扎根于生活的“低成本”物理實驗

馬 輝

(江蘇省豐縣中學 221700)

“低成本物理實驗”(Low﹣cost Physics Experiments)一詞是當前國際物理教育界所倡導的一種物理教學工作行為概念.其內涵有兩點：一是通過利用這種生活中常見的廉價材料開展中學物理教學實驗，解決器材短缺問題；二是通過利用生活材料、物品或器具、科技玩具、高新材料組合和高新產品的移植做物理實驗，提高學生對物理的學習興趣，培養學生動手能力和實踐能力.目前，我國教育者們也在積極探索低成本物理實驗，并在這方面積累了豐碩的研究成果，低成本物理實驗的核心理論已基本確立，在理論指導下實驗開發探索也有一定的進展，但目前的實踐成果仍不能完全滿足高中物理實驗教學的需求.故需要利用日常小物品、小玩具、實驗室現有器材、常見的電子元件或產品等物品進一步開發低成本物理實驗以滿足物理教學.

一、利用一些日常小物品

利用學生所熟知的一些日常小物品，通過簡單的組合或加工，變身為物理實驗器材，來簡單、清晰明了地展示一些實驗現象.學生更感親切自然、真實可信，更能容易感知物理與日常生活的緊密相關.這種方式開發出的符合教學實際的低成本物理實驗，可以極大地激發學生對物理的興趣，開發學生的實驗技能和創新實踐能力.

實例1 慣性小實驗

在講解物體的慣性大小與什么因素有關時，可采用如圖1所示的實驗：用兩個一樣的乒乓球，一個是空心的，另一個打個小洞裝入細沙，再分別用兩個等長的細繩懸掛起來，使表面看上去二者沒有什么區別.

讓弱小的女生吹空心的，肺活量大的男生吹裝細沙的，演示結果會出乎學生的心理預料，小女生吹得老高，大男生卻幾乎吹不動，學生會哄堂大笑.繼而引發學生思考：為什么會這樣呢?再兜出老底，決定慣性大小的因素就呼之欲出了.

二、利用一些生活中常見小玩具

生活中小玩具大多是根據科學原理設計的，它很多都利用了物理原理，符合科學規律，玩具所展現奇妙的現象、華美的外觀能瞬間吸引學生的目光，使學生在好奇中愉快地學習.這時，如果物理教師能及時利用科教玩具開展課堂活動，利用實驗所具有的趣味性強的特點，展示其抽象的物理原理，將能夠充分調動學生的興趣，活躍課堂氣氛，在寓教于樂中學習到科學原理.

實例2 主動輪的摩擦力

摩擦力是車輛前進的動力，學生往往難以理解.為此，我們可以利用玩具小車演示來加以說明.如圖2所示，有遙控玩具車、泡沫板、六支鉛筆等器材.將鉛筆間隔均勻地放于水平面上，泡沫板放在鉛筆上面，遙控玩具車放在泡沫板(或硬紙板)上.用遙控器控制玩具車的運動方向，當操作玩具車向右運動時，就可看到車輪下的泡沫板在向左后退，實驗展示效果非常清晰.新奇的實驗調動了學生的好奇心，然后引導學生分析泡沫板的受力，再利用牛頓第三定律推斷車輪的受力，可知摩擦力是動力，學生很容易接受.

三、利用實驗室現有的一些簡單器材

即便是偏遠的一些學校也會有一些基本的實驗器材，如木板、小車、打點計時器、磁鐵、線圈、音叉、彈簧秤等，開發利用好這些基本的實驗器材，還能夠進行很多比較簡單的物理實驗，為學生創造出直觀高效的物理實驗，還能夠充分體現當前從生活走向物理新的課程理念.

