浅谈低成本物理实验

张玉娟

【摘要】2006 年开始在中学物理教学中实施新的课程标准, 新教材贯彻了“从生活走向物理, 从物理走向社会”的课改理念。意味着物理实验教学在物理教学中起到了相当重要的作用。初中学生刚刚开始学习物理,学习方法及抽象思维能力还没有形成,因而,在物理实验教学中教师角色应该从以往的那种“授业者”转变为“研究者、探索者、合作者、服务者”。应抛弃以往的“口头式”、“黑板式”实验教学,改变以往“教师教的枯燥、学生学的乏味”的现象,真正体现出学生成为学习的主人,正确引导学生能动手、思考,提出问题和质疑,并能解决问题,真正发挥物理实验教学的作用。

【关键词】低成本、物理实验、特点、原则、途径

物理学是一门实验科学,物理规律的建立和物理理论的验证都与实验密切相关。物理课程标准指出:使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验,可以拉近物理学和生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性……。然而,在一些农村中学,“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”的“应试实验”教学理念还支配着大多数物理教师的实验教学。2006 年开始在中学物理教学中实施新的课程标准, 新教材贯彻了“从生活走向物理, 从物理走向社会”的课改理念。这些理念和低成本实验的内涵不谋而合。

1.低成本实验的教育特点:

ブ谒周知,“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”就是已故朱正元老教授的至理名言。这句话曾风行全国,促进了物理实验教学的开展。无论是在发展中国家还是在工业发达国家, 都提倡运用低成本的器材, 如日常生活的用品、废料、边角料来制作小制作, 即开发低成本小制作、小实验, 这似乎与现代科技现代化的发展不相称, 这种求朴返真, 是由自制教具等小实验的教育特点所决定的。

低成本实验具有如下特点:

1.1价廉

ヒ蛭它是教师和学生就地取材, 使用日常用品甚至废弃物品取代实验室专用器材,亲手制作,所以成本低廉,有利于普及,特别是有利于弥补农村中学物理实验教学器材的不足。 因此要善于发现身边的"低成本实验"。

1.2亲切

ヒ蛭它是取自学生身边熟悉的东西而且制作又比较简单,因此有利于激发学生的兴趣和学习动机,有利于进行STS(Science technology society)教育。例如:教师先在一个容量为2.5升的雪碧瓶里装满水,旋紧瓶盖,然后让一位力气小的女生手握雪碧瓶,将其举高,女生轻而易举的完成。接着在雪碧瓶外表面涂上洗洁剂,再请一位力气大的男生重复女生的动作,他使出全身力气,结果也没有把雪碧瓶举起来。通过这个对比实验,使学生掌握了摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系,又调动了课堂气氛。其效果比任何语言描述都更生动,更可信,印象也更深。

1.3简单明了,易于揭示事物的本质特征

ビ捎谡庑┙叹咧饕是教师或学生在教师的指导下完成的, 教师对教学的需要体会深切, 力图使设计符合学生的认识规律。因此应用它的教学效果一般都比较好。

1.4含创新意识

ヒ蛭低成本实验中器具大多自己制作,往往在构思,在取材或在局部结构方面有自己的特点和某些改进,或者在开发制作过程中遇到这样那样的问题,需要自己解决,所以能给学生以创新的启示,并且学生在这过程中能够感受到创新的兴奋,体验到成功的愉悦,增强自信心,从而能够培养学生创新的精神和稳定的探究热情,有效地开发学生的智力和发展良好的非智力因素。另外低成本实验材料很多时候是变废为宝,有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的观念。有利于情感教育。

2.低成本实验的设计原则

2.1科学性

ノ锢硎笛槭紫扔Ω谜确反映物理现象和规律,反映物理现象变化的客观过程。一个巧妙的实验设计除了器材上的合理应用以外,还应该包含精彩的实验方法,不仅能够释疑解难,而且能够透过具体的实验给人以解决其他问题所需的智慧方法的启迪,提高学生解决实际问题的能力。

2.2简易性

ヂ罂怂刮に倒:“一项演示实验使用的器材越简单,学生就越熟悉,就越想彻底地获得所验证的结果” 。尤其在农村地区实验设施欠缺的情况下,我们所设计的实验就更应该用材简单易寻,就地取材,如利用生活中的廉价材料(如橡皮筋、气球、鸡蛋、土豆、蜡烛、塑料袋) 、易得材料(如水杯、钢勺、塑料尺、硬币) 和废旧材料(如易拉罐、饮料瓶、牙膏皮) 等。

2.3直观性

ナ笛榈闹匾作用就是让学生用感官能够直接观察和感受具体的物理现象与实验过程。利用低成本物理实验的优势,可以对书本上的一些实验进行改进:对现有仪器进行改进或改装、自制或仿制新的教具、设计新的小实验或小制作等,尽可能增加实验的可见度和可信度,提高实验的直观性。

2.4安全性

ピ谏杓剖笛槭庇Ω镁×勘苊庖磺杏形Ｏ盏暮投陨硖逵泻Φ氖笛椤＠如八年级教材中的托里折利实验,实验中的水银对人体有害,不宜安排为学生实验,可将其改为一个演示实验: 找一个医用针筒,用细线和薄膜堵住针筒口子,由于大气压的作用,针筒活塞下可以挂几千克的物体而不会掉下来,这既可证明大气压的存在,也可让学生粗略地测出大气压值。

