低成本物理創新實驗的設計方法和過程

王世騰

摘 要 基于中學生創新能力現狀分析，探索低成本物理創新實驗實踐，提出低成本物理創新實驗的注意事項，以更好地利用低成本物理創新實驗培養學生的發散思維、創新能力。

關鍵詞 低成本；物理實驗；實驗開發

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）09-0146-02

近年來隨著高校擴招，畢業生數量在不斷增長，就業壓力也越來越大，嚴峻的就業形勢成為社會各界關注的熱點問題。面對經濟下行的壓力，創新是第一動力，只有樹立創新的理念，大力實施創新驅動發展戰略，才能推動產業結構調整，實現經濟的轉型升級。而要想實現這一切就必須在全社會宣傳創新的重要性，使全社會樹立起創新的意識，營造適宜創新精神培育的良好環境。學生是國家的棟梁、是社會的未來，學生的創新意識和創新能力對于國家未來的發展有著重要的意義。

1 中學生創新能力現狀

盡管多年來我國大力推行素質教育，以培養學生的創新能力，但效果甚微。以物理學為例，物理學是一門實驗科學，實驗是物理學的前提和基礎，在教學中進行物理實驗是提高學生實踐能力的重要環節，沒有實驗的物理教學不能算是完整的物理教學。由于受高考的影響，我國的物理實驗教學一直處于尷尬境地，普遍存在口頭上重視實驗教學，實際上忽視實驗教學，當實驗教學與理論教學發生沖突時，往往犧牲實驗教學，讓實驗教學給理論教學讓路的現象。2014年物理課程標準規定我國學生物理實驗數為20個，但有關調查顯示，學生平均參加的物理實驗僅有10個，有的地區和學校甚至不開展物理實驗。從教學實驗方法上來看，教師采取背誦實驗和演示實驗這兩種教學方法。有的實驗儀器較多，裝置復雜，容易分散學生的注意力，不利于學生觀察和分析實驗現象，達不到實驗的目的；而且如果實驗現象不夠明顯，不僅不能給學生留下深刻的印象，反而會由于課堂的教學秩序混亂而影響實驗效果。個別教師在演示實驗時只是單純為提煉出物理原理，無法調動起學生對學科的積極性和創造力，未能讓物理這一學科真正綻放出自身的獨特魅力。

受傳統的填鴨式教學的影響，物理教學注重短期內學生考試成績的提高，帶有極強的功利性，導致中學生的物理實驗能力較弱，大多數只觀看過教師在課堂上演示物理實驗，并未親手操作過。當教師演示完實驗后，直接公布結論，學生只需要記下公式即可，對于公式是如何得出的，這種實驗方法是否科學，得到的實驗公式是否正確，是否具有普遍性等問題并未思考過，認為課本上和教師講的都是正確的，即使教師在課堂上出現錯誤時，也很少有學生指出教師的錯誤。導致這種情況產生的主要原因是學生缺乏質疑精神，自信心不足，不敢獨立表達自己的觀點。只有對事物持懷疑態度，才能使得創新意識不斷涌現。中學生對書本和教師的盲從使得創新精神無從談起。

2 低成本物理創新實驗實踐

設計理念 過去的物理實驗中，教師通常選取實驗室現有的儀器和設備開展教學，對于實驗室沒有的儀器設備，只口頭講述實驗的結果而不進行實驗。這使得學生對于實驗的結論印象不深刻，隨著時間的推移，會逐漸忘記這些知識，無法將這些知識形成系統。本實驗以人教版八年級上冊中的“聲的利用”章節進行設計。書本中采用鋼尺作為實驗用具，由于鋼尺振動的聲音太小，實驗效果并不明顯。這時學生可利用身邊隨處可見的圓珠筆桿、棉花、鐵絲、小木塊、小刀等材料來替代鋼尺作為實驗材料，實驗成本很低，而且使得動手能力得到鍛煉。

實驗過程 學生可運用圓珠筆桿、棉花、鐵絲等材料制作成一個簡單的哨子：首先用小刀在筆桿近尾部開一小口，并將削成月牙形的小木塊塞入其中做成吹口；用鐵絲纏繞適量的棉花，濕潤后塞入另一端做成一個活塞；在吹氣的同時，鐵絲上下移動活塞，就能聽到不同頻率的聲音。

