中學物理實驗低成本開發與應用的實踐與思考

謝睿 曾怡

《普通高中物理課程標準（2017年版）》明確提出物理學科是自然學科領域的一門基礎課程，而物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。物理學科核心素養的提出對物理學科的教學與應用提出了更高的要求與挑戰。但在物理學科教學中，教學的需要通常與現實條件相沖突。因此，本著適應新課程改革的需要，低成本實驗器材的開發迫在眉睫。低成本物理實驗器材的開發能有效促進學生物理觀念的培養、科學思維的樹立以及正確價值觀的養成等，從而進一步促進物理學科教學的發展以及學生的成長。

一、中學物理低成本實驗開發的內涵與特點

（一）低成本物理實驗開發的內涵

低成本物理實驗指的是為滿足現實教學的需要而利用低成本的物品來開發物理器材的一種物理教學工作行為，而低成本的物品包括日常生活用品（常用的生活用品、價格低廉易得的器材、廢舊器材等）、民間傳統的工藝制作（民俗用品、傳統器具等）、藝術作品中的制作（藝術器材、藝術技巧等）等。為了讓每一位學生都能參與物理實驗，學到物理知識與技能，樹立科學態度和科學探究的精神，低成本物理實驗開發勢在必行。

（二）低成本物理實驗開發的特點

1. 材料易取，價格低廉

低成本物理實驗主要是教師或學生（在教師的指導下）共同制作完成的，由于是在教師的指導下親手制作完成的，學生對實驗器材更加熟悉，更有助于提升學生的動手探究能力。而制作的材料也一般是貼近學生的認知規律的，隨手取材，成本價格低廉，有利于物理實驗的大范圍開展。同時需要教師留心周圍的事物，有時會有意想不到的收獲。

2. 科學開發，創造性強

低成本物理實驗器材的開發是建立在符合學生認知規律基礎上的，易于學生使用和制作，而在制作的過程中，并不是簡單的簡化，而是需要學生開動腦筋、發揮想象力去創造，這有益于學生創造力的開發與思維的開拓。并且開發物理實驗器材是建立在充分保證實驗效果和學情分析的基礎上的，有利于學生正確理解物理概念和規律，并內化于心。

3. 直觀生動，激發興趣

低成本物理實驗取材于現實生活中的日常用品，而且由學生親手制作，直觀生動，易于操作。學生對于親手制作的物品天然有一種親近感，能消除學生對于實踐探究的畏懼感，能抹去對于物理實驗的刻板印象，也豐富了學生的學習活動，激發學生參與活動和學習的興趣。而直觀生動的物理實驗，為學生課后進行自主實驗提供更多的可能性。

4. 聯系生活，易于操作

物理教學大多比較抽象，涉及大量的物理概念和規律，學生難以理解和吸收，通過與生活聯系密切的物理實驗能大大降低學習物理的難度，激發學生主動學習的意識，達到意想不到的教學效果。而由于實驗器材取材于生活，教師無需擔心昂貴的實驗器材的毀壞，有利于接受能力較差的學生進行多次實驗，推進分層教學。低成本物理實驗還解決了偏遠地區實驗器材缺乏的難題，拉近了偏遠地區學生與物理學科的距離。

二、中學物理低成本實驗開發的實踐

（一）替代法

創新分很多種，其中一種是在原有的基礎上進行改革，而材料的替代就屬于這一種，尤其是本來就比較簡單的實驗器材的替代，更需要創造和智慧。有些實驗有專門的物理器材，如果能用價格低廉的材料來替代會更簡單、更有趣，而且能在一定程度上緩解器材短缺的問題。如為了強化學生對電源正極和負極的認識，在學生學完“電路”和“電流”的內容后，筆者特別安排了“用馬鈴薯確定電池正極”的小實驗。馬鈴薯是日常的食物，既廉價又容易獲取，能讓學生產生親切感，通過實驗的操作來樹立“物理來源于生活”的意識。

（二）改進法

經過長期的實踐，廣大中小學教師已經探索出了較好的實驗方法，但基于新課程改革的理念和不斷變化發展中的學生的學情，我們的實驗還需要考慮學生的心理特點、年齡特征、興趣愛好等因素不斷改進實驗器材，以達到最佳的教學效果。以《光的折射現象》一課為例——

1. 讓學生發揮想象力在紙上畫一個女孩，也可以是學生喜歡的其他東西;

2. 用透明膠布粘在盆底部，然后將盆放在桌上，并遠離盆直到看不到盆中的畫為止，此處為標記處;

3. 再向盆中加入一些水，此時在原標記處可以清晰地看到盆中的倩影。當往盆中加水的時候，光線就穿過空氣和水兩種介質，發生折射現象，從而我們看到美麗的倩影。

這樣的實驗方法既能避免照搬課本實驗（比如筷子放在水中折射的現象）的枯燥感，也能鍛煉學生的創造力（比如畫畫），培養了學生的動手能力和探究能力，有利于學生物理學科素養的培養，同時感受到物理學科的趣味。

（三）設計法

除了以上兩種方法，還有一種方法比較難以實現，即設計一種新的實驗方法，那么我們如何在控制成本的情況下設計出具有創新性的新型的實驗方法？這要求考慮幾個因素：既能聯系學生的生活，又能吸引學生的注意力，激起學生的好奇心，使學生突破原有的思維框架，更有利于新知識的學習。以《光的反射》一課為例，有的物理教師（學者）就設計了“熏黑的雞蛋在水中變成銀白色”的實驗。這一實驗教學取材于日常生活中的食物——雞蛋，讓學生了解日常生活中的小小雞蛋跟物理學科的聯系，讓學生加深對于物理實驗的體驗，并且在實驗過程中發揮自身的主動性，參與到實驗中來，從而有利于促進學生的終身學習和探究的愿望。

總之，開發低成本物理實驗器材還有很長的路要走。不論是經濟條件好的學校，還是偏遠地區的學校，開發低成本實驗器材都能豐富物理學科的教學、彌補實驗器材的不足，對于培養學生獨立思考能力與創造力都有著不可替代的作用。低成本物理實驗的開展可以加深物理學科教學與生活的聯系，從而讓學生在生活中更好地實踐與運用知識，不僅學生的參與度大大提高，還能鍛煉學生的動手能力與探究能力，從而提升學生物理學科的核心素養，有利于學生的終身發展。

[本文系廣東省教育科研“十三五”規劃2019年度教育科研一般項目“低成本中學物理實驗器材的開發研究”（編號2019YQJK 393）的階段性成果之一]

（作者單位：謝睿，廣東湛江經濟技術經發區第一中學;曾怡，嶺南師范學院教育科學學院）

責任編輯 黃佳銳