例谈低成本实验在高中物理教学中的应用

徐婷婷��

物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验是提高学生实践能力与创新能力不可缺少的途径，更是学生科学素养形成所不可或缺的环节.但在当前的高中物理课堂上，实验内容太少，大量的概念、规律都是直接给出或用逻辑思维推导出来的，“口述实验”或“黑板实验”的现象仍普遍存在.造成这种现象的原因是多方面的：一方面，一些物理教师对实验的重要性在认识上有偏差，他们认为课堂上讲实验比做实验来的快，来的准，效率高.另一方面，物理教师在教学的过程中都有体会，准备实验所花费的时间较长，并且需要付出大量的脑力和体力劳动.此外由于实验资源不足，各类实验器材无法在所有的学校得到广泛普及，以至于造成部分教师想做实验但缺乏实验器材的情况.

低成本实验有着“成本低聪明智慧不低、成本低技术含量不低、成本低物理内涵不低、成本低教育价值不低、成本低社会要求不低”这样五不低的效果，因此针对目前物理实验教学的现状，低成本物理实验在教学中有着广泛的开发和应用空间.

1利用低成本实验，激发学生的学习兴趣

在教学过程中，学生的学习兴趣是保证教师教学质量和效率的首要前提.相对于纯理论的分析和推导，实验是学生更喜闻乐见的教学方式.在引入新课阶段，借助低成本实验创造出奇妙有趣的教学情境，能够充分调动学生的学习热情和探究欲望.

在《电容器的电容》一课中，教師可以通过展示生活中常见的水杯并提出“装水的杯子能否用来装电”的问题，从而引发学生的思考.然后教师在水杯的内外都包上一层铝箔纸（如图1），将改装后的水杯接到感应起电机上，用手摇动起电机来获得电荷.充电完成后将两根导线从起电机上取下并短接，可以看到明显的电火花并听到放电的声音.此时学生会对改装后的杯子为什么能装电产生浓厚的兴趣，教师再引导学生去发现改装后水杯的结构，为电容器结构的引出打下铺垫.

在《机械能守恒定律》一课中，教师可以在一个塑料罐内用橡皮筋挂上一把金属小锁（如图2），制成一个“魔术罐”，然后将“魔术罐”放在桌面上，沿水平方向推出，学生会发现这个“魔术罐”的奇妙之处在于：它在滚出去之后还能够自动滚回来.随后，教师再引导学生仔细观察魔术罐的结构，并揭秘“魔术罐”的原理：塑料罐滚出去的过程中，橡皮筋不断扭转储存了弹性势能，在滚回来的过程橡皮筋储存的弹性势能又释放出来转化为动能.此外，教师还可以适时拓展，讲述日常生活中的很多机械钟表和玩具中的发条就是类似的原理.

在《超重与失重》一课中，教师可以展示“书中自有大力士”实验，将两本书相对放置，把部分书页交错重叠，先邀请一位力气比较大的男生双手分别握住两书的书脊向两侧拉，发现很难将两本书拉开.然后再邀请一位女生上台，教师指导她双手握住书脊，一边向两边拉，一边向下运动，这时两本书就被轻松地拉开了.通过前后两次实验的对比，学生会对“为什么当书向下运动时就能被轻松地拉开”这个问题产生强烈的好奇心和求知欲.

2利用低成本实验，直观展现物理现象和规律

物理教育家朱正元教授曾说过：“说一千，道一万，不如实验看一看.”然而在高中物理的教学中，教师往往更注重理论分析，由于知识点抽象，内容枯燥，学生往往难以理解.利用低成本实验，可以让学生充分观察到物理现象发生、发展的全过程，体会其中的物理原理.在获得丰富的感性知识之后，容易将物理知识与认知之间形成联结，为构建新知奠定基础.

（1）将物理过程转变为看得到的物理现象

在《全反射》一课中，教师可以用一个矿泉水瓶和一支激光笔向学生展示发生全反射的全过程.首先将装了一半水且密闭的矿泉水瓶横向水平放置.打开激光笔，从有水的一侧的右下方从下到上发射激光，并逐渐增大入射角，在水中可以看到清晰的入射光线，在矿泉水瓶的上方可以看到有光斑不断向左移动，说明折射角增大.当入射角增大到一定角度，矿泉水瓶上的光斑消失，此时看似透明的水面似乎变成了一面完美的镜子，激光在水中来回反射多次，形成一幅美丽的画面（如图3）.通过这个实验可以让学生观察到发生全反射的过程，也直观地证明了发生全反射的条件之一是：入射角要大到一定角度.随后，教师再用激光笔，从没水的一侧从上到下发射激光，发现无论怎样增大入射角，都可以同时看到上方瓶子上的反射光斑和水中的折射光线，说明光线只有从光密介质射向光疏介质时才会发生全反射.

（2）将物理过程转变为听得到的物理现象

在《多普勒效应》一课中，教材提供的演示实验方案是将蜂鸣器固定在竹竿上，在头顶快速转动，听声音的变化.然而蜂鸣器在日常生活中并不常见，教师可以用传统的竹玩具——“竹知了”（如图4）来代替，甩动“竹知了”在空中做圆周运动，可以听到清脆的声音，犹如夏蝉鸣叫，还可以发现随着“竹知了”靠近和远离，声音音调的高低会发生变化，这就是多普勒效应.

3利用低成本实验，培养学生动手尝试的意识

在我们的教学过程中经常会碰到这样的情况，一个学生可以画出一幅很完美的电路图，但在实验室里却连不成一个的简单线路.这让人不禁感慨，我们的学生究竟缺的是什么？显然他们缺的不是物理知识，而是实践意识和解决实际问题的能力.物理是一门以实验为基础的科学，教师要鼓励学生多动手、多实践.教师要给学生传递这样的意识：物理实验不一定要在实验室做，生活中随手可得的材料都可以作为实验器材.

在关于电磁波的教学过程中，往往会遇到学生提出：“红外线的穿透能力怎么样？能不能穿过塑料板？”等问题，在遇到学生提出此类问题的时候，教师可以不必急于回答，而是鼓励学生借助生活中常见的物品去试一试，比如说回家用电视机遥控器试一试就能知道红外线的穿透能力.在学完《光的偏振》这节课后，教师可以鼓励学生回家用观看3D电影的眼镜进行一系列的探究，先让学生对比戴上3D眼镜和摘掉眼镜光线的亮度，可以发现戴上3D眼镜光线亮度变弱，这说明偏振片只能让一部分自然光通过.然后，将两副眼镜的镜片相对，慢慢转动镜片方向，可观察到光线逐渐变化，当转动到两镜面垂直时就几乎看不到光线了.学生经历了这样亲手操作的过程，既加深了对知识的理解，又提高了动手实践能力，还增强了动手尝试的意识.

在学完《通电导线在磁场中受到的力》一节课后教师可以布置课后作业，让学生自制小电动机.学生利用干电池、铜线和钕磁铁，可以制成各式各样的电动机.这样的趣味小制作，为学生搭建自主探究的平台，培养了学生的动手能力和创新思维能力，激发了学生学习物理的兴趣.

4总结与感悟

在物理教学中充分利用与开发低成本实验，对于教师来说，利用身边随手可得的普通物品做物理实验大大降低了实验准备的难度.对于学生来说，低成本实验拉近了物理与生活的距离，让学生体会到生活中处处有物理，激发了学生的学习兴趣和探究热情.因此，教师应做一个有心人，积极开发积累帮助学生理解概念、形成概念、发现规律、掌握规律的低成本实验，使学生在掌握知识的同时，从物理实验中所获得丰富的感性认识、增强探索意识、提高实际操作能力.