例談低成本實驗在高中物理教學中的應用

徐婷婷??

物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗是提高學生實踐能力與創新能力不可缺少的途徑，更是學生科學素養形成所不可或缺的環節.但在當前的高中物理課堂上，實驗內容太少，大量的概念、規律都是直接給出或用邏輯思維推導出來的，“口述實驗”或“黑板實驗”的現象仍普遍存在.造成這種現象的原因是多方面的：一方面，一些物理教師對實驗的重要性在認識上有偏差，他們認為課堂上講實驗比做實驗來的快，來的準，效率高.另一方面，物理教師在教學的過程中都有體會，準備實驗所花費的時間較長，并且需要付出大量的腦力和體力勞動.此外由于實驗資源不足，各類實驗器材無法在所有的學校得到廣泛普及，以至于造成部分教師想做實驗但缺乏實驗器材的情況.

低成本實驗有著“成本低聰明智慧不低、成本低技術含量不低、成本低物理內涵不低、成本低教育價值不低、成本低社會要求不低”這樣五不低的效果，因此針對目前物理實驗教學的現狀，低成本物理實驗在教學中有著廣泛的開發和應用空間.

1利用低成本實驗，激發學生的學習興趣

在教學過程中，學生的學習興趣是保證教師教學質量和效率的首要前提.相對于純理論的分析和推導，實驗是學生更喜聞樂見的教學方式.在引入新課階段，借助低成本實驗創造出奇妙有趣的教學情境，能夠充分調動學生的學習熱情和探究欲望.

在《電容器的電容》一課中，教師可以通過展示生活中常見的水杯并提出“裝水的杯子能否用來裝電”的問題，從而引發學生的思考.然后教師在水杯的內外都包上一層鋁箔紙（如圖1），將改裝后的水杯接到感應起電機上，用手搖動起電機來獲得電荷.充電完成后將兩根導線從起電機上取下并短接，可以看到明顯的電火花并聽到放電的聲音.此時學生會對改裝后的杯子為什么能裝電產生濃厚的興趣，教師再引導學生去發現改裝后水杯的結構，為電容器結構的引出打下鋪墊.

在《機械能守恒定律》一課中，教師可以在一個塑料罐內用橡皮筋掛上一把金屬小鎖（如圖2），制成一個“魔術罐”，然后將“魔術罐”放在桌面上，沿水平方向推出，學生會發現這個“魔術罐”的奇妙之處在于：它在滾出去之后還能夠自動滾回來.隨后，教師再引導學生仔細觀察魔術罐的結構，并揭秘“魔術罐”的原理：塑料罐滾出去的過程中，橡皮筋不斷扭轉儲存了彈性勢能，在滾回來的過程橡皮筋儲存的彈性勢能又釋放出來轉化為動能.此外，教師還可以適時拓展，講述日常生活中的很多機械鐘表和玩具中的發條就是類似的原理.

在《超重與失重》一課中，教師可以展示“書中自有大力士”實驗，將兩本書相對放置，把部分書頁交錯重疊，先邀請一位力氣比較大的男生雙手分別握住兩書的書脊向兩側拉，發現很難將兩本書拉開.然后再邀請一位女生上臺，教師指導她雙手握住書脊，一邊向兩邊拉，一邊向下運動，這時兩本書就被輕松地拉開了.通過前后兩次實驗的對比，學生會對“為什么當書向下運動時就能被輕松地拉開”這個問題產生強烈的好奇心和求知欲.

2利用低成本實驗，直觀展現物理現象和規律

物理教育家朱正元教授曾說過：“說一千，道一萬，不如實驗看一看.”然而在高中物理的教學中，教師往往更注重理論分析，由于知識點抽象，內容枯燥，學生往往難以理解.利用低成本實驗，可以讓學生充分觀察到物理現象發生、發展的全過程，體會其中的物理原理.在獲得豐富的感性知識之后，容易將物理知識與認知之間形成聯結，為構建新知奠定基礎.

