巧用低成本实验 助力物理教学

周圣峰

摘 要：实验是物理学科重要组成部分，目的在于让学生高效理解和记忆所学物理原理、现象等知识，激发学生学习兴趣，提高物理综合能力。纵观以往高中物理实验教学现状，受实验工具和教学条件等各种因素影响，以至于无法高效开展实验教学，难以满足学生日益增长的学习兴趣，影响物理实验教学效果。低成本物理实验以材料简便、制作有趣等特征受到学生欢迎，更有效调动学生参与探究物理知识积极性和主动性，拓宽学生思维深度，深化对所学物理知识理解，增强动手操作能力，提高物理教学效率。对此，本文则从多方面分析在物理教学应用低成本实验策略，望给予教师教学提供参考。

关键词：高中物理;低成本实验;教学策略

近年来，全面实施的新课程改革成为教育领域研究热点，各个学科也发生较大变化。尤其物理作为高中教育重要组成，该学科知识容量和难度和初中阶段均有所增大，学生在学习时不可避免会出现问题。物理教师在教学中会借助实验方式为学生呈现知识，并让学生积极参与课堂活动。但物理实验受教学条件和其他因素限制，难以发挥优势作用，再加上部分实验方法较为困难复杂，学生在动手操作时频繁出现失误，甚至引发安全事故。低成本实验以结构简单的和操作方式简便的优势获得学生欢迎，更能有效维持持续探究物理知识兴趣，提高物理教学质量。

一、低成本物理实验教育功能

纵观高中物理教学现状，学生普遍存在的问题即对物理学科产生厌烦情绪，虽然目前高中已不划分文理科，但依旧有很多学生发自内心不喜欢物理学科，究其原因多和教师采取的教学方式单一，学生无法高效理解、掌握、应用知识分析和解决实际问题，进而产生厌烦情绪。通常知识理解包括最初的理解，再从理解过渡至巩固，最后从巩固延伸至应用。高中物理教师在实验教学中引入低成本实验能较好地帮助学生理解和记忆知识，提高学习效率。

（一）深化知识理解

大部分高中生在学习物理知识时会产生以下现象，即背诵记忆大量概念、公式、定律，但在解题时依旧陷入迷茫，说明学生并未理解物理知识。教师在课堂教学中应用连贯性语言为学生灌输大量知识，学生因灌输式教学对物理知识产生厌烦和抗拒情绪。再加上物理学科有很多公式、定律、定理、概念知识，教师会解释上述定理与定义来源、证明过程、使用条件，然而依旧有很多学生认为证明过程与自身无关。说明师生处于两个世界当中，其中学生在现实世界中，教师则在物理抽象逻辑世界当中，教师认为理所应当的事情在现实生活世界中会显得较为僵硬，当两个世界无法产生交集点，自然失去沟通。事实上，物理抽象世界与现实生活有着紧密联系，物理来源于生活各个领域并服务于生活，而现实生活也有很多物理知识，研究世界上大至宇宙、地球，小至微观世界中的一颗基本粒子等物质运动形式。换言之，当前物理教师在教学中只从抽象角度加以解释，并未引领学生从现实世界走入抽象世界，所以教师应将物理回归现实生活，让物理知识成为现实物质中知识，由此一来学生才能高效理解和记忆物理知识，低成本物理实验就能达到这一教学目标，缩短抽象物理知识与已有知识经验间差距，提高物理教学效率。

（二）强化知识迁移

学习属于不断持续和内化的过程，当学生理解和掌握部分知识时就会形成相关知识经验和知识体系，有利于后续学习。大部分学生在此过程中会受旧知影响，也称之为学习与知识迁移。教师应善于引导学生将旧知对所学新知产生正面迁移，从迁移理论发展历程得知，学生认知迁移与真实、复杂教学环境有着紧密联系，需要在此过程中发挥主观能动性，并建立在对实践、体验、探究等各种教学活动理解之上，换言之认知迁移需遵循主体能动性、复杂真实、理解概括三大原则。低成本趣味实验符合上述三大迁移原则，因为低成本实验内容紧贴学生现实生活，实验材料自然而然从现实生活中选取，实验现象十分有趣且新奇，甚至与学生已存储的知识与生活经验形成较大的对比反差。与此同时，低成本物理实验能为学生营造集深入思考和趣味性于一体的学习情境，因为该实验模式不会局限于课堂教学，会朝着课外延伸，体现新课程标准倡导的自主、探究、合作等学习要求，并有效调动学生参与物理学习积极性和主动性。学生在低成本物理实验中对所学知识产生深刻印象，简化理解知识难度的同时不断强化概括、理解能力。

二、在物理教学应用低成本实验策略

（一）观察“失重现象”

