初中物理力学低成本演示实验的研究与开发

石家文，李洪祥

(贵州师范学院，贵阳 550018)



初中物理力学低成本演示实验的研究与开发

石家文，李洪祥

(贵州师范学院，贵阳 550018)

物理是一门以实验为基础的学科，实验教学的重要性不言而喻。目前，我国中学物理实验教学仪器大多是从厂家统一购置，在实验教学过程中学生只能看见实验数据，对实验的过程比较模糊。如果利用生活中价格低廉或已经废弃的物品进行演示实验，将具体的实验过程展示出来，学生就可以简单明了地了解实验结果的产生过程。制作低成本演示实验器材是一项创造性的活动，不仅对教师创新能力的培养有较大帮助，而且也丰富了教师在演示实验教学中的教学方法。本文通过查看大量文献，总结贵州地区初中物理实验教学中教师和学生对力学低成本演示实验的需求，同时结合人教版初中物理教材，对初中力学的部分实验进行分析研究。

初中物理；物理力学；低成本演示实验

《全日制义务教育物理课程标准》提出 “从生活走向物理，从物理走向社会”的培养理念，说明物理是从生活中总结而来，从而也应用到生活中去。利用生活中常见的、价格低廉的材料制成低成本演示实验器材，很好地把生活同物理联系起来。

1 贵州地区低成本物理演示实验的需求分析

1.1 贵州地区初中物理实验教学现状

为了解贵州地区初中物理实验教学的现状，笔者查看了大量文献，总结出前人关于贵州地区初中物理实验教学的调查与分析结果。了解到66.7%的教师在物理实验教学中乐于并尝试过自制教具，33.3%的教师在自制教具方面能力有所欠缺或者不愿意尝试，如图1所示。针对学生是否喜欢物理实验也进行了总结，从整体上看，90%以上的学生喜欢做物理实验，如图2所示。

图1 教师对自制教具进行教学的看法Fig.1 Teacher’s view of self-made teaching aids

图2 学生对物理实验的喜爱程度Fig.2 Students’ degree of love for physical experiments

在贵州省金沙县、三都县、平塘县的农村中学投放150份问卷，根据问卷调查结果显示，在贵州地区物理实验受到绝大多数学生的喜爱，可以帮助学生系统学习物理知识，增强学生的学习动力，改善学习现状。极少部分学生不喜欢物理实验，易对学习产生不良影响，教师应多加开导，通过开展丰富多彩的实验活动来提高学生学习兴趣。同时，教师很乐于尝试自制实验器材，有利于增强教师的创新意识，提高教学质量，也有利于解决贵州地区物理实验器材不足的问题，让低成本的物理演示实验具有进一步发展的空间。

1.2 低成本物理力学演示实验的意义

低成本物理力学演示实验主要利用生活中的物品做辅助教具，展示物理力学中的现象，解决中学物理教师对力学这一章节的教学问题，有利于教师对力学知识的传授及学生对力学知识的理解。低成本力学演示实验取材容易、制作过程简单，同时实验现象又比较明显，方便学生把概念问题实际化，加深学生对力学知识的理解。在解决贵州偏远地区中学实验器材不足问题、增强师生之间和学生之间的交流互动、学生的个性发展、加强学生的动手能力等方面都具有重大意义。同时在物理教学过程中对课堂实验教学做出良好反响，从而提高教学质量，在推动贵州当地中学由旧式物理教学模式向新式物理教学模式的过渡中意义重大。

2 初中物理力学低成本演示实验教学案例

2.1 弹力产生原因演示

在初中物理教学中，弹力的定义指物体由于发生弹性形变而产生的力。大部分教师在教学过程中只是简单地让学生了解弹力的存在和初步认识弹力，并没有深入去讲解研究，所以初中学生对于弹力这一概念比较模糊，很容易忘记，导致他们进入高中后还需要再复习一次弹力的基本知识。本实验选择使用一根橡皮筋和一个乒乓球作为主要器材，所选材料为生活中常见物品。

实验步骤:第一步，取一根橡皮筋放在桌子上拉伸至原长并固定住，在橡皮筋之间放入乒乓球如图3a所示。第二步，将乒乓球和橡皮筋同时向后拉伸，这时让学生观察橡皮筋形状的改变，如图3b所示。接下来松开手，乒乓球受到弹力的作用后会向前运动一段距离，这就很形象地表现出了弹力的效果，学生也很容易记住弹力的产生条件。

图3a 实验步骤第一步Fig.3a Step 1 of the experiment

图3b 实验步骤第二步Fig.3b Step 2 of the experiment

2.2 惯性实验演示

惯性对于中学生而言，是一个比较抽象的知识点，在学生的生活中虽然有关于惯性的体会，但自己却很难用语言表达出来。为了让学生更直观地认识惯性须用实验的方法来验证。本实验选择随处可见的矿泉水瓶作为主要器材。

