初中物理低成本演示實驗的研究與開發

陳先鋒，宋景萍，孫麗萍，曾祥葉，田 然

（貴州師范學院 物理與電子科學學院，貴州 貴陽 550018）

低成本演示實驗器具，指實驗者利用生活中低廉的材料自制教學用具，這在我國有著較為悠久的歷史淵源.著名物理學家朱正元教授就曾倡導“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”[1].隨著我國經濟的快速發展，大部分初級中學的現代教育設施逐漸得到提高和完善，一些教師則忽略了自制實驗教具在實驗教學活動中的重要性.自制教具是否走到了盡頭，將完全被新式儀器所取代呢？

諾貝爾物理學獎獲得者李政道博士說過：“自己動手做的儀器，永遠比買來的好”[2].其主要原因在于自制實驗儀器濃縮了授課教師的教學精華，并非廠制儀器所能代替.近幾年的中考物理試題中，有關自主設計實驗的探究型題型越來越多，如果授課教師在授課的過程當中適當利用低成本自制實驗器材進行課堂教學，學生遇到相關內容時就不會顯得無從下手.由此可見，低成本演示實驗對優化一線教師的課堂教學效果及提升學生學習成績等方面都起著非常重要的作用.

1 貴州地區低成本演示實驗的需求分析

1.1 貴州農村初中實驗教學現狀

物理是一門以實驗為基礎的自然學科，學生對實驗的興趣濃厚程度直接關系到其物理知識體系的建構[3].為了了解初中學生對低成本演示實驗的喜愛度，我們分別對貴州省的貴陽、織金、普安的農村中學的物理老師進行了訪談，并對這些學校中280名學生進行了問卷調查.通過訪問和調查我們發現，多數初中物理老師主要是通過課堂演示和口述實驗兩種方式進行實驗教學，如圖1.1.針對學生喜歡何種實驗教學方式進行調查，57.9%的學生選擇老師自制的實驗儀器，如圖1.2.

圖1.1 初中物理教師采用的實驗教學方式

圖1.2 學生對老師使用實驗儀器的喜愛度

從分析得出，演示實驗在貴州農村初級中學得到了一線物理老師的高度重視，教師自制實驗又很受初中學生喜歡，因此低成本演示實驗的研究在貴州農村初級中學具有一定的前景.

1.2 低成本演示實驗的意義

低成本演示實驗主要利用生活中的物品做實驗，既貼近生活又很新穎，能夠大大激發學生的好奇心和物理學習興趣[4].在指導學生理解物理概念、引導學生大膽創新、提升學生學習物理的興趣等方面具有積極的意義.同時低成本演示實驗取材容易、制作簡單、實驗現象明顯，針對貴州農村地區一些初中學校物理實驗存在的問題，如器材匱乏、師資緊缺等，能夠很好地加以解決.在豐富實驗多樣性、改善貴州農村地區學校實驗現狀方面有重要意義.

2 初中物理低成本演示實驗教學案例

2.1 液體壓強演示器

取礦泉水瓶的上半部分，在靠近瓶蓋約2cm處按圖2.1所示鉆三個孔（孔1、孔2距瓶口約2cm，孔3距瓶口約4cm）.將一只廢棄的水筆中性筆芯洗凈，剪出約1cm長的筆芯三段，分別插入礦泉水瓶已鉆好的孔中，筆芯與瓶身接觸部分用橡皮泥進行密封.將做好的儀器灌入一定量的水，不同深度的三個孔會向外噴水，學生通過觀察噴出水柱的強弱，可以直觀感受到液體沿各個方向均有壓強，并且同一深度壓強不變,隨深度的增加壓強增大[6].再讓學生自己做實驗，將該自制儀器置入水中，實驗效果如圖2.2所示.使用該器具進行教學能夠很好地突破液體壓強與深度關系的教學難點.而且還能讓學生感受到，同一深度液體向不同方向的壓強相等.

圖2.1 液體壓強演示器

圖2.2 液體壓強實驗效果

2.2 慣性演示器

取一張信箋紙，折成一個條狀矩形環，將其立于去掉瓶蓋的礦泉水瓶瓶口，并在矩形環的正上方放一個一角的硬幣.用手迅速彈開矩形環，硬幣由于具有慣性和受到重力的作用會掉入礦泉水瓶中，該實驗在幫助學生理解慣性原理的同時還具有一定趣味性，如圖2.3.

2.3 潛水艇原理演示器

潛水艇原理是中考常考題型，如果學生事先觀察了相關實驗，做類似的題就不會感到陌生.如圖2.4，取一個透明細口塑料瓶，在其蓋子處鉆兩個孔.另取一只用完的水筆中性筆芯剪成一短一長兩截，分別插入已鉆好的瓶蓋孔中.取一長度適當的橡膠管，讓其一端與長的筆芯露出瓶蓋處連接，另一端與注射器的注射口連接，再將瓶頸用焊錫絲或鋁絲加重，使其豎立水中，通過注射器吸、排，控制瓶子上浮和下沉.

