低成本物理创新实验的设计方法和过程

王世腾

摘 要 基于中学生创新能力现状分析，探索低成本物理创新实验实践，提出低成本物理创新实验的注意事项，以更好地利用低成本物理创新实验培养学生的发散思维、创新能力。

关键词 低成本；物理实验；实验开发

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）09-0146-02

近年来随着高校扩招，毕业生数量在不断增长，就业压力也越来越大，严峻的就业形势成为社会各界关注的热点问题。面对经济下行的压力，创新是第一动力，只有树立创新的理念，大力实施创新驱动发展战略，才能推动产业结构调整，实现经济的转型升级。而要想实现这一切就必须在全社会宣传创新的重要性，使全社会树立起创新的意识，营造适宜创新精神培育的良好环境。学生是国家的栋梁、是社会的未来，学生的创新意识和创新能力对于国家未来的发展有着重要的意义。

1 中学生创新能力现状

尽管多年来我国大力推行素质教育，以培养学生的创新能力，但效果甚微。以物理学为例，物理学是一门实验科学，实验是物理学的前提和基础，在教学中进行物理实验是提高学生实践能力的重要环节，没有实验的物理教学不能算是完整的物理教学。由于受高考的影响，我国的物理实验教学一直处于尴尬境地，普遍存在口头上重视实验教学，实际上忽视实验教学，当实验教学与理论教学发生冲突时，往往牺牲实验教学，让实验教学给理论教学让路的现象。2014年物理课程标准规定我国学生物理实验数为20个，但有关调查显示，学生平均参加的物理实验仅有10个，有的地区和学校甚至不开展物理实验。从教学实验方法上来看，教师采取背诵实验和演示实验这两种教学方法。有的实验仪器较多，装置复杂，容易分散学生的注意力，不利于学生观察和分析实验现象，达不到实验的目的；而且如果实验现象不够明显，不仅不能给学生留下深刻的印象，反而会由于课堂的教学秩序混乱而影响实验效果。个别教师在演示实验时只是单纯为提炼出物理原理，无法调动起学生对学科的积极性和创造力，未能让物理这一学科真正绽放出自身的独特魅力。

受传统的填鸭式教学的影响，物理教学注重短期内学生考试成绩的提高，带有极强的功利性，导致中学生的物理实验能力较弱，大多数只观看过教师在课堂上演示物理实验，并未亲手操作过。当教师演示完实验后，直接公布结论，学生只需要记下公式即可，对于公式是如何得出的，这种实验方法是否科学，得到的实验公式是否正确，是否具有普遍性等问题并未思考过，认为课本上和教师讲的都是正确的，即使教师在课堂上出现错误时，也很少有学生指出教师的错误。导致这种情况产生的主要原因是学生缺乏质疑精神，自信心不足，不敢独立表达自己的观点。只有对事物持怀疑态度，才能使得创新意识不断涌现。中学生对书本和教师的盲从使得创新精神无从谈起。

2 低成本物理创新实验实践

设计理念 过去的物理实验中，教师通常选取实验室现有的仪器和设备开展教学，对于实验室没有的仪器设备，只口头讲述实验的结果而不进行实验。这使得学生对于实验的结论印象不深刻，随着时间的推移，会逐渐忘记这些知识，无法将这些知识形成系统。本实验以人教版八年级上册中的“声的利用”章节进行设计。书本中采用钢尺作为实验用具，由于钢尺振动的声音太小，实验效果并不明显。这时学生可利用身边随处可见的圆珠笔杆、棉花、铁丝、小木块、小刀等材料来替代钢尺作为实验材料，实验成本很低，而且使得动手能力得到锻炼。

实验过程 学生可运用圆珠笔杆、棉花、铁丝等材料制作成一个简单的哨子：首先用小刀在笔杆近尾部开一小口，并将削成月牙形的小木块塞入其中做成吹口；用铁丝缠绕适量的棉花，湿润后塞入另一端做成一个活塞；在吹气的同时，铁丝上下移动活塞，就能听到不同频率的声音。

吹气的时候，先轻轻地吹，这时管内的空气受到振动，发出声音。里边的空气多，空气柱长，它振动起来比较慢，频率低，发出的音调也就低了。之后用力吹，这时管内的空气较少，空气柱就会短，振动起来也会比较快、频率高，发出的音调也相应提高。比较这两次声音的不同，可以发现，声音的大小即响度的不同，是由振幅决定的，振幅越大，响度越大；反之，振幅越小，响度越小。

实验结果分析与展示 通过实验，学生发现振幅与响度有关，验证了课本上的物理知识。同样，学生还可利用大葱验证音调与振动的关系：选取一根大葱，取适当长度，在嘴中吹响；之后利用剪刀或者手掐住大葱，吹一声剪一刀，又用同样大的力吹一声，比较前后两次声音的不同点，说明是音的高低音调不同。另外，学生还可选择汽水吸管作为实验道具，将软吸管头部剪尖，套在硬吸管内，在硬吸管上打孔，用嘴接触软吸管开口处吹气，同时用手指按在硬吸管上方，听到从吸管发出声响，并感受到吸管里喷出的气体振动冲击手指。手指按住硬吸管孔上不同的部位，声音音调不同。吹气的时候，管内的空气受到振动，发出声音；按住硬吸管孔上不同的部位，振动频率不同，吸管会发出不同的声音。

3 低成本物理创新实验中的注意事项

物理实验的设计需要遵循一些基本的原则，低成本物理实验一般遵循以下原则。

科学性和可行性原则 物理实验真实、客观地反映和揭示概念、规律以及原理。在设计物理实验时，要认真学习书本中的物理知识，掌握实验所揭示的公式和原理，仔细观察教师在演示实验过程中的操作步骤，设计符合物理规律的实验；而不能人为地设计有悖于科学性的低成本物理实验，在设计实验前后要从各个方面证明实验的可行性，而且要仔细观察实验结果是否符合设计的要求，还应该考虑到实验时可能出现的问题

简单性原则 教师所使用的实验仪器和教材有的比较复杂、价格昂贵，学生选择身边与实验仪器类似的物品，尽可能选择常见的物品，设计操作最方便的操作步骤，这样可以有效节约物质资源。

直观性原则 实验设计要尽可能增大可见度，抓住本质特征，展现其生动直观形象。物理教材中的实验并不是个个设计完美，有些实验在取材、原理、步骤、可信度等方面或多或少存在不足和缺陷。如在磁感线实验设计中，教材中是将适量的铁屑均匀地撒在玻璃板上，并将玻璃板置于磁铁上，通过连续轻微地敲击玻璃板，使铁屑在磁场中逐渐有序排列。这种实验方法虽验证了磁铁具有吸引力，但直观性不强。学生可对实验进行优化，选用白纸和胶水，在白纸的一面涂抹上胶水，将胶水面和玻璃板粘住，之后再将玻璃板置于磁铁上，这样使实验更加直观。

4 结语

低成本物理创新实验的设计使得学生利用自己身边熟悉的生活用品、废旧器材设计制作低成本物理创新实验，把物理学习跟生活实际联系在一起，感到物理不再是课本上枯燥的知识、繁琐的公式。这样一方面缓解了教学资源的不足，另一方面使学生发挥了想象能力，找到实验的替代品，开拓了学生的思维，提高了思维的流畅性、变通性，进而培养了学生的发散思维、创新能力。

参考文献

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