中学物理教学过程中低成本实验的资源利用和开发

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【摘 要】低成本物理是对当前中学物理教学有现实意义的课程资源，是能激发学生学习兴趣的课程资源，在中学物理教学中有着重要的作用和意义。本文从四个方面阐述中学物理教学过程中低成本实验的资源开发和利用：低成本实验开发的意义和价值；低成本实验的资源开发和利用途径；低成本实验开发的注意事项；低成本实验设计的基本思路。

【关键词】中学物理教学；低成本实验；资源开发和利用

一般认为，物理学是一门以观察和实验为基础的学科，许多物理知识都是通过实验观察，经过认真的思索总结出来的。可见，物理实验不仅仅是简单动手的过程，更是开发思维的过程，是物理思想在实践中的具体表现。中学物理知识大多数是通过实验引入或验证的，实验教学是物理教学的重要组成部分，也是落实新课程目标的重要途径，随着素质教育的不断推进，物理实验教学愈加重要，如何通过实验教学改进学生的学习方式，培养学生的创新能力，是每个中学物理教师必需探讨的课题。但实验教学又是物理教学的一个薄弱环节，因学校经费不足或设备缺乏等原因，极大地影响了物理新课程的实施，而积极开展低成本实验的研究与开发是解决这一矛盾的有效途径之一。

所谓低成本实验是指实验装置相对简单、实验操作简便易行、实验方法简洁明了、投入低花费少的实验，“低成本”不仅指制作经费上的低成本，同时也应该包括制作时间的低成本、课堂展示的低成本。我们纵观物理学史上包括双缝电子衍射实验、自由落体实验、棱镜色散实验等在内的“最美的十大实验”，绝大多数都是用最简单的实验设备来揭示了最深刻的物理原理，所有这些实验共同之处是他们都牢牢“抓住”了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂，这种美丽是一种经典概念：最简单的仪器和设备发现了最根本、最单纯的科学概念，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。

这些都是通过最简单的实验手段、利用最简单的实验器材，揭示了最深刻的科学真理，在物理学史上留下最美的风景。那么，随着经济的发展和政府对教育投入的不断加大，低成本实验的开发还有重要的价值吗？

一、低成本实验开发的意义和价值

研究表明，中学生天生好奇好动，如果单纯讲解物理概念、定律、理论、相互关系、逻辑等，普遍难以吸引他们的兴趣；如果让他们观察生动有趣的实验，特别是那些操作简单易行、成本也较低的实验，他们的注意力就会高度集中，新奇的实验现象常常出乎他们的意料之外，使他们兴趣盎然、跃跃欲试。比如在讲到“大气压强”时，我首先利用简单的杯子做了一个趣味性的实验：在杯中倒入半杯水，上面用纸盖住，用左手拿着杯身，右手掌压住纸把杯子翻转过来。然后提出问题：“如果我放开右手，杯中的水会不会流下来呢？”大家纷纷回答：“因为重力作用，水肯定会一下就流下来”。当我微笑着拿开右手，学生们看到水依然在杯中的现象时，都发出惊诧：“怎么会这样？”还有的学生叹道“真神奇！”我又趁热打铁问道：“想知道杯子有‘魔法’的原因吗？”“想”学生们异口同声的回答。“物理里面是有‘魔法’的，好好学习物理吧，他能帮助我们解答很多疑惑，也能解决很多问题。”

可见，这种低成本实验能够激发学生强烈的求知欲，使他们对物理学产生浓厚的兴趣，为他们认真学习物理知识注入了无穷的动力，在教学中有着重要的作用和意义。一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学以解决或缓解实验器材短缺问题，满足经济落后地区的中学开展物理实验教学的需要；另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验，以提高学生对物理的学习兴趣，培养学生动手能力和实践能力。世界上即使是最发达的国家和地区也极重视低成本实验，在他们的教学中大量使用教育价值高而成本低的实验，更不用说我们国家的经济刚刚处于腾飞的起步阶段，各地的经济发展也不平衡，低成本实验资源的开发和利用就有了更深刻的意义和价值。低成本实验是对当前物理教育教学有现实意义的课程资源，实验设计的创造性能对学生产生潜移默化的影响，是能激发学生学习兴趣的课程资源。

