中学物理实验低成本开发与应用的实践与思考

谢 睿 曾 怡

《 普通高中物理课程标准（2017 年版）》 明确提出物理学科是自然学科领域的一门基础课程，而物理学科核心素养主要包括 “物理观念” “科学思维” “科学探究” “科学态度与责任” 四个方面。 物理学科核心素养的提出对物理学科的教学与应用提出了更高的要求与挑战。 但在物理学科教学中， 教学的需要通常与现实条件相冲突。 因此， 本着适应新课程改革的需要， 低成本实验器材的开发迫在眉睫。 低成本物理实验器材的开发能有效促进学生物理观念的培养、 科学思维的树立以及正确价值观的养成等， 从而进一步促进物理学科教学的发展以及学生的成长。

一、 中学物理低成本实验开发的内涵与特点

（一） 低成本物理实验开发的内涵

低成本物理实验指的是为满足现实教学的需要而利用低成本的物品来开发物理器材的一种物理教学工作行为， 而低成本的物品包括日常生活用品 （常用的生活用品、 价格低廉易得的器材、 废旧器材等）、

民间传统的工艺制作 （民俗用品、传统器具等）、 艺术作品中的制作（艺术器材、 艺术技巧等） 等。 为了让每一位学生都能参与物理实验， 学到物理知识与技能， 树立科学态度和科学探究的精神， 低成本物理实验开发势在必行。

（二） 低成本物理实验开发的特点

1. 材料易取， 价格低廉

低成本物理实验主要是教师或学生 （在教师的指导下） 共同制作完成的， 由于是在教师的指导下亲手制作完成的， 学生对实验器材更加熟悉， 更有助于提升学生的动手探究能力。 而制作的材料也一般是贴近学生的认知规律的， 随手取材， 成本价格低廉， 有利于物理实验的大范围开展。 同时需要教师留心周围的事物， 有时会有意想不到的收获。

2. 科学开发， 创造性强

低成本物理实验器材的开发是建立在符合学生认知规律基础上的， 易于学生使用和制作， 而在制作的过程中， 并不是简单的简化，而是需要学生开动脑筋、 发挥想象力去创造， 这有益于学生创造力的开发与思维的开拓。 并且开发物理实验器材是建立在充分保证实验效果和学情分析的基础上的， 有利于学生正确理解物理概念和规律， 并内化于心。

3. 直观生动， 激发兴趣

低成本物理实验取材于现实生活中的日常用品， 而且由学生亲手制作， 直观生动， 易于操作。 学生对于亲手制作的物品天然有一种亲近感， 能消除学生对于实践探究的畏惧感， 能抹去对于物理实验的刻板印象， 也丰富了学生的学习活动，激发学生参与活动和学习的兴趣。而直观生动的物理实验， 为学生课后进行自主实验提供更多的可能性。

4. 联系生活， 易于操作

物理教学大多比较抽象， 涉及大量的物理概念和规律， 学生难以理解和吸收， 通过与生活联系密切的物理实验能大大降低学习物理的难度， 激发学生主动学习的意识，达到意想不到的教学效果。 而由于实验器材取材于生活， 教师无需担心昂贵的实验器材的毁坏， 有利于接受能力较差的学生进行多次实验， 推进分层教学。 低成本物理实验还解决了偏远地区实验器材缺乏的难题， 拉近了偏远地区学生与物理学科的距离。

二、 中学物理低成本实验开发的实践

（一） 替代法

创新分很多种， 其中一种是在原有的基础上进行改革， 而材料的替代就属于这一种， 尤其是本来就比较简单的实验器材的替代， 更需要创造和智慧。 有些实验有专门的物理器材， 如果能用价格低廉的材料来替代会更简单、 更有趣， 而且能在一定程度上缓解器材短缺的问题。 如为了强化学生对电源正极和负极的认识， 在学生学完 “电路”和 “电流” 的内容后， 笔者特别安排了 “用马铃薯确定电池正极” 的小实验。 马铃薯是日常的食物， 既廉价又容易获取， 能让学生产生亲切感， 通过实验的操作来树立 “物理来源于生活” 的意识。

（二） 改进法

经过长期的实践， 广大中小学教师已经探索出了较好的实验方法， 但基于新课程改革的理念和不断变化发展中的学生的学情， 我们的实验还需要考虑学生的心理特点、 年龄特征、 兴趣爱好等因素不断改进实验器材， 以达到最佳的教学效果。 以 《光的折射现象》 一课为例——

1. 让学生发挥想象力在纸上画一个女孩， 也可以是学生喜欢的其他东西；

2. 用透明胶布粘在盆底部，然后将盆放在桌上， 并远离盆直到看不到盆中的画为止， 此处为标记处；

3. 再向盆中加入一些水， 此时在原标记处可以清晰地看到盆中的倩影。 当往盆中加水的时候， 光线就穿过空气和水两种介质， 发生折射现象， 从而我们看到美丽的倩影。

这样的实验方法既能避免照搬课本实验 （比如筷子放在水中折射的现象） 的枯燥感， 也能锻炼学生的创造力 （比如画画）， 培养了学生的动手能力和探究能力， 有利于学生物理学科素养的培养， 同时感受到物理学科的趣味。

（三） 设计法

除了以上两种方法， 还有一种方法比较难以实现， 即设计一种新的实验方法， 那么我们如何在控制成本的情况下设计出具有创新性的新型的实验方法？ 这要求考虑几个因素： 既能联系学生的生活， 又能吸引学生的注意力， 激起学生的好奇心， 使学生突破原有的思维框架， 更有利于新知识的学习。 以《光的反射》 一课为例， 有的物理教师 （学者） 就设计了 “熏黑的鸡蛋在水中变成银白色” 的实验。 这一实验教学取材于日常生活中的食物——鸡蛋， 让学生了解日常生活中的小小鸡蛋跟物理学科的联系，让学生加深对于物理实验的体验，并且在实验过程中发挥自身的主动性， 参与到实验中来， 从而有利于促进学生的终身学习和探究的愿望。

总之， 开发低成本物理实验器材还有很长的路要走。 不论是经济条件好的学校， 还是偏远地区的学校， 开发低成本实验器材都能丰富物理学科的教学、 弥补实验器材的不足， 对于培养学生独立思考能力与创造力都有着不可替代的作用。低成本物理实验的开展可以加深物理学科教学与生活的联系， 从而让学生在生活中更好地实践与运用知识， 不仅学生的参与度大大提高，还能锻炼学生的动手能力与探究能力， 从而提升学生物理学科的核心素养， 有利于学生的终身发展。