巧用低成本物理实验，实现高效课堂教学

摘要：低成本物理实验因其取材容易、制作简单，不受人力、物力、财力等硬性条件的限制而成为一种重要的物理教学手段.本文结合教学实践，分别从优化课堂导入、突破教学难点、化解经验误区等角度出发，例谈低成本物理实验的开发与价值.

关键词：实验；低成本；导入；难点；误区

作者简介：陈燕琴（1984-），女，浙江台州人，理学硕士，中学一级，研究方向高中低成本物理实验的开发与研究

低成本物理实验，因其取材容易、操作简单、效果明显、趣味更强，而成为创建高效课堂的重要教学手段.

1优化导入，提升课堂魅力

俗话说，良好的开端是成功的一半.利用低成本物理实验设计精彩的新课导入，能有效吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣和动力，为实现高效课堂奠定基础.例如，在必修一《重力 基本相互作用》的新课导入中，可设计如下的低成本实验.

[方案一]

实验材料：两把不锈钢叉子，一小段胡萝卜.

实验设计：教师先试图向学生展示将胡萝卜立在食指上，却总是无法成功的现象.然后，将两把叉子分别插在胡萝卜较低的一端（图1），胡萝卜就能非常安稳地立在手指上.

注意事项：叉子的位置要尽可能低一些，叉子的重心越低，系统稳定性越高，实验越容易成功.

[方案二]

实验材料：两把相同的不锈钢叉子，两根牙签.

实验设计：实验前，教师先通过向学生展示实验器材，引发学生思考如何用牙签将两把叉子稳稳地支撑起来.实验准备中需先将两把叉子的叉齿交互咬合且不松动，再将一根牙签插入齿缝之中，此时，尝试用手指顶起该牙签的另一端（图2a），若能稳稳地撑起叉子而不掉落，则实验已成功了大半.然后，将此牙签放在另一根牙签的尖端上（图2b），又细又尖的牙签就稳稳地撑起了叉子.

注意事项：实验成功的关键在于两把叉子一定要咬合得够牢固，使之能保持一个固定的形状而不散架.

上述两个实验均采用学生非常熟悉的生活用品展现学生意想不到的实验结果，以此构建学生的认知冲突，激发学生的好奇心与求知欲，吸引学生更好地投入到后续的学习中来，并为学生更好地认识重心的等效性奠定基础.利用低成本物理实验，优化教学导入，实现引人入胜的教学效果.

2突破难点，促进新知落实

据全国中学生调查研究显示，物理学科的难度排名第一，学生在学习物理过程中所涉及的对物理概念的领悟、物理规律的理解、物理模型的建立、物理情景的想象都促成了物理学习中的诸多难点[1].利用低成本实验的深入浅出、浅显易懂，可轻松化解教学过程中出现的各种教学难点.例如，在必修二《曲線运动》一节中，曲线运动的条件是诸多学生尤其是基础薄弱学生的一大难点.对高一学生而言，曲线运动是一个全新的物理概念，虽然生活中并不陌生，但由于缺乏知识基础，很难让学生将生活经验构建、抽象为清晰的知识概念.传统的理论分析法往往因为过于抽象且要求学生具有较强的逻辑思维能力而使学生颇感枯燥、难懂.囫囵吞枣地机械式记忆，终难实现学生由表及里的深层次理解而形成清晰的、深刻的本质认识，亦难以激发学生进一步深入学习的兴趣和动力.巧用低成本物理实验实现生活经验与理论知识的巧妙衔接，不仅能让学生获得物理源自生活并服务生活的学科价值体验，而且能化抽象为形象、化枯燥为有趣，实现难点突破.例如，在突破曲线运动条件这一教学难点时，可设计如下低成本实验.

实验材料：一个矿泉水瓶，几滴墨汁，一把剪刀.

实验设计：用剪刀分别在矿泉水瓶瓶颈与底端处剪个洞，装入水并滴上几滴墨汁，使瓶中的水颜色醒目.引导学生了解流出去的水仅受竖直向下的重力的基础上，分别展示底端的洞口竖直向下、水平、斜向上、斜向下时水流的形状（如图3），逐步引导学生探究曲线运动的条件.

