開發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，豐富物理教學(xué)

摘要：物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系非常緊密。新課程倡導(dǎo)物理教學(xué)要“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”，利用身邊的物品制作實(shí)驗(yàn)器材是低成本物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵。教師在中學(xué)物理教學(xué)中要充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)的作用，提高物理實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，通過(guò)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力。在大力提高創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的素質(zhì)教育的今天，研究開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為我們初中物理教師的一項(xiàng)重要工作，并且正在逐步從被動(dòng)進(jìn)行發(fā)展為主動(dòng)進(jìn)行，低成本物理實(shí)驗(yàn)的開展己經(jīng)有了質(zhì)的轉(zhuǎn)變，并且刻不容緩。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué) 低成本實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新 開發(fā)與應(yīng)用 意義

一、低成本實(shí)驗(yàn)的開發(fā)在物理教學(xué)中的價(jià)值所在

低成本實(shí)驗(yàn)的開發(fā)有利于教師將新課程理念更好地應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，提高教師的新課程實(shí)踐能力和業(yè)務(wù)水平，對(duì)教師轉(zhuǎn)變物理教學(xué)思想，開闊物理教學(xué)眼界將起到指導(dǎo)作用，而不會(huì)再將教學(xué)活動(dòng)只局限于教材和課堂，這對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材及設(shè)備缺乏的地方來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是重要的。

低成本實(shí)驗(yàn)的開發(fā)有助于激發(fā)學(xué)生的求知欲，樂(lè)于參加科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，在聯(lián)系實(shí)際中強(qiáng)化實(shí)踐意識(shí)。在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)合作精神，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)”科學(xué)價(jià)值觀。此外，利用身邊的物品制作實(shí)驗(yàn)器材，并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，可以通過(guò)更直觀的現(xiàn)象反應(yīng)客觀的物理規(guī)律，讓學(xué)生感受自然科學(xué)的真實(shí)性，這也正是低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中最具價(jià)值的體現(xiàn)。

低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)成本低，取材方便，花樣多，趣味性強(qiáng)，易操作，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)方向。低成本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新源于生活，又服務(wù)于生活，拉近了物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的真實(shí)性和物理學(xué)獨(dú)有的魅力。彌補(bǔ)一些落后地區(qū)的資源不足，在一定程度上滿足教育的均衡發(fā)展。

二、低成本實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

（一）實(shí)驗(yàn)的替代與改進(jìn)

（1）測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)繩子自由端，使物體勻速上升一段距離，記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，并記錄物體上升的高度h以及繩子自由端移動(dòng)的距離s，然后根據(jù)W有用=Gh和W總=Fs計(jì)算出有用功和總功，按計(jì)算該滑輪組的機(jī)械效率。

該實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難做到勻速豎直拉動(dòng)測(cè)力計(jì)。此外，本實(shí)驗(yàn)只能豎直向上提升重物，不能實(shí)現(xiàn)反向操作，局限性較大。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：用帶有底座的長(zhǎng)60cm寬40cm的長(zhǎng)方形木板替換鐵架臺(tái)，將20rad/min的交流小型電動(dòng)機(jī)（可正反向轉(zhuǎn)動(dòng)）固定在長(zhǎng)木板上，閉合開關(guān)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)細(xì)線提升彈簧測(cè)力計(jì)，從而達(dá)到提升重物的目的。改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向可以達(dá)到反向操作的目的。本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)既能使其勻速運(yùn)動(dòng)又克服了單向操作的局限性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)突破。后續(xù)反饋檢測(cè)表明，學(xué)生掌握得很好。

