低成本物理實驗探究與開發卓德才

楊軍

摘要：低成本物理實驗可以有效激勵學生的學習興趣、培養他們的動手能力、激發他們的創造性思維。本文根據中學物理教學對低成本物理實驗的基本原則和在此基礎上的實踐進行了闡述，說明了進行低成本物理實驗探究與開發的意義。

關鍵詞：低成本物理實驗；開發；原則；實例；成效

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）03-0287-02

前言：創新就是對陳舊觀念、意識的改進，是對原有東西的革新。可以說，沒有創新就沒有社會的進步，沒有創新就沒有人類的發展。"創新是一個民族進步的靈魂，國家興旺的不竭動力——一個沒有創新能力的民族，難以屹立于世界之林。"在教育教學中，既要學會繼承親人留下的豐富的人文、科學遺產，又要有強烈的創新意識，培養學生較強的創新能力，這是全社會、全體教育工作者的一項重要任務。為了實現這一目標，我們在物理實驗教學的實踐當中，盡可能利用身邊簡易的材料制造一些實驗器材，以低成本實驗為主導，進行了有益的探究和開發，向學生演示教材中的實驗，或者自己設計一些教材中并沒有的實驗，并讓學生參與其中，達到了明顯的效果。物理學是一門實驗學科，只有通過實驗獲得的知識積累，才能使學生深信物理學的科學性和嚴密性。在通過運用身邊的簡易材料完成實驗的過程中，激發學生的創造性思維和發散性思維能力，使學生從對物理學的神秘感中走出來，讓他們知道物理規律其實就在身邊時刻體現著，進一步激發他們學習物理的興趣，在知識的獲取過程中，喚醒他們對未知世界的探索意識和堅定信念。

1.低成本物理實驗創新與開發的原則和實驗實例

1.1 直觀性原則。實驗的重要作用就是讓學生用感官能夠直接觀察和感受具體的物理現象與實驗過程。比如：對滑動摩擦力的理解，是不是物體受到的重力越大，受到的摩擦力就一定越大呢？針對這問題，可選出體重有明顯差別的兩位學生，體重較大的學生站在傾角較大的斜面上，體重較小的學生站在平地上，兩人對拉，會發現體重較大的學生很容易被體重較小的學生拉動。再選出兩位體重相當的學生，一位站在粗糙的水泥地上，另一位站在干凈的地板磚上，會發現站在地板磚上的學生容易被拉動。通過學生的參與使物理現象的體現，再經細致的分析，摩擦力的規律就會逐步清晰地展示出來。再如：為了加深對縱波這個概念的理解，我找到一個玩具塑料長彈簧，把它套在一個細桿上并水平放置。彈簧的一端固定，手持彈簧的另一端有規律的左右振動，學生會看到振動在彈簧上有由近及遠的傳播開來，同時還可觀察到疏部和密部的形成，同時又深刻理解了"各質點只在各自的平衡位置附近振動，并沒有隨波遷移"的含義。

1.2 實驗的簡易性原則。選取的實驗器材越簡單，學生越熟悉，他們對實驗器材的把握程度就越高，就有利于學生的積極參與、有助于實驗的順利進行和物理規律的展示，就越能使學生產生學習的興趣。其實，有些實驗，只要用到諸如直尺、輕彈簧、氣球、試管、細桿等作為器材就足夠了，教師一定不要把所有的物理實驗都設計成高、大、上，使學生誤認為只有老師才能找到適合實驗的器材。為了說明這一點，我以曾經做過的超重和失重為例，來說明這個問題。首先，為了增加學生對超重和失重現象的感性認識，我先向學生做了兩個演示實驗。在一把長直尺的一端系掛兩個砝碼，演示時，手握直尺另一端，向上或者向下加速移動直尺，則可以看到直尺的彎曲程度與靜止時相比有明顯變化。直尺的彎曲程度變大，似乎說明物體的重量變大了；而彎曲程度減小，又似乎說明物體的重量變小了。通過這個演示實驗，使學生對超重和失重現象有了一個初步的認識。隨后，在學生的學習熱情受到激發之后，我又引導學生，利用身邊的資源參與超重和失重的體驗。具體操作如下：開始時，學生用手托住漢語大詞典（或者較重的物體）保持靜止，然后拖著詞典加速下落再到靜止，在物體運動過程中，能同時感受到失重和超重這兩種現象，自然產生了參與的喜悅感，激發了學生的好奇心與求知的欲望，帶動了課堂氣氛。有了前面的實驗感受，我又引入了第三個實驗： 選一個盡量深一點的量筒，倒入滿刻度的水（為了安全，可在試管底部墊些細沙），把量筒和帶有橫梁的鐵架臺一起放在水平放置的臺秤上，橫梁上用細線掛一個金屬球，小球正好完全沒入量筒的水中，記下此時物體靜止時臺秤的示數。演示時，燒斷懸線，小球在水中加速豎直下落，在小球下落過程中，可觀察到臺秤的示數變小，"失重"現象通過臺秤示數前后的變化直觀的顯示了出來。在感受超重和失重的實驗中，選取的器材簡單易尋，又充分體現了學生的主體地位，課堂效果和教學效率明顯，結果令人非常滿意。

