多角度、多用途、多方法挖掘低成本物理演示实验

黄花香

【摘要】开发低成本物理演示实验不仅解决了贫困地区物理实验教学的燃眉之急，而且促进了整个物理实验教学的新发展。为了让物理课堂更加贴近生活，更加生动活泼，更能启发学生的创造力，我们应该从“多角度、多用途、多方法”来全面审视低成本物理演示实验，发挥教师的能动性和创造性，挖掘生活中潜在的物理知识，创造亲切有趣的物理实验。

【关键词】演示实验;低成本;多角度

开发低成本物理演示实验不仅解决了贫困地区物理实验教学的燃眉之急，而且促进了整个物理实验教学的新发展。低成本演示实验，既能为教师开拓一条自主创新实验的道路，可以彰显个人风采，又为学生搭起了一条物理和生活的桥梁，可以充分开发学生的智力因素。

低成本演示物理实验不是实验器材的简单替代而是实验装置的进一步简化， 这种简化是高智慧、高技术和高教育价值的创新。为了让物理课堂更加贴近生活，更加生动活泼，更加能启发学生的创造力，我们应该从“多角度、多用途、多方法”来全面地审视低成本物理演示实验，发挥教师的能动性和创造性，挖掘生活中潜在的物理知识，创造亲切有趣的物理实验。

一、挖掘同一材料的多种用途

低成本物理演示实验的材料来源于生活中，生活用品、废旧物品、廉价材料、兒童玩具、报废仪器等，都可以成为设计者手中的宝。这些不仅增加了实验的真实感、可信度，提高学生的环保意识，而且缩短了实验与学生间的距离， 让学生感觉到物理就在身边，只要留心生活，自己也能成为一个创造者。

生活中一个硬币、一个玻璃杯、一个矿泉水瓶……对我们来说是再普通不过的了，但是经过一番“拼拼凑凑”，就能成为演示某个知识点的实验，而且换个角度，可能又是另外一个实验，这就是低成本实验的精妙之处，所以多角度地去挖掘材料，成为开发低成本实验的一个重要环节。

下面是关于利用同样的材料，可以演示不同实验的两个例子。

1.自制陀螺的应用

陀螺是一种常见的儿童玩具，用一个带螺母的螺丝和一张硬纸片，也可以制成一个简易的陀螺。在演示颜色的混合时，可以将自制陀螺用色笔平均地涂上红黄蓝或红蓝绿等三种颜色（如下图），转动陀螺，就可以看到三种颜色的混合会产生什么颜色。这个实验不仅可以吸引学生的注意力，而且可以启发学生去探究不同颜色之间的混合。

相同的装置，可以用于制作演示圆周运动方向的“墨水旋风”。转动简易陀螺，等陀螺旋转了一会逐渐稳定后，从陀螺的正上方用滴管滴墨水，墨水由于离心作用飞出陀螺洒在白纸上，在白纸上显示的就是圆周运动的切线方向（如图）。学生很容易被洒在白纸上的墨水吸引，其实，这是和旋转雨伞，雨水沿切线方向洒出来的原理是一样的，通过这些像玩具一样的有趣的实验，使学生对物理更感兴趣，建立一种从玩具中也能发现物理知识的意识。

2.矿泉水瓶的妙用

矿泉水瓶，是开发低成本演示实验的一个重要的资源，在一个矿泉水瓶的底部用针刺几个小孔，就是一个可以多用的实验器材。作为“魔瓶”，可以用于引入大气压强，旋紧瓶塞，由于大气压强的存在，下面的小孔不会漏水。在教学中可以设置一个情境，“打开魔瓶会出现什么呢？”可以调动学生的积极性。

在演示超重失重实验的时候，可以提出疑问，当魔瓶做自由落体运动，水是否会漏出来？通过演示这个实验，可以说明在失重状态下，水和瓶之间是没有相互作用的。

用一个还没打孔的矿泉水瓶，加一条绳子绑在瓶颈上，保持瓶盖打开，就可以演示“水流星”， 用手牵引着绳子的另一端圆周甩动绳子使瓶子进行圆周运动。当达到一定速度时发现即使瓶子达到最高点倒立过来时。当在瓶子底部穿一些孔，用手牵引着绳子的另一端圆周甩动绳子使瓶子进行圆周运动，水就会从小孔飞出，形成水流星。

相同的演示器材，从不同的角度上，根据器材的多种特性，有时候做出一点点改动，适当地添加或减少一些物品，可以创造出多个物理演示实验，带给学生很多的意外惊喜，也让学生在潜移默化中形成一种多角度去看待问题，多角度去思考实验的能力。

二、挖掘同一实验包含的多个知识点

同一个演示实验往往包含不止一个知识点，但是很多教师在上课的时候只看到跟课时相对应的知识点。带着挖掘一个实验的多个知识点这个想法去看待低成本实验时，更能发现实验的价值。同时在教学中，也更能抓住学生的眼光，为后面知识点的学习奠定了基础，消除学生学习的陌生感。例如，“自己会走的杯子”这个实验就能够说明此问题。找一块玻璃板，放在水里浸一下，然后一头放在桌上，另一头用几本书垫起来（高度3～4 厘米）。将一只玻璃杯，杯口沾些水，倒扣在玻璃板上。（如图）