注意事项：矿泉水瓶上下各开一个洞，有助于水能够顺利地流出，两个洞最好位于瓶子的同一侧，方便灌水.实验中，为使实验现象更明显，可用颜色较显眼的墨水（如黑色、红色）给矿泉水染色，并配以白纸或白墙等作为实验背景.

通过实验的直观观察，再附加以现象到本质的理论分析，轻松化解抽象的逻辑思维过程中的学习障碍，让学生在感受物理趣味的同时，突破教学难点.

3走出误区，化解学习障碍

物理学是一门以观察、实验为基础的学科，物理知识的形成与生活经验密切相关，但是一些错误的生活经验亦会对物理学习产生巨大的负面影响而形成不容小觑的学习障碍，例如学生头脑中存在的前概念、直觉概念、朴素概念及学习中形成的相异概念、错误概念等都会对学生的有效学习产生巨大的阻力.巧用低成本实验的直观性、真实性能有效引导学生走出经验误区，实现高效学习.

例1如图4所示，在装满水的矿泉水瓶底部戳一个小孔，手持瓶子静止时，有水从小孔喷出，则下列几种运动中说法正确的是

A.在瓶自由下落至落地前的过程中，水会从小孔喷出

B.在瓶被水平抛出至落地前的过程中，水会从小孔喷出

C.在瓶被斜向上抛出至落地前的过程中，水会从小孔喷出

D.在瓶被竖直向上抛出至落地前的过程中，水均不会从小孔喷出

学生在面临此题时，虽然已经建立了完全失重的概念，也知道了仅受重力作用的物体会完全失重，但碍于生活中底部有洞的瓶子会漏水的经验太深刻，对于上述类似的问题，历届学生的错误率总是非常高，若依然以理论分析的方式解释此题，恐难以从根本上引导学生走出经验误区，实现学习障碍的化解.

实验材料：一个矿泉水瓶，一把剪刀.

实验设计：用剪刀分别在矿泉水瓶瓶颈与底部处剪个洞，用手遮住瓶底的洞并使瓶子装满水，再向学生展示将遮住瓶底的手移开时水可以非常顺利地流出，如此，让实验现象与生活经验顺利接轨，并为引导学生从错误的前概念出发，走出经验误区奠定基础.教师再用手遮住洞口，并将矿泉水瓶扔往高处，让学生观察是否有水柱流出.通过对比矿泉水瓶静止与斜抛运动时水柱的形成情况，有助于学生理清已有生活经验与理论分析结果之间的本质差异，从而走出心中疑惑与误区，构建正确知识体系.

注意事项：创建矿泉水瓶的完全失重状态，可采取不同的抛体运动方式，但尽可能抛得高一些，以便学生有更多的时间观察实验现象.

例2如图5所示，甲、乙两人在经过一阵“拉锯”之后，乙将甲拉了过去.此过程中

A.乙拉甲的力始终大于甲拉乙的力

B.乙拉甲的力始终等于甲拉乙的力

C.“拉锯”时两拉力一样大，之后乙拉甲的力更大

D.“拉锯”时，有时甲拉乙的力大，有时乙拉甲的力大

此题是必修一《牛顿第三定律》的一道经典习题，虽然学生已经较好地掌握了牛顿第三定律的内容，但碍于生活中获胜方力气较大的固有经验干扰而使错误率居高不下.为彻底化解学生心中的疑惑，可设置如下的低成本实验，

实验材料：一把带有轮子的椅子（图6）.

实验设计：实验前，先让学生推选出班级中力气最大和最小的学生，再让力气大的学生坐在带轮子的椅子上（图7），让双方进行拔河比赛.教师在学生观察了实验结果并有所

启发的基础上，分析其中的获胜技巧，可以达到事半功倍的教学效果.

注意事项：为凸显实验效果，需让力气较大的同学坐在椅子上，并且双脚离地，与力气较小的同学进行拔河比赛.

参考文献：

[1]许晓颖高中物理教学中突破难点的策略[J]. 教育科学：引文版， 2015（24）：00048-00048.