1.3 實驗的創造性。創造力不但是一種知識特征，更是一種認知精神。它不僅表現為對知識的攝取、改組和運用，而且是一種追求卓越的意識，一種積極探索的心里取向和人格特征。而低成本物理實驗是學生探究物理規律的一個有機組成部分， 學生通過自主的動手、動腦，使他們的創造力得到培養，實踐能力也都得到發展。因此低成本實驗的大部分器材可以讓學生自己設計制作， 這樣可以培養他們的實踐能力和創新思維，并在實驗的過程中充分體現物理規律 。例如，對伏安法測量電阻的方法——電流表內接法和電流表外接法，測量結果和真實值之間總存在誤差，結果不甚令人滿意。在學完電學內容之后，我又重新提起這個實驗，向學生提出問題：能不能根據已學知識和積累的經驗，自己設計實驗，使測量結果幾乎完全等于真實值？經過分組討論、探究、論證，在老師的引導下，學生創造性地設計出替代法、電橋法，并且還考慮到了實驗過程中對實驗器材的保護問題，有效地減小了實驗器材帶來的系統誤差，使實驗的精確度大幅提升。很值得一提的是曾經設計過的一個"受迫振動和共振"演示實驗裝置：我找了一塊放木板，在方木板的一端沿同一方向，用釘子固定了幾根寬度相同、但長度不同的條形鐵片。演示時，手持方木板的另一端有節奏的上下振動，就會發現長度不同的鐵片也跟著振動起來，它們的振動周期和手振動的周期相同。當達到一定振動頻率時，可以發現其中一根鐵片振動的很劇烈，振幅最大，說明達到了共振。改變木板振動的頻率，又會發現原來達到共振的鐵片振幅減弱，但是另外的某一根鐵片卻達到了共振，這說明它們的共振頻率不同。用這個簡單的裝置就可以很好的顯現受迫振動的特征和共振現象，彌補了現有演示器材共振頻率的單一性問題。盡管這些方法對物理專業的人來說或許不是什么新方法，但是對學生而言卻是全新的知識建構過程，通過對原有實驗的改進和創新，提高了學生的動手能力和參與意識，也實現了素質教育的目的。類似的實驗，如自由落體實驗、物體的加速度和物體的質量的關系、加速度和作用力的關系、驗證機械能守恒定律等實驗，都可以鼓勵學生根據自己的見解，創造性的設計出有別于教材的實驗、或者在原有實驗的基礎上的改進型實驗。

當然，需要說的是，以上提到的低成本物理實驗的幾點原則并不是相互獨立、互不相干的，而是相輔相成的關系，只是某些實驗可能在某個方面體現的多些少些的區別而已。所以，教師在進行低成本物理實驗的創新與開發方面，不要只專注于一點，這樣反倒束縛了我們的手腳。

2.低成本物理實驗的成效

在進行低成本物理實驗的開發時，我們雖然動用的只是最少的人力、物力和財力，而收到卻是最理想的實驗效果。做到了低成本物理實驗，成本低而智慧不低、成本低而物理內涵不低，成本低而教育價值不低。自制教具準備實驗，看似要花相當多的精力，而且老師很辛苦，但長期堅持，卻能事半功倍，多年實踐說明，這樣做能最大限度的挖掘學生的潛力，培養學生的動手能力和觀察能力，激發學生強烈的求知欲，通過低成本物理實驗的創新與開發，不僅能把學生培養成為有思想、有文化的人，還能把他們培養成為具有"獨立思考、科學精神、態度、方法、創新意識和終身學習的能力"的社會新人，我們的教育就要以此為源，以學生為本，讓學生積極地參與到物理實驗的創新與開發當中去，使學生的思維方式和研究問題的方法得到較大程度的提高。

參考文獻：

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