计成高、大、上，使学生误认为只有老师才能找到适合实验的器材。为了说明这一点，我以曾经做过的超重和失重为例，来说明这个问题。首先，为了增加学生对超重和失重现象的感性认识，我先向学生做了两个演示实验。在一把长直尺的一端系挂两个砝码，演示时，手握直尺另一端，向上或者向下加速移动直尺，则可以看到直尺的弯曲程度与静止时相比有明显变化。直尺的弯曲程度变大，似乎说明物体的重量变大了；而弯曲程度减小，又似乎说明物体的重量变小了。通过这个演示实验，使学生对超重和失重现象有了一个初步的认识。随后，在学生的学习热情受到激发之后，我又引导学生，利用身边的资源参与超重和失重的体验。具体操作如下：开始时，学生用手托住汉语大词典（或者较重的物体）保持静止，然后拖着词典加速下落再到静止，在物体运动过程中，能同时感受到失重和超重这两种现象，自然产生了参与的喜悦感，激发了学生的好奇心与求知的欲望，带动了课堂气氛。有了前面的实验感受，我又引入了第三个实验： 选一个尽量深一点的量筒，倒入满刻度的水（为了安全，可在试管底部垫些细沙），把量筒和带有横梁的铁架台一起放在水平放置的台秤上，横梁上用细线挂一个金属球，小球正好完全没入量筒的水中，记下此时物体静止时台秤的示数。演示时，烧断悬线，小球在水中加速竖直下落，在小球下落过程中，可观察到台秤的示数变小，"失重"现象通过台秤示数前后的变化直观的显示了出来。在感受超重和失重的实验中，选取的器材简单易寻，又充分体现了学生的主体地位，课堂效果和教学效率明显，结果令人非常满意。

1.3 实验的创造性。创造力不但是一种知识特征，更是一种认知精神。它不仅表现为对知识的摄取、改组和运用，而且是一种追求卓越的意识，一种积极探索的心里取向和人格特征。而低成本物理实验是学生探究物理规律的一个有机组成部分， 学生通过自主的动手、动脑，使他们的创造力得到培养，实践能力也都得到发展。因此低成本实验的大部分器材可以让学生自己设计制作， 这样可以培养他们的实践能力和创新思维，并在实验的过程中充分体现物理规律 。例如，对伏安法測量电阻的方法——电流表内接法和电流表外接法，测量结果和真实值之间总存在误差，结果不甚令人满意。在学完电学内容之后，我又重新提起这个实验，向学生提出问题：能不能根据已学知识和积累的经验，自己设计实验，使测量结果几乎完全等于真实值？经过分组讨论、探究、论证，在老师的引导下，学生创造性地设计出替代法、电桥法，并且还考虑到了实验过程中对实验器材的保护问题，有效地减小了实验器材带来的系统误差，使实验的精确度大幅提升。很值得一提的是曾经设计过的一个"受迫振动和共振"演示实验装置：我找了一块放木板，在方木板的一端沿同一方向，用钉子固定了几根宽度相同、但长度不同的条形铁片。演示时，手持方木板的另一端有节奏的上下振动，就会发现长度不同的铁片也跟着振动起来，它们的振动周期和手振动的周期相同。当达到一定振动频率时，可以发现其中一根铁片振动的很剧烈，振幅最大，说明达到了共振。改变木板振动的频率，又会发现原来达到共振的铁片振幅减弱，但是另外的某一根铁片却达到了共振，这说明它们的共振频率不同。用这个简单的装置就可以很好的显现受迫振动的特征和共振现象，弥补了现有演示器材共振频率的单一性问题。尽管这些方法对物理专业的人来说或许不是什么新方法，但是对学生而言却是全新的知识建构过程，通过对原有实验的改进和创新，提高了学生的动手能力和参与意识，也实现了素质教育的目的。类似的实验，如自由落体实验、物体的加速度和物体的质量的关系、加速度和作用力的关系、验证机械能守恒定律等实验，都可以鼓励学生根据自己的见解，创造性的设计出有别于教材的实验、或者在原有实验的基础上的改进型实验。

当然，需要说的是，以上提到的低成本物理实验的几点原则并不是相互独立、互不相干的，而是相辅相成的关系，只是某些实验可能在某个方面体现的多些少些的区别而已。所以，教师在进行低成本物理实验的创新与开发方面，不要只专注于一点，这样反倒束缚了我们的手脚。

2.低成本物理实验的成效

在进行低成本物理实验的开发时，我们虽然动用的只是最少的人力、物力和财力，而收到却是最理想的实验效果。做到了低成本物理实验，成本低而智慧不低、成本低而物理内涵不低，成本低而教育价值不低。自制教具准备实验，看似要花相当多的精力，而且老师很辛苦，但长期坚持，却能事半功倍，多年实践说明，这样做能最大限度的挖掘学生的潜力，培养学生的动手能力和观察能力，激发学生强烈的求知欲，通过低成本物理实验的创新与开发，不仅能把学生培养成为有思想、有文化的人，还能把他们培养成为具有"独立思考、科学精神、态度、方法、创新意识和终身学习的能力"的社会新人，我们的教育就要以此为源，以学生为本，让学生积极地参与到物理实验的创新与开发当中去，使学生的思维方式和研究问题的方法得到较大程度的提高。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部 全日制义务教育物理课程标准（实验稿）[S]北京 北京师范大学出版社 2001，7（第1版）：38

[2] 冯冀 课堂教学中对学生创新意识培养的尝试[J]物理教学参考2001，11（1-2）

[3] 新课改下如何改进中学物理演示实验教学[J]物理实验与仪器2007（7-8）