初中物理低成本實驗器材自制與應用的研究

郭顯斌

【摘要】老師合理運用低成本實驗，不但能夠改進實驗器械的不夠，還能夠提高學生的實踐能力，進而營造學生的創新意識，推動學生的全面的發展。文中的關鍵是探討物理課堂教學中低成本實驗開發設計使用的首要規范和方式。

【關鍵詞】中學物理;低成本實驗;開發應用

一、低成本實驗的主要要求

低成本實驗儀器的制定要符合教學設計的一般規定，在此基礎上，低成本實驗資源的研究、開發和應用要合理，其制訂要合乎物理基本原理教育基礎理論，確保物理狀況的準確度和周期性，達到更快的學習效果。與此同時，為了更好地使學生可以立即觀查和體會物理狀況或規律性，提升學生對物理專業知識的了解，在課堂教學中應提升低成本實驗的能見度。

由于更復雜的實驗不利于教師的教育和同學的學習，也不利于推廣，因此低成本實驗儀器的設計更簡單，這使得實驗儀器的制造更容易、更方便于實驗使用。這不僅是實踐教學的要求，也是學生審美的需要。此外，在對實進行準備和演練過程中，要保證參加實驗的師生的人身安全，實驗室儀器要完好無損。低成本實驗教學計劃的關鍵是面向學生，因為學生有強烈的求知欲，需要在設計實驗計劃時排除可能出現的不確定因素，確保低成本的實驗安全系數。

二、物理教學低成本實驗的開發

（1）提高對低成本物理實驗的開發和使用的理解

在物理教學的過程中，教師要大力強化開發和設計實驗資源的觀念。教師需要深刻理解和掌握低成本實驗的價值和作用，充分運用行之有效的方法，提高學生對物理實驗的興趣。教師還可以根據自己制作的實驗裝置進行物理實驗，不斷增強學生的學習主動性，正確引導學生課后積極制作實驗儀器，自主進行物理實驗。這不僅可以增進學生對科學知識的進一步了解和認識，而且可以增強學生的動手能力和創新能力。

（2）積極尋找和整合低成本的實驗資源

在日常生活中，以在一定程度上對許多材料積極收集和組裝，制成物理教學實驗的儀器。例如，你可以用手和手指同時輕輕按壓一個膨脹的氣球，研究損害壓力作用效果的因素。事實上，日常生活中的許多材料都可以變成低成本物理實驗的材料和儀器，使物理實驗更加簡單生動，有利于培養學生的創新精神，提高觀察水平和學生的實踐能力。

（3）開發低成本實驗新項目

低成本實驗項目的研發可以從日常生活中的日用電器和廢棄物的用途和基礎原理出發，在進一步了解其物理特性的基礎上，開發和設計新的實驗項目;還可以基于擁有豐富多彩信息資源的網絡平臺，結合課堂教學要求和條件，開發更合適、成本更低的物理實驗項目。

三、低成本實驗器材的一般應用分類

（1）礦泉水瓶

詳見表1。

（2）氣球

詳見表2。

當然，在實際課堂教學中，還是有一些低成本的儀器用于實驗，但并不常用，這里就不過多解釋了。根據統計分析可以看出，這些裝置使用方便，廣為認知，但其趣味性和獨創性逐漸消失。

四、基于教學實踐的低成本實驗器材深度開發

既然是深入發展，就要防止簡單的模仿或重復，這就要求教師在課堂教學中真正做到盡心盡力。我在教學實踐中開發設計了一些低成本的實驗設備。下面對它們進行簡要的介紹。

（1）凸透鏡成像規律性低成本實驗器材的開發與探究

在探究活動中，同學們反映凸透鏡的成像規律難以發現，尤其是物體的大小和真實性與物距和鏡頭焦距有關的影響，小組對這個問題有很大的意見。我在現場親身體驗了學生的實驗后，看到了造成這種情況的原因：我們給學生提供的光源多為蠟燭或一般的節能燈，它們體型非常大，且光源本身體積會造成物距的較大偏差，因此學生在實驗研究過程中很難區分物距和圖像。根據分析，如果可以將光源換成明確的面光源，實驗效果會非常理想。歷經持續的實驗比照差異的原材料，我終于發覺選用亮紅色聚光鏡型LED做為照明燈具燈源，與此同時選用紅色薄透光板做為涉及面，光源由兩者搭配而成，光強適宜產生清晰的圖像。改進后的光源成像清晰，參與課堂檢驗的教育工作者也普遍認為，實驗的設計幾乎解決了凸透鏡成像教學實驗的不足，同時也是在保證學生實際效果更好的基礎好，新器材的設計也更加環保，成本更加低廉，有利于規模化的推廣應用。

（2）礦泉水瓶（用剩水）是否會引發火災的探究

隨手扔掉的礦泉水瓶是否會引發火災，是學生們特別關心的一個問題，但學生之間也存在很多爭論。據研發，大部分學生認為不能造成火災事故，原因很簡單，瓶內殘留水分不易產生規則透鏡，對光的會聚效果不顯著，不易聚集過多能量進而引燃物體。我在課堂上用飲料瓶進行實，實驗的結果——輕松引燃了紙張，讓大學生又驚又怕，也明白了隨意扔飲料瓶的安全隱患。

（3）對滑輪（組）實驗探究的改進

滑輪（組）的探究關鍵是分析該機械能否節能，拉力方向是否可以改變，物體上升距離與自由端移動距離的影響等內容。實驗器械一般掛在鐵架上進行操作。因此，測量距離越來越困難，只能粗略估計其范圍和對應關系。在課堂教學中，我發現可以依靠磁性黑板和小磁鐵將儀器整體移動到課堂黑板上進行操作和測量，從而大大提高了其可視化和測量的精度。

結束語：低成本實驗具有成本低廉、方法簡單、現象一目了然、與時俱進等優點。適用于不同地區、不同學校、不一樣學習基礎的學生，能夠在課內外進行實踐活動、探尋和自主創新。運用物理低成本實驗開展物理課堂教學，集中體現了物理新課改理念和培養計劃。因而，應十分重視物理低成本實驗的研發和運用的教育功能。

參考文獻：

[1]高月科.初中物理教學中低成本實驗的應用策略研究[D].延安大學，2021.

[2]徐兵田，厲愛華.初中物理低成本實驗器材的開發與應用[J].教育實踐與研究（B），2020（Z1）：81-83.

本文系課題《初中物理低成本實驗器材自制與應用的研究》的研究成果，課題編號為：TKTZ-201000。