实验步骤:第一步，将矿泉水瓶中装入半瓶水横放在桌面上，如图4a所示。第二步，用手握住瓶身，如图4b所示。快速将矿泉水瓶向前推动一段距离后立即停止，虽然矿泉水瓶已经停止运动，但由于瓶中的水具有惯性，还会继续向前运动，学生观察到水向前运动时还能听到“咣当”的一声，这与学生日常坐车遇到急刹车时身体猛然向前倾的情况十分相似，使学生对惯性概念有了自己的见解，有助于帮助学生掌握知识。

图4a 实验步骤第一步Fig.4a Step 1 of the experiment

图4b 实验步骤第二步Fig.4b Step 2 of the experiment

2.3 浮力产生原因演示

浮力的概念对于初中生来说较抽象，教材上对浮力也没有过多的解释。本实验选择已废弃的矿泉水瓶和一个常用的兵兵球作为主要器材，材料易得、廉价，实验结果很好展示了浮力产生的原因。

实验步骤:第一步，取两个矿泉水瓶的上半部分。把兵兵球放入没有把瓶盖打开的倒立矿泉水瓶中，往瓶中倒水，发现兵兵球开始慢慢浮起来，如图5a所示。第二步，将兵兵球放入另一个盖子打开的矿泉水瓶中，盖口向下，使兵兵球接触矿泉水瓶底部，不断往瓶中倒水，直至水面高于兵兵球的高度，发现兵兵球并没有浮起来，如图5b所示。

通过分析可知，兵兵球浮于水面上，必然是受到了水给它的一个向上的作用力，也就是浮力。进而给出浮力的具体概念:浸在液体里的物体，受到液体向上的托力，这个就是浮力。通过实验现象学生能够更清楚地理解浮力产生的原因和概念，同时也能激起学生学习的兴趣。

图5a 实验步骤第一步Fig.5a Step 1 of the experiment

图5b 实验步骤第二步Fig.5b Step 2 of the experiment

2.4 影响压力作用效果因素演示

取一块泡沫塑料放在桌子上，在泡沫塑料上放一块小木块，如图6(甲)所示，泡沫塑料只往下陷了一点。再在木块上加一块圆柱形的铁块，如图6(乙)所示，泡沫塑料下陷的程度比甲深了很多。在相同的泡沫塑料上，加一块比甲图更大的木块和两颗钉子，如图6(丙)所示，丙图比甲图下陷程度轻。把丙图的钉子和木块换了位置放在泡沫塑料上，如图6(丁)所示，丁图比丙图下陷程度大得多。通过实验，学生可以很容易观察到泡沫塑料变化的过程，从而更加理解压力大小、受力面积对压力作用效果的影响。

图6 影响压力作用效果因素演示Fig.6 Demonstration of factors affecting the pressure effect

3 结语

力学在初中物理教学中所占比例达到50%以上，低成本物理力学实验的开展对初中生具有很强的现实意义，实验器材取材方便、快捷、廉价等特点，让更多的学生有机会自己参与实验器材的制作，加强他们的动手能力和创造力。同时，低成本物理力学实验可以解决偏远地区学校实验器材不足的问题，让更多的教师有机会把理论和实验联系在一起进行教学，使学生们充分体验到物理实验的乐趣。

[1] 韩希光.利用生活开启物理学习之门[J].教育教学论坛, 2010，(04):109-110.

[2] 陈先锋，宋景萍，孙丽萍，等.初中物理低成本演示实验的研究与开发[J].赤峰学院学报(自然科学版)，2015，(04):275-277.

Research and development of low cost demonstration experiment of physics mechanics in middle school

SHI Jia-wen, LI Hong-xiang

(Guizhou Normal University, Guiyang 550018, China)

Physics is an experiment-based discipline, and the importance of experimental teaching is self-evident. At present, most of middle school physics experimental teaching instruments are purchased from the manufacturers, and students can only see the experimental data in the course of experimental teaching with vague experiment process. To demonstrate the experiment with low-cost or discarded items can make students understand the results of the experimental process. The production of low-cost demonstration laboratory equipment is a creative activity, which has had not only great help for the cultivation of teachers′ innovative ability, but also enriched the teaching methods in the demonstration of teaching. This paper reviews the needs of teachers and students in low-cost demonstration experiment of physics experiment in middle school in Guizhou province. At the same time, some experiments on middle school mechanics are analyzed combined with middle school physic textbook.

Middle school physics; Physical mechanics; Low cost demonstration experiment

2017-02-19

贵州师范学院校级学生科研项目(2016DXS106)；2013年院级课题双势垒及一维介观环中电子的自旋极化输(xky1370)

石家文(1995-)，男，贵州师范学院物理学专业2017届本科毕业生。

孙丽萍(1982-)，女，硕士，讲师。

G633.7

B

1674-8646(2017)07-0001-03

指导教师：孙丽萍