手拿点着的蜡烛去熏烧杯子的底部，就会发现玻璃杯竟会自己往下走去。（如图）

这个实验首先涉及到气体的热胀冷缩和重力的知识，当烛火熏烧杯底的时候，杯内的空气渐渐受热膨胀，要往外挤。但是，杯口是倒扣着的，又有一层水将杯口封闭，热空气跑不出来，只能将杯子顶起。在自身重量的作用下，就自己下滑了。同时，此实验也涉及到摩擦力的知识，这就跟模拟气垫船的原理相似了，当还没有烛火熏杯底的时候，玻璃杯静止在斜面上。当用烛火熏杯底的时候，杯内的空气膨胀，就形成气垫顶住杯子，杯子所受摩擦力减小了，由于重力的作用往下滑。从不同的角度和知识点去分析实验，可以让学生学会如何更好地应用所学知识，同时，也可以让学生在潜移默化中养成这种分析问题的习惯。

三、挖掘同一知识点的多种演示方法

在开发低成本演示实验的时候要挖掘同一知识点的多种演示方法，使实验在不断的改进与创新中得到完善，对课堂形式的多样化，以及学生学习兴趣的提高是很有帮助的。对于某个新知识的学习不要在学生毫无思想准备时冒然地强加给学生，而应想办法通过一些对学生来说简单但熟悉的材料把有趣的意料不到的现象摆在他们面前，使他们的认知结构发生激烈冲突，在他们感觉到寻找其它知识来解释他们所面临的现象必要时，再开始新知识的学习。例如，在学生学习声音的时候，我们最常用自制乐器来引起学生的注意，让他们寻求新知识来解释这些乐器发声的原理。

1.自制乐器，用酒瓶来制作水瓶琴是比较常见的，将几个酒瓶根据经验装上不同体积的水使其依次发出1 2 3 4 5 6 7 1然后将它们挂在支架上，用一支铁棒敲击酒瓶就可以发出悅耳的声音。（如图）

上面的水瓶琴例子是由于由于瓶子的振动，装上水后，杯壁的振动受到阻碍，改变了杯壁的振动情况，装水越多敲击时发出的声音的音调就越低。

2.除了用酒瓶制作水瓶琴以外，还可以试着用吸管等物品制作笛子，可以用这样的笛子来吹奏出乐曲。

制作方法：把吸管的一端压扁后，剪成右图中的形状。用嘴唇夹紧吸管并往里吹气。吸管发出声音。把吸管的下端剪短1～2cm后，吸管发出的声音变得比刚才尖锐了。随着吸管不断被剪短，声音也会不断地变得更尖锐。

下面，用原来长度的吸管进行实验。把吸管接在一起，接口处用透明胶带固定。这时，吸管发出的声音变低沉了。继续连接吸管，2支、3支......

拿出1支原来长度的吸管，把另一支比它稍稍大一点的吸管套在上面。这样，通过推拉就可以调整吸管的长度。这种调整音调的原理与长号相同。

把原来长度的吸管剪成2段。在距离吸管下端2cm和3.5cm的地方用燃烧的蚊香分别点出一个小孔。先用手指按住小孔，然后由下至上放开手指，可以依次听到“多、来、米”三种声音。

3.还有一些更加简单但是却能说明问题的例子可以演示声音的产生与传播，例如，会唱歌的纸杯。如下图：

它所需材料只是：纸杯、火柴、线、蜂蜡在一只纸杯底穿一个孔，把一段线穿过去，然后在里面用半根火柴横着把它固定住，线上抹上蜂蜡（用蜡烛即可）。

演示时用拇指和食指去摩擦细绳，就会听到纸杯开始吱嘎吱嘎、嗡嗡的唱歌。

这是因为发粘的蜡在手指抽动中摩擦。这个压力差别传递到了杯底，杯底像薄膜一样发生震荡，并在空气产生声波。

以上三个实验中，“简单有趣的笛子”声音的产生是由于空气柱的振动产生的，那么，大多数学生会认为：用棒敲瓶子发出的响声也是瓶中空气振动产生的，并且认为瓶子装水越多瓶中的空气柱越短，音调越高;也有的认为是水振动产生的，并且装水越多的瓶子音调越高，这就引起了学生探究的兴趣。敲水瓶琴发出的声音不是空气柱振动产生的。因为用嘴吹笛子和用筷子水瓶琴发出的音色不同，吹笛子是空气柱振动，敲水瓶琴一定不是空气柱振动。敲水瓶琴发出的声音不是水振动产生的而是瓶子振动产生的。可用筷子分别敲空瓶子和装水最少的瓶子，它们发出声音的音色相同，只是敲空瓶子的声音音调高。因此，敲水瓶时是瓶子振动，装上水后，杯壁的振动受到阻碍，改变了杯壁的振动情况，装水越多敲击时发出的声音的音调就越低，会唱歌的纸杯却是杯底的震荡发出的声音。

同一个知识点的多种演示方法逐步树立起了“实践出真知”的唯物主义思想。长此以往，学生对探究和实验就会越来越感兴趣，进而形成志趣，达到自主学、主动学、我要学的教学境界。

四、增加趣味性，让演示实验与教学相辅相成

物理学中，很多现象是无法直接观察到的，比较抽象，学生只能在实验的基础上通过分析推理来理解抽象概念。所以，学生最直观的感性认识来源于教师的演示。演示实验的趣味性会增加学生得学习兴趣。在学习“光沿直线传播”一课时，学生对小孔成像这一现象的理解较为困难。结合我校实际，笔者利用PVC水管制作了较为庞大的小孔成像演示仪。此教具可视范围大，提高了演示实验的可见度，给学生视觉的冲击，激发学习兴趣，教学效果显著。

学习任何科学概念都需要一个认识发展的过程，只有当科学概念形成的结构比较符合学生的认知水平时才易于掌握。演示实验就是让科学概念由抽象到具体的一个过渡，发挥演示实验的主导作用，可以收到事半功倍的效果。

[本文系广东省教育科学规划课题“初中物理教学中演示实验有效性研究”（课题批准号：2017YQJK099）研究成果]

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