（1）將物理過程轉變為看得到的物理現象

在《全反射》一課中，教師可以用一個礦泉水瓶和一支激光筆向學生展示發生全反射的全過程.首先將裝了一半水且密閉的礦泉水瓶橫向水平放置.打開激光筆，從有水的一側的右下方從下到上發射激光，并逐漸增大入射角，在水中可以看到清晰的入射光線，在礦泉水瓶的上方可以看到有光斑不斷向左移動，說明折射角增大.當入射角增大到一定角度，礦泉水瓶上的光斑消失，此時看似透明的水面似乎變成了一面完美的鏡子，激光在水中來回反射多次，形成一幅美麗的畫面（如圖3）.通過這個實驗可以讓學生觀察到發生全反射的過程，也直觀地證明了發生全反射的條件之一是：入射角要大到一定角度.隨后，教師再用激光筆，從沒水的一側從上到下發射激光，發現無論怎樣增大入射角，都可以同時看到上方瓶子上的反射光斑和水中的折射光線，說明光線只有從光密介質射向光疏介質時才會發生全反射.

（2）將物理過程轉變為聽得到的物理現象

在《多普勒效應》一課中，教材提供的演示實驗方案是將蜂鳴器固定在竹竿上，在頭頂快速轉動，聽聲音的變化.然而蜂鳴器在日常生活中并不常見，教師可以用傳統的竹玩具——“竹知了”（如圖4）來代替，甩動“竹知了”在空中做圓周運動，可以聽到清脆的聲音，猶如夏蟬鳴叫，還可以發現隨著“竹知了”靠近和遠離，聲音音調的高低會發生變化，這就是多普勒效應.

3利用低成本實驗，培養學生動手嘗試的意識

在我們的教學過程中經常會碰到這樣的情況，一個學生可以畫出一幅很完美的電路圖，但在實驗室里卻連不成一個的簡單線路.這讓人不禁感慨，我們的學生究竟缺的是什么？顯然他們缺的不是物理知識，而是實踐意識和解決實際問題的能力.物理是一門以實驗為基礎的科學，教師要鼓勵學生多動手、多實踐.教師要給學生傳遞這樣的意識：物理實驗不一定要在實驗室做，生活中隨手可得的材料都可以作為實驗器材.

在關于電磁波的教學過程中，往往會遇到學生提出：“紅外線的穿透能力怎么樣？能不能穿過塑料板？”等問題，在遇到學生提出此類問題的時候，教師可以不必急于回答，而是鼓勵學生借助生活中常見的物品去試一試，比如說回家用電視機遙控器試一試就能知道紅外線的穿透能力.在學完《光的偏振》這節課后，教師可以鼓勵學生回家用觀看3D電影的眼鏡進行一系列的探究，先讓學生對比戴上3D眼鏡和摘掉眼鏡光線的亮度，可以發現戴上3D眼鏡光線亮度變弱，這說明偏振片只能讓一部分自然光通過.然后，將兩副眼鏡的鏡片相對，慢慢轉動鏡片方向，可觀察到光線逐漸變化，當轉動到兩鏡面垂直時就幾乎看不到光線了.學生經歷了這樣親手操作的過程，既加深了對知識的理解，又提高了動手實踐能力，還增強了動手嘗試的意識.

在學完《通電導線在磁場中受到的力》一節課后教師可以布置課后作業，讓學生自制小電動機.學生利用干電池、銅線和釹磁鐵，可以制成各式各樣的電動機.這樣的趣味小制作，為學生搭建自主探究的平臺，培養了學生的動手能力和創新思維能力，激發了學生學習物理的興趣.

4總結與感悟

在物理教學中充分利用與開發低成本實驗，對于教師來說，利用身邊隨手可得的普通物品做物理實驗大大降低了實驗準備的難度.對于學生來說，低成本實驗拉近了物理與生活的距離，讓學生體會到生活中處處有物理，激發了學生的學習興趣和探究熱情.因此，教師應做一個有心人，積極開發積累幫助學生理解概念、形成概念、發現規律、掌握規律的低成本實驗，使學生在掌握知識的同時，從物理實驗中所獲得豐富的感性認識、增強探索意識、提高實際操作能力.