高中物理失重教学多运用看图讲述理论知识方式，为了促使学生深刻理解失重现象和知识，物理教师可运用水与废弃矿泉水瓶开展演示实验。运用大头针在一个废弃矿泉水瓶底部扎两个小孔，随即拿出一根细线紧密拴住废气矿泉水瓶口，通过观察发现，装有水的废气矿泉水瓶且处于静止状态时，水流会从矿泉水底部扎开的两个小孔流出，释放矿泉水瓶让其自由下落会发现会并不会从小孔中流出，说明水的失重现象。物理教师依旧先让学生观察实验，随即为其讲解实验原理，即当矿泉水瓶处于静止状态时，瓶中的水会对瓶壁形成压力，瓶子底部小孔内外部压强不均，因而水从瓶子底部小孔流出。矿泉水瓶和瓶内的水会在自由下落状态时受重力作用影响，对下落速度造成影响，说明矿泉水瓶与水处于失重状态，水未对瓶壁形成压力，更没有出现水层间相互挤压力情况。瓶底小孔内外压强为典型的大气压强，所以矿泉水瓶中的水未从小孔中流出。上述实验直观形象且制作简单，更有较强的趣味性，但唯一不足的是，整个实验过程时间短暂，教师可让学生反復观看实验过程和实验现象，对所学知识产生深刻印象。同时实验能激发学生潜在学习兴趣和求知欲望，引导学生从“要我学习”转为“我要学习”，充分体现学生主体作用，符合新课程标准提出要求，更能强化学生思维与观察能力。高中物理教师在教学过程中如果单纯讲解理论知识则难以激发学生学习兴趣，运用低成本矿泉水瓶实验能使知识内容更为生动有趣。实验操作简单，教师在教学时可直接为学生演示，使学生始终处于“受刺激”状态，并深入思考物理教师提出问题：“为何在下落中，水不会从矿泉水瓶下的两个小孔中流出？”再指引学生分析整个体系，尝试动手操作，提高物理教学效率。

（二）验证“惯性大小与质量关系”

牛顿第一定律重难点知识为探究惯性大小与哪种因素有着联系，相关实验观察和研究证实描述惯性物理量为质量。本文在开展低成本实验时选取矿泉水瓶、水、小车等作为探究分析惯性与质量、大小间关系的实验素材，在小车上固定放置装满水的矿泉水瓶，通过观察发现矿泉水瓶中有一个气泡，轻轻推动小车发现瓶中的气泡也会向前运动。物理教师引导学生观察上述实验，再进行解释，即整个体系处于静止状态，此时操作者轻轻推动小车，瓶子中的水在推动小车的一瞬间就会向后运动，目的在于保持静止状态，通过观察这一瞬间发现小气泡相对于瓶子也呈现向前运动状态，说明水存在较大的惯性，气泡惯性较小，因而归纳总结道：物体质量越小，抵抗运动状态改变本领越大，换言之，惯性越小。上述实验材料基本都来自现实生活，说明物理实验能直接反映部分生活现象，二者有着紧密联系，基于此维持学生探究物理知识兴趣。与此同时，上述物理实验只需直接观察就能发现规律和得出结论，在课堂内就能完成，体现低成本物理实验直观性与便捷性优势，最重要此类随堂小实验能激发学生探究物理知识兴趣，活跃课堂氛围，提高教学效率。

（三）体验“微小形变实验”

微小形变实验在弹力教学中属于重难点知识内容，其中物理教材为学生呈现的演示实验为运用光学放大法研究微小形变，本文研究在制作低成本实验时运用扁形玻璃瓶，激发高中生潜在好奇心。该实验步骤为，在一个装有红墨水扁形玻璃瓶插入一个细玻璃瓶管，之后用力挤压玻璃瓶，通过观察发现玻璃管中的液体处于随上随下波动状态，借此判断瓶中物体是否出现形变。该实验中的扁形玻璃瓶底部为椭圆型横截面，未压缩细玻璃管时，会发现管壁中有存有一段液柱，在压缩中未改变椭圆形周长，但短长轴处于变长与变短现象。通过调用数学椭圆性质知识得知，在此过程中椭圆面积会逐渐变小，而扁形瓶容积会在高度保持不变情况下变小，因而细玻璃管中的液柱会持续上升。如果在挤压细玻璃管时朝着长轴方向，那么会出现长轴变短和短轴变长现象，椭圆面积也会相应变大，增大扁形瓶容积，逐渐降低细玻璃管中液柱。在上述实验中只要认真观察细玻璃管中液柱升降情况就能判断扁形玻璃管形变情况，直观呈现微小形变知识。上述低成本实验形象生动且直观简明，从学生知识层次、心理特征、认知结构等角度着手，逐层深入，及时解答学生提出在实验中形成的问题，提高学生学习效率。微小形变演示是弹力教学重要组成，目的在于让学生了解任何物体在力的作用下均能发生形变，与此同时，还可引入现实生活常见现象-挤牙膏，可将牙膏的横截面看作椭圆，基本所有学生均有挤牙膏生活经验，在挤的过程中会挤压短轴，挤多厚，长轴牙膏就会自动回缩，物理教师可让学生在课堂教学中演示这一现象，深化学生对微小形变知识理解。

结束语

实验是高中物理教学不可缺少的组成，教师在全新的教育理念下应注重结合学生学情创新实验方式，引入低成本实验能帮助学生深化对所学知识理解和应用，增强学生动手操作能力和探究思維能力，改变以往被动思考和学习现状，并基于此打破思维禁锢，促使学生学会基于多元角度分析和解决物理问题，提高物理实验教学效率，对学生未来发展有着重要现实意义。

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