吹氣的時候，先輕輕地吹，這時管內的空氣受到振動，發出聲音。里邊的空氣多，空氣柱長，它振動起來比較慢，頻率低，發出的音調也就低了。之后用力吹，這時管內的空氣較少，空氣柱就會短，振動起來也會比較快、頻率高，發出的音調也相應提高。比較這兩次聲音的不同，可以發現，聲音的大小即響度的不同，是由振幅決定的，振幅越大，響度越大；反之，振幅越小，響度越小。

實驗結果分析與展示 通過實驗，學生發現振幅與響度有關，驗證了課本上的物理知識。同樣，學生還可利用大蔥驗證音調與振動的關系：選取一根大蔥，取適當長度，在嘴中吹響；之后利用剪刀或者手掐住大蔥，吹一聲剪一刀，又用同樣大的力吹一聲，比較前后兩次聲音的不同點，說明是音的高低音調不同。另外，學生還可選擇汽水吸管作為實驗道具，將軟吸管頭部剪尖，套在硬吸管內，在硬吸管上打孔，用嘴接觸軟吸管開口處吹氣，同時用手指按在硬吸管上方，聽到從吸管發出聲響，并感受到吸管里噴出的氣體振動沖擊手指。手指按住硬吸管孔上不同的部位，聲音音調不同。吹氣的時候，管內的空氣受到振動，發出聲音；按住硬吸管孔上不同的部位，振動頻率不同，吸管會發出不同的聲音。

3 低成本物理創新實驗中的注意事項

物理實驗的設計需要遵循一些基本的原則，低成本物理實驗一般遵循以下原則。

科學性和可行性原則 物理實驗真實、客觀地反映和揭示概念、規律以及原理。在設計物理實驗時，要認真學習書本中的物理知識，掌握實驗所揭示的公式和原理，仔細觀察教師在演示實驗過程中的操作步驟，設計符合物理規律的實驗；而不能人為地設計有悖于科學性的低成本物理實驗，在設計實驗前后要從各個方面證明實驗的可行性，而且要仔細觀察實驗結果是否符合設計的要求，還應該考慮到實驗時可能出現的問題

簡單性原則 教師所使用的實驗儀器和教材有的比較復雜、價格昂貴，學生選擇身邊與實驗儀器類似的物品，盡可能選擇常見的物品，設計操作最方便的操作步驟，這樣可以有效節約物質資源。

直觀性原則 實驗設計要盡可能增大可見度，抓住本質特征，展現其生動直觀形象。物理教材中的實驗并不是個個設計完美，有些實驗在取材、原理、步驟、可信度等方面或多或少存在不足和缺陷。如在磁感線實驗設計中，教材中是將適量的鐵屑均勻地撒在玻璃板上，并將玻璃板置于磁鐵上，通過連續輕微地敲擊玻璃板，使鐵屑在磁場中逐漸有序排列。這種實驗方法雖驗證了磁鐵具有吸引力，但直觀性不強。學生可對實驗進行優化，選用白紙和膠水，在白紙的一面涂抹上膠水，將膠水面和玻璃板粘住，之后再將玻璃板置于磁鐵上，這樣使實驗更加直觀。

4 結語

低成本物理創新實驗的設計使得學生利用自己身邊熟悉的生活用品、廢舊器材設計制作低成本物理創新實驗，把物理學習跟生活實際聯系在一起，感到物理不再是課本上枯燥的知識、繁瑣的公式。這樣一方面緩解了教學資源的不足，另一方面使學生發揮了想象能力，找到實驗的替代品，開拓了學生的思維，提高了思維的流暢性、變通性，進而培養了學生的發散思維、創新能力。

參考文獻

[1]楊文彬.利用低成本物理實驗培養學生學習興趣的研究[D].蘭州：西北師范大學，2014.

[2]錢永昌.例談低成本物理實驗的開發方法和呈現方式[J].物理教學，2014（5）：53-54，62.

[3]趙明，鐘志宇，等.在基礎物理化學實驗中提高學生的綜合能力[J].實驗科學與技術，2015（6）：173-174.