圖2.3 慣性演示器

圖2.4 潛水艇演示器原理

2.4 自制溫度計[5]

取一個透明的玻璃藥瓶洗凈，在里面裝滿酒精后滴幾滴紅墨水，使整個液體變為紅色，之后取清理干凈的水筆中性筆芯，將一端插入藥瓶后密封藥瓶，便制成了自制溫度計.用自制的溫度計去測量不同溫度的水，可以明顯觀察到液柱高低的變化，如圖2.5.該實驗巧妙地將液體的熱脹冷縮現象進行放大，化抽象為具體，能夠很好地幫助學生理解溫度計的工作原理.

圖2.5 自制溫度計實驗效果

圖2.6 真空傳聲演示器

2.5 聲音在真空中傳播演示器[5]

將電子生日蠟燭中的發聲芯片和注射器的抽氣柄取出，用細線的一端與發聲芯片連接，另一端與抽氣柄的膠塞處連接，之后將發聲芯片放入注射器中，并將抽氣柄裝回注射器，就做成了一個聲音在真空中傳播演示儀，如圖2.6.排出注射器中空氣后用橡皮堵住抽氣口，再拉動抽氣柄即可演示聲音在真空中的傳播.相對于初中物理課本的真空罩做聲傳播實驗，本裝置具有器材簡單、成本低兩大優勢.

2.6 彩虹形成演示器

取一個三菱鏡，用一只大電筒（學校保安室一般都有）照射三菱鏡，透過三菱鏡的光會在教室的墻面上呈現一條彩色的光帶，如圖2.7所示.該實驗的創新之處在于用強光手電筒模擬太陽光，實驗效果非常明顯.

圖2.7 彩虹原理演

圖2.8 小孔成像原理

2.7 小孔成像演示器[5]

如圖2.8，將硬紙箱裁成約6dm×3dm的長方形，并將其沿6dm的一邊折成四折，做成一個長方體筒.另取一個1.5dm×1.5dm的正方形紙片，中間打一個直徑約為1mm的小孔.將打好孔的硬紙片按圖所示粘貼到長方體筒的一個底面.在長方體筒的另一側距底面約1dm處將其剪開，用白色塑料袋平整地將剪開截面封住，做成接收燭像的光屏.之后將長方體筒重新粘在一起，這就做成了小孔成像演示儀.與初中物理書上小孔成像實驗相比，本儀器在光屏的前端多了一個擋光罩，受外界光線的干擾較小，實驗效果如圖2.9.

圖2.9 小孔成像實驗效果

圖2.10 摩擦起電實驗器

2.8 摩擦起電演示器[6]

取三條約5cm長的非白色細線分別將其一端等間距地粘貼在一次性筷子上，如圖2.10.用塑料袋摩擦礦泉水瓶瓶身后將礦泉水瓶接近一次性筷子的細線，會發現細線向上立起，將手觸碰瓶子摩擦部位后，細線恢復原位，不再被吸引，由此證明摩擦后的瓶子帶了電.

3 結論及建議

低成本演示實驗取材容易，制作簡單，實驗現象明顯，各個地區的物理教育者都可以制作，是很好的輔助教具.同時低成本演示實驗生動形象，能夠激發學生的好奇心及動手積極性，讓學生變被動學習為主動學習，適合各個地區不同基礎的學生[7].在初中物理新課教學中適當引入低成本演示實驗，不僅能夠方便老師進行新課教學，還能很好地突破學生做實驗探究類試題無從下手的難點.因此，不論是一線教師還是即將走入教育崗位的物理教師，都應該注重低成本演示實驗在教學中的應用，既方便自己教學，又讓學生在輕松的氛圍中學好物理.

〔1〕楊勇誠.淺議新課程背景下中學物理實驗室的建設與作用——重溫我國著名物理教育家朱正元先生的物理教育思想[J].物理教師（高中版）,2007,28(10):26-27.

〔2〕卞祖武,賴肖冰.談低成本物理實驗資源開發[J].江西教育（綜合版）,2009(1):47.

〔3〕王較過,李明.對中學物理實驗教學進行改革的嘗試 [J].物理教學探討 （中學教學教研專輯）,2008,26(3):8-10.

〔4〕柳華.探究性教學過程的組織與學習興趣的激發[J].物理與工程,2005,15(5).

〔5〕廖伯琴.八年級物理（全一冊）[M].上海:上?？茖W技術出版社，2012.6.

〔6〕廖伯琴.九年級物理[M].上海:上?？茖W技術出版社,2002.8.

〔7〕路永然.加強物理實驗教學培養實驗探究能力[J].學苑教育,2011(6):59.