談低成本物理實驗資源開發

卞祖武　賴肖冰

一、引言

低成本物理實驗，泛指利用學生身邊的低成本物料(學習用具、生活物品、廢舊材料、廢棄玩物等)開發的實驗，具有結構簡單、取材方便、操作簡易、安全可靠、成本低廉等特點，以其描繪物理圖像直觀形象深受物理教師喜歡。李政道曾經說過：“自己動手做的儀器，永遠比買來的好。”筆者根據多次承擔省級物理骨干教師培訓的經歷以及對部分地、市中學進行的調查了解到，開發低成本物理實驗的工作并沒有引起足夠重視，僅有少數學校、少數教師，或出于個人興趣，或由于參賽需要，制作少量簡易器材，開發少量簡易實驗。究其原因，一是廣大教師尚未真正認識到低成本物理實驗的教育價值，尤其是在實現三維課程目標上的獨特功能；二是開發低成本實驗從確定項目、制定計劃到收集資料、進行制作都要投入一定時間、精力，教師們感覺“不劃算”。筆者認為，要扭轉這種“不作為”的消極狀態，教師不僅要提高認識，而且要引領學生成為實驗開發的主體，只有這樣，低成本物理實驗才能牢牢植根于新課改的土壤。

二、低成本物理實驗的特點

1.至簡

低成本物理實驗，思路簡明，結構簡單，操作簡便。簡明的思路，揭示了深刻的物理思想。簡單的裝置，利于學生集中注意力，觀察物理現象和過程。簡便的操作，凸顯實驗的實用性。選用橢圓截面的大墨水瓶，注滿紅墨水，瓶蓋上插入孔徑2毫米的細玻璃管，用來演示微小形變的現象，其效果比用復雜的光杠桿系統裝置還要好。正如麥克斯韋所言：“學生用自制儀器雖然經常出毛病，但他卻會比用仔細調整好的儀器學到更多的東西。”

2.至易

低成本物理實驗，材料易得，制作簡易。生活中的一切材料、各種物品，都具有物理屬性。所以身邊的物品、材料都是我們開展物理實驗、探究和認識物理本質的重要資源。例如，一個硬幣可以做近十個實驗，罐頭盒、小氣球、橡皮筋、縫衣針、紐扣、軟木塞、鉛筆、紙張、紙盒、膠帶、乒乓球、一次性輸液管、廢針頭、藥瓶、墨水瓶、蠟紙筒、易拉罐、玩具激光筆、玩具電動機……都可以用來做生動有趣的實驗。這些低成本物料的處理并不復雜，有的基本無需加工，有的僅需稍加制作。

3.至奇

低成本物理實驗，設計新奇，效果奇妙。例如，用礦泉水瓶和藥瓶制作的“浮塵子”，聽任實驗者指揮，浮沉“由心”用廢燈泡、細玻管、橡皮塞、絨布、乙醚等制作的“飲水小鴨”，竟含有力矩與物體轉動、重心、液體壓強、熱力學定律等多個物理原理……這些新穎、獨特、奇妙的實驗帶給學生的新奇感覺和新鮮刺激。

三、低成本物理實驗的教育價值

1.低成本物理實驗促進學生主動建構知識，形成實踐技能

低成本物理實驗取材方便，制作簡單，為學生自己動手、自主實踐提供了最大限度的可能，有利于學生自己操作，充分觀察實驗的全部現象和過程，了解知識發生和發展的來龍去脈,反復品味其中隱含的物理本質和原理。麥克斯韋曾經一針見血指出：“仔細調整好的儀器學生易于依賴，不敢拆成零件。”而用自制低成本器材做實驗，學生再不用擔心損壞儀器。這樣一來，教師包辦代替的成分得到最大程度的減少，學生動手實踐的機會獲得最高限度的增加，在具體操作過程中，學生不斷發現問題，主動尋求方案，生成直接經驗，形成實踐技能。

2.低成本物理實驗引領學生親歷探究過程，學習科學方法

低成本實驗適合課程的探究實際。例如大氣壓強的實驗，用馬堡半球和抽氣機往往難以成功，而利用低成本材料，可以有近百種方法查明大氣壓強的身影。有的學生用兩個小皮碗相互擠壓來探究；有的用漏斗吹乒乓球來探究；還有的對傳統的覆杯實驗進行改進，用軟的蠟光紙代替硬紙板，當軟的蠟光紙蓋住半杯水做覆杯實驗時，發現紙面不是往外突出而是往里凹，這些都說明了大氣壓強的存在。

無論是課堂探究，還是課內教學的補充性探究，或是課外自主探究，低成本物理實驗都為學生經歷探究過程，學習科學方法，體驗探究樂趣，提供了無限豐富的資源支持。

3.低成本物理實驗激勵學生煥發科學情感，養成科學態度

低成本實驗實質上是將其他用途的生活物品、派不上用場的廢舊材料人為地賦予了新用途，有時竟要用自己的身體充當實驗成分處于教學環境之中這種運用場合的新異、課堂結構的新穎，以及實驗結果的新奇，可引發學生的興趣、好奇心與認知動機。例如，在做“覆杯實驗”時，先用硬紙片覆蓋做實驗，發現紙片不會掉下，無論杯中水多水少，情況都是如此。仔細觀察，發現紙片發生了形變，杯口部分向外凸出。改用玻璃片重做實驗，只要玻片保持水平，也不會掉下來；再仔細觀察，看不出玻片有形變發生，但玻片與杯口四周之間拉開一個間隙，被水充滿。從兩次實驗的結果來看，有一點是相同的，即杯內的空間增大了，這一點很可能就是造成紙片或玻片掉不下來的主要原因。這是一個很好的探索性研究課題，要求學生從對實驗的觀察出發去尋找答案。尤其是實驗現象出乎意料，不僅激起學生心中探究的沖動和認知的動機，對培養學生尊重實驗事實的科學態度和綜合運用知識解決實際問題的能力也大有裨益。

四、讓學生成為低成本物理實驗資源開發的主體

讓學生成為低成本物理實驗開發的主體，就是要引導學生主動觀察大自然及生活中的物理現象，探究其中的物理原理；就是要引領學生自主生成開發項目，搜集低成本物品、材料，自制簡易實驗器材，進行物理實驗探究。

讓學生成為低成本物理實驗資源開發的主體，絕不能忽視教師的主導地位和引領作用。在整個過程中，教師要扮演好組織者、引導者、合作者、整理者的多重角色。而要做到這一切，教師就必須充分認識低成本物理實驗的教育價值；必須強化低成本物理實驗資源的開發意識。◆(作者單位:南昌師范高等專科學校?搖 江西教育學院)

□責任編輯：周瑜芽