扎根于生活的“低成本”物理实验

摘 要：低成本实验材料易取，成本不高，极易动手制作;可以节约资源大幅减少教育开支，是物理课程改革的重要资源和实现转变学生学习方式的重要手段.充分利用生活中常见物品和一些小玩具开发出的物理实验，易激发学生对物理学科的兴趣，培养学生的发现探究精神.实验室现有的简单器材和常见的电子元件或产品充分利用，展示出的物理科学现象，利于学生物理核心素养的形成.

关键词：实验开发;低成本实验;高中物理;实验教学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2021）06-0061-02

收稿日期：2020-11-25

作者简介：马辉（1970.12-），男，江苏省徐州人，硕士，中学高级教师，从事高中物理教学研究.

“低成本物理实验”（Low﹣cost Physics Experiments）一词是当前国际物理教育界所倡导的一种物理教学工作行为概念.其内涵有两点：一是通过利用这种生活中常见的廉价材料开展中学物理教学实验，解决器材短缺问题;二是通过利用生活材料、物品或器具、科技玩具、高新材料组合和高新产品的移植做物理实验，提高学生对物理的学习兴趣，培养学生动手能力和实践能力.目前，我国教育者们也在积极探索低成本物理实验，并在这方面积累了丰硕的研究成果，低成本物理实验的核心理论已基本确立，在理论指导下实验开发探索也有一定的进展，但目前的实践成果仍不能完全满足高中物理实验教学的需求.故需要利用日常小物品、小玩具、实验室现有器材、常见的电子元件或产品等物品进一步开发低成本物理实验以满足物理教学.

一、利用一些日常小物品

利用学生所熟知的一些日常小物品，通過简单的组合或加工，变身为物理实验器材，来简单、清晰明了地展示一些实验现象.学生更感亲切自然、真实可信，更能容易感知物理与日常生活的紧密相关.这种方式开发出的符合教学实际的低成本物理实验，可以极大地激发学生对物理的兴趣，开发学生的实验技能和创新实践能力.实例1 惯性小实验

在讲解物体的惯性大小与什么因素有关时，可采用如图1所示的实验：用两个一样的乒乓球，一个是空心的，另一个打个小洞装入细沙，再分别用两个等长的细绳悬挂起来，使表面看上去二者没有什么区别.

让弱小的女生吹空心的，肺活量大的男生吹装细沙的，演示结果会出乎学生的心理预料，小女生吹得老高，大男生却几乎吹不动，学生会哄堂大笑.继而引发学生思考：为什么会这样呢？再兜出老底，决定惯性大小的因素就呼之欲出了.

二、利用一些生活中常见小玩具

生活中小玩具大多是根据科学原理设计的，它很多都利用了物理原理，符合科学规律，玩具所展现奇妙的现象、华美的外观能瞬间吸引学生的目光，使学生在好奇中愉快地学习.这时，如果物理教师能及时利用科教玩具开展课堂活动，利用实验所具有的趣味性强的特点，展示其抽象的物理原理，将能够充分调动学生的兴趣，活跃课堂气氛，在寓教于乐中学习到科学