（2）“并聯(lián)電路”的演示實(shí)驗(yàn)：課本設(shè)計(jì)：用兩個(gè)小燈泡、電池組、三個(gè)開關(guān)、導(dǎo)線若干組成并聯(lián)電路，通過(guò)開關(guān)的通斷來(lái)探究其電路特點(diǎn)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：用開關(guān)、導(dǎo)線改裝玩具汽車，用左右車燈來(lái)演示并聯(lián)電路的特點(diǎn)。用總開關(guān)控制兩燈同亮同滅演示其照明功能，用支路開關(guān)控制其單獨(dú)工作演示其轉(zhuǎn)向指示功能。這一改進(jìn)新穎有趣、簡(jiǎn)便易行，材料易尋，實(shí)驗(yàn)人人會(huì)做，現(xiàn)象直觀形象，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理的親近感。

（二）填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)空白

（1）滑動(dòng)變阻器連入電路中電阻絲的判斷。滑動(dòng)變阻器是靠改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻，從而實(shí)現(xiàn)其控制作用。然而有些學(xué)生在學(xué)習(xí)滑動(dòng)變阻器的知識(shí)時(shí)并不能正確地判斷出滑動(dòng)變阻器接入電路中的那部分電阻絲。為了使復(fù)雜難懂的電路知識(shí)簡(jiǎn)單直觀化，可以把二極管串聯(lián)在電阻線上，用二極管發(fā)光來(lái)顯示是哪部分電阻線接入電路。這一改進(jìn)取材簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)精巧、現(xiàn)象直觀顯著、教學(xué)效果優(yōu)異。

（2）自制潛水艇。用圓柱形水槽、小玻璃瓶、橡皮管、大號(hào)注射劑、螺絲帽、細(xì)沙、旁邊開有小口的橡皮塞、玻璃管這些器材來(lái)研究潛水艇的浮沉。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在圓柱形水槽內(nèi)放水，將“潛水艇”模型放入水中?？吹剿畯呐赃呴_著的小口慢慢進(jìn)入，玻璃瓶的自重慢慢增大，漸漸下沉，直至沉底，呈現(xiàn)出潛水艇水艙進(jìn)水船體下沉的景象。用注射器通過(guò)橡皮管向玻璃瓶打氣，瓶?jī)?nèi)水被壓出，玻璃瓶慢慢上浮，控制玻璃瓶到懸浮和上浮。

此裝置可以讓學(xué)生在課余時(shí)間自己動(dòng)手制作，在課堂上，自行操作進(jìn)行展示，同學(xué)間切磋互評(píng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中感悟潛水艇的原理，體驗(yàn)成功快樂(lè)，提升動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)鑒賞、自覺(jué)取人之長(zhǎng)。這一過(guò)程，有助于其邏輯思維和動(dòng)手能力的提高，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（3）“液體可以傳聲”演示實(shí)驗(yàn)。用水槽、塑料袋、舊手機(jī)（或鬧鈴、mp3播放器、半導(dǎo)體收音機(jī)）來(lái)顯示液體能夠傳聲。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)成本低，制作方便、功率小、能夠長(zhǎng)時(shí)演示，既適合教師課堂演示教學(xué)又適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充了液體可以傳聲的實(shí)驗(yàn)空白。

三、低成本實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的研究前景

新課標(biāo)要求科學(xué)探究活動(dòng)形式要多樣，需配備的器材品種多而復(fù)雜。為滿足快速發(fā)展的課程改革需要，更好地開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)器材方面急需作出超常地努力。在數(shù)量上補(bǔ)充器材不足，在功能上改進(jìn)與完善，開發(fā)新實(shí)驗(yàn)填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)空白，成為廣大教師與實(shí)驗(yàn)室工作人員的迫切需要解決的問(wèn)題。而解決這一問(wèn)題的有效捷徑就是開發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)。低成本物理實(shí)驗(yàn)成本雖低，但運(yùn)用的智慧不低，具有的內(nèi)涵不低，教育價(jià)值不低。因此，利用身邊的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，自制實(shí)驗(yàn)儀器，并且以此來(lái)替實(shí)驗(yàn)室專用儀器進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，以此滿足教學(xué)需要，這便是以最小的投入獲得最大的收益，也是低成本實(shí)驗(yàn)研究的精髓所在。

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