二、低成本实验的资源开发和利用途径

教师在教学中有意识地增加低成本实验，将使学生动手做实验的机会大大增加。学生通过实验获得对物理现象的明确认识，对概念规律的深刻理解，培养实事求是的科学精神，提高科学学习的兴趣，更好的实现课程目标。物理课程标准中提到“学校和教师应根据课程标准的要求安排足够多的学生实验和演示实验”，也就提倡人人动手做更多的实验。那么，我们可以从哪些方面着手开展低成本实验资源的开发和利用呢？

1.利用身边的日常生活用品做低成本实验

在物理学产生和发展的进程中，低成本物理实验自始至终占有极其重要的地位，它是发现物理奥秘、总结规律的一把钥匙。在物理教学过程中，低成本实验是一种有目的性的操作行为，学生观察实验，自然也会产生自己动手的欲望。如果物理实验过于危险或对材料的要求过高，往往限制了学生的实验行为，也就削弱了学生的兴趣。其实我们身边的许多现象蕴含了深刻的物理知识，巧妙地利用日常生活用品来做低成本实验，则设法让学生多动手做实验（边学边实验、分组实验、课外实验），不仅可以满足学生操作的愿望，更重要是可以让学生不断体会和品尝到“发现问题”和“克服困难解决问题获得成功”后的喜悦，从而提高兴趣，增强信心，增强学习的欲望，进而转化为一种热爱科学的素质和志向。

日常生活用品是指生活中经常要用到的一些物品的统称，包括纸笔、碗盆、线、剪刀、球等等，如果能够巧妙合理的应用于低成本实验，则往往可以取得意想不到的的效果。例如：为了说明物体发声的原因，我拿了一个音叉，用小锤轻轻敲击，音叉发出了美妙的声音，然后叫学生用手轻轻地靠近并接触音叉，学生们就能感受到音叉在振动，如果控制住音叉，声音就消失了；接着将正在发声的音叉慢慢紧靠挂在线上的气球，发现乒乓球多次被弹开。由此提出问题：物体发声的原因是什么？声音的响度与什么有关？如果把这个实验放到月球表面上做，结果会有所不同吗？如果是其他类似物体，能不能也发出声音？接着，我分发给学生一些叉子和长条钢片，学生们纷纷饶有兴趣的做起演示实验。

所以巧妙地利用身边的日常生活用品来做低成本实验是物理教学改革的一个方向。由于低成本实验装置相对简单，成本也较低，操作简单易行，方法简洁明了，因此可以大大增加学生分组实验的可能性，实现人人动手做更多实验，让学生在动手动脑中快乐地学习。这些低成本实验对学生来说感到格外亲切，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。

2.设计操作简单易行的低成本实验

低成本实验的目的就是通过实验仪器的改进与创新，巧妙地将简单的物理原理揭示出来，让学生深切地感受到物理实验的真实性，也可以利用低成本实验帮助学生建构立体的知识系统，突出教学的重点，解决教学难点。如果原来的实验效果不明显，那么可以设计操作简单易行的低成本实验来改进实验的效果。教师引导学生设计简单易行的低成本实验，就是要让学生不停地动脑想：该做什么，怎么做，为什么这么做？以此激活他们的思维，使他们的所有潜能和创造性都充分地表现出来，实现其

科学素质的全面培养和提高。

开发低成本实验，应考虑实验过程的简便性，通过事先的设计与制作，制成可操作性强、稳定性好的教具，体现实验的独特魅力。比如，在讲到浮力时，我问学生：“如何测量水对浸没其中的物体的浮力？”然后介绍《射雕英雄传》中，黄蓉利用海水涨潮的时机解救被大石头“压住”的欧阳克的故事情节。学生们受此启发，设计出用弹簧秤和烧杯组

合的简易实验装置：通过在弹簧秤挂钩上栓一个铁球（或木块）等放入水中，分别测量弹簧秤上的读数变化，得出物体受到的浮力大小，同时也明白了影响浮力的因素。

三、低成本实验设计的基本思路

现代物理学的发展证明：许多物理规律和概念都是从大量的具体事例中抽象出来的。在教学中，必须重视感性认识，使学生通过物理现象、实验过程获得必要的感性认识，是掌握规律，形成概念的基础。“我听了，忘记了；我看了，记住了；我做了，理解了。”这是对实验与掌握知识的关系的通俗概括。历史上许多低成本实验的设计非常巧妙，不仅目的明确、简便明了，而且思考周密、抓住关键，出奇制胜。那么低成本实验的设计的基本思路是什么？我们应该怎样着手进行设计呢？