2.5创造性

サ统杀疚锢硎笛槭茄生探究活动的一个有机组成部分, 它的作用不仅仅是了解、研究自然规律和获取信息。学生通过自主的动手、动脑,他们的创造力得到培养,实践能力也得到发展。因此低成本实验的大部分器材可以让学生自己设计制作, 这样可以培养他们的实践能力和创新思维。

3.低成本实验的开发途径

ピ谘生的日常生活中的,可以利用的课程资源十分丰富,学生身边可以用作实验的物品比比皆是,教师要引导学生善于从生活用品、废旧物品、日常体验等各个方面去开发设计低成本物理实验。

3.1从生活用品中开发低成本物理实验

ズ芏嗌活用品都可以用来设计有趣的物理实验, 这不但可以增加实验的真实感、可信度, 而且缩短了实验与学生间的距离。

ダ如声音能在液体中传播的实验,八年级物理教材是通过鱼儿听见拍手声音来探究的, 为了增强实验的趣味性和直观性,对其进行改进。先将手机装入塑料袋内,并用一根长线密封好,然后把它慢慢浸没于水槽中,如图所示。用另一个手机对其进行拨号,手机开始振铃。学生不仅看到手机屏幕的亮光,而且听到从手机发出的声音。实验表明了声音可以在固体、液体、气体中传播,同时也让学生体验了探究物理规律的方法。

ピ谡婵詹荒艽播声音的实验中,装置的气密性和抽气机的质量都会影响实验效果。选用暖水瓶做实验,效果会更好。将音乐芯片的开关打开,音乐声响起,然后将其放入空的暖水瓶中,塞紧瓶塞,音乐声消失。实验设计时用极易寻得的暖水瓶克服了课堂上制备真空的难题,实验对学生来说感到格外亲切,拉近了物理学与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,科学和日常生活的关系。

3.2从废旧物品中开发低成本物理实验

ヒ恍┓暇晌锲芬彩强梢猿浞掷用的实验资源, 如废旧的纸盒、易拉罐、塑料瓶、旧弹簧、橡皮筋、导线等,充分地利用他们,不仅可以变废为宝,而且有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的习惯。

ダ如,利用身边的废旧物品对一个原本已不太复杂的实验装置做进一步的简化, 大大调动学生学习的兴趣。我们知道, 直流电动机中有一个被称为其构造特征的重要部件——换向器, 它的作用就是在转子线圈转动时相应周期性地改变输入电流的方向, 使线圈得以持续地转动。如果想把这个本不十分复杂的换向器也省掉, 即要设计一个简化的、不用换向器的电动机: 用漆包线绕一个方型线圈, 两抽头位于其中两对边的正中间且在同一条直线上,把线圈置于两个固定在木板上的导电金属架上(用废旧的插头), 当线圈平衡时, 以漆包线抽头和导电支架接触点为半圆顶点, 左右刮去一半的漆, 另一个抽头的漆全都刮掉; 将线圈放在金属架上, 在线圈下放一块磁铁, 再给两金属架分别通上正负电源, 线圈将会转动起来, 这就是一个简易的电动机模型了。

パ习了凸透镜后,要求学生课外收集身边的一些凸透镜,并用他们来观察身边的物体。学生们收集的凸透镜可谓五花八门:盛满水的玻璃杯、盛满水的透明气球、盛满水的饮料瓶 、盛满水的一次性塑料杯、盛满水的废旧灯泡、玻璃球(如跳棋),甚至还有自己磨制的冰块等。学生的积极性很高,对观察的结果也很好奇。这样的课外小实验简单易做, 取材容易, 不受条件限制,拉近物理学与生活的距离,对学生的独创性、想象能力的培养有极大的好处。

3.3从人体体验中开发低成本物理实验

バ驴纬滩唤鲋厥又识和技能目标的实现,而且特别强调体验性学习目标的达成。充分地开发人的器官在学习中的体验潜能,可以让学生在探究活动中获得知识,增长才干。

ダ如寒冷的冬天,学生通过搓手使机械能转化为内能,手变暖和了,从而体会了摩擦生热的道理;通过用手打桌子, 手感到痛, 说明力的作用是相互的;将手掌紧贴桌面,用力使手掌向前推,可以感受到桌面与手掌接触面上阻碍运动的力(即摩擦力)的存在,同时也可感受到这个力的方向。通过学生的这些亲身感受所学到的知识,比任何语言描述都更生动,更可信,印象也更深。

ゴ由厦嫖颐强梢钥吹降统杀臼笛橹档眯郎秃吞岢的不仅是实验器材能够简单替代,更是实验装置的简化,实验现象的明了。而且低成本实验成本虽低,运用的智慧不低,具有的内涵不低,教育价值不低,它便于物理教学生活化,能拓展物理教学空间,丰富物理教学内容。它代表了中学物理实验教学的一种发展方向,所以我们要重视低成本实验,大力开发低成本实验。

げ慰嘉南转

[1] 王颖.低成本实验对中学物理教育的促进.龙岩学院学报2005.12

[2] 易其顺.低成本物理实验开发的研究.教学仪器与实验2004.11