實例3 振動發聲

手摸聲帶，當自己講話時，可感知聲帶是振動的.其他發聲的物體是不是也是這樣的呢？如圖3所示，我們可以利用音叉和乒乓球做個實驗.用細線一端與乒乓球連接，用橡皮錘敲擊音叉使之發聲，手提細線將乒乓球慢慢靠近音叉，可以清楚看到乒乓球會被音叉彈回，說明音叉在振動.實驗簡單，效果明顯，遠比口頭干講效果好的多.

實例4 電磁感應演示

在以前學習楞次定律時，一般情況下是用靈敏電流計來做實驗，通過指針偏轉的方向來判斷感應電流的方向.實驗時往往是指針一會向左一會向右偏轉，容易把學生搞得暈頭轉向，弄不清感應電流的方向到底與哪些因素有關.

為使現象簡單明了、一目了然，我們可對電磁感應現象的實驗進行改進，如圖4所示，先將電流表拿掉，調換成兩個反向并聯的紅、綠發光二極管，然后再用磁鐵從一端插入和抽出，這時紅、綠發光二極管就會先紅后綠持續發光，看到這種現象學生就能很容易判斷出磁鐵的插入方式的變化，造成電流表指針轉向的改變，從二極管的發光情況就能直接觀察到感應電流的方向，這樣在得出楞次定律的結論時，學生就易于掌握了.此改進既凸顯了實驗現象，又節省了實驗成本，真正做到低成本、大價值.

四、利用一些常見的電子元件或產品

隨著科技的發展和進步，近年來各種新材料、新技術廣泛應用于日常生產生活實踐，如智能手機、聲光控電源開關、視聽光盤遙控器、發光二極管、感應門、安全帶傳感器、鏡片渡膜、超導材料等，無論是教師還是學生都可以很方便地獲得這些寶貴的課程資源.只要將這些材料和技術經過簡單改造與重組就可以在物理教學中演示和探究許多物理現象.

實例5 演示聲波、電磁波的傳播

為了比較電磁波和機械波的區別，以前都是口頭描述，現在為了達到更有直觀性,就可以利用低成本簡單的實驗器材進行實驗對比.首先將兒童用的電話手表放進塑料袋,接著用一細長線系好密封，再把塑料袋緩慢浸入水槽里面，按圖5所示，再用外面的另一手機撥號袋子里面的手機號, 水中袋子的電話手表就會開始振鈴.參與實驗的學生會發現手表屏幕的閃光，還會聽到袋子中電話手表的響鈴.實驗非常直觀地告訴同學們，電磁波能夠在液體中傳播，也表明聲波也能夠在液體中傳播；接著進行下一步的實驗，再將兒童電話手表放入透明的玻璃容器，然后抽空容器內空氣，如圖6所示，這時，步驟如上再撥打容器里的電話手表，鈴聲無法傳出，聽不到手表的任何聲音可是能夠看到手表在閃光，這就很好說明電磁波可以在真空中傳播，而聲波不能在真空中傳播.這種方式的實驗讓學生感到生活很常見，貼近學生生活，會讓學生馬上體會到科學的真實性，縮短了生活與抽象的物理概念的距離.

學科知識是構成學科素養的載體，而實驗活動是形成能力的重要手段，只有學生親自實踐，在實驗中領會，在生活中學習，才能提升學科素養.只要做個生活中的有心人，就會發現身邊可以用來做實驗的物品比比皆是.“壇壇罐罐作儀器，拼拼湊湊做實驗”，在教學中，從來就不缺少實驗的資源，只要我們能夠充分利用自己的慧眼在生活中去發現，用來做實驗的器材可以說俯拾皆是.這些來自生活的實驗材料，很常見也容易得到.利用它們設計物理實驗，通俗生動，活潑有趣，展示效果清晰.可以使學生對物理現象獲得具體生動的感性認識，加深對科學概念和規律的理解，而且還能培養學生的動手實踐能力和思考能力，也會使學生深刻認識到物理來源于生活，生活處處有物理，這可以培養他們的發現探究精神，從重知識重現到重知識的重演，實驗活動的確是學生形成學科素養的重要渠道，如此學生的物理核心素養就會得以有效提升.