1.简单的物理原理是低成本实验的指导思想

我们追踪物理学的发展历史，倡导在一定程度上来追寻最原始物理发现的足迹，那就免不了要从基本实验，从低成本实验着手。从低成本实验中探索简单的物理原理，进而得到高产出的知识，里面的含金量更高，对老师和学生也更有意义。比如通过教室里的调档电风扇转速变化，再分组发给学生若干个控制开关，来探讨电磁感应定律、磁场中线圈受力定律、电阻现象、能量转换等知识，就能获得事半功倍的目的。

2.简易的制作材料是低成本实验的现实基础

低成本实验有时也称简易实验，简易的制作材料构成了低成本实验的现实基础。它价格低廉、结构简单，学生司空见惯，充满亲切感。当这些材料在低成本实验中大显身手时，往往让学生大吃一惊，达到一种即在情理之中又在意料之外的效果。比如，我布置了这样的一个低成本家庭实验：取两个完全相同的玻璃瓶或塑料瓶，一个装满沙，另一个装满水，放在同一斜面上滑下，问哪个瓶子滚得比？想想看，为什么？第二天在课堂上，学生们对实验结果纷纷发表看法。

3.简便的操作过程是低成本实验的魅力所在

低成本实验的设计要遵循科学的实验方法，使我们的实验操作在科学方法的指导下进行，避免盲目性，提高工作效率，而简便的操作过程使低成本实验的充满了科学的迷人魅力。比如为了研究凸透镜的成像规律（或验证凸透镜对光线的会聚作用），找一个光源（如太阳光、手电筒、蜡烛等），拿一个凸透镜，所形成的影像（或会聚的光线）就呈现在光屏上，通过调整相对位置，观察成像结果的变化。

四、低成本实验开发的注意事项

开发低成本物理实验主要源于教学实践的规律总结，把握好开发低成本实验的基本思路，灵活地运用各种途径，是开发低成本物理实验的基本前提。设计一个简单可行的低成本物理实验应注意以下基本事项：

1.开发低成本实验要遵循实验的科学性

实验的科学性是指物理实验应该能正确反映物理现象和规律，反映物理现象变化的客观过程。一个设计巧妙的低成本物理实验除了器材上的合理应用以外，还应该包含精彩的实验方法，不仅能够释疑解难，而且能够透过具体的实验给人以解决其他问题所需的智慧方法的启迪，提高学生解决实际问题的能力。

2.开发低成本实验要贯彻过程的简易性

过程的简易性是指制作实验取材过程的易得、制作过程的简单、实验过程的便利，简易性是低成本物理实验本身所具有的特征。制作繁琐、结构复杂的实验，不利于教师和学生的制作，也容易分散学生的注意力。麦克斯韦说过：“一项演示实验使用的器材越简单，学生就越熟悉，就越想彻底地获得所验证的结果”所以，低成本实验只要效果明显符合科学，实验越简易越好。

3.开发低成本实验要追求效果的直观性

效果的直观性是指演示实验时效果明显，易于被学生的感官感知，“千言万语说不清，一看实验就分明”。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，尽可能增加实验的可见度和可信度，提高实验的直观性。

4.开发低成本实验要确保人身的安全性

人身的安全性指实验在准备、制作及演示过程中，要防止实验材料、实验仪器等造成师生的人身伤害。低成本实验主要面向学生针对教学设计，学生容易模仿，有危险性的实验必须排除。所以在设计低成本实验时应该尽量避免一切有危险的和对身体有害的实验。例如在演示托里折利实验时，可以用其他液体代替水银，以避免水银对人体的伤害。

5.开发低成本实验要培养思维的创造性

思维的创造性是指实验在取材、部分或整体结构、实验或演示过程等环节有别于其它的实验。低成本物理实验是学生探究活动的一个有机组成部分，它的作用不仅仅是了解、研究自然规律和获取信息。学生通过自主的动手、动脑，他们的创造力得到培养，实践能力也都到发展。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。

总之，在中学物理教学中，要因地制宜地采取各种手段，尽可能用最少的人力、物力和财力，来加强低成本实验教学。因此应大力加强物理低成本实验的资源开发和利用，来激发学生的学习兴趣和求知欲望，使学生积极参与，通过观察实验动手动脑，主动地获取知识，全面提高我们的教育教学质量和学生的基本素质。

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作者简介：黄起云（1970- ），男，福建省三明市尤溪县人，尤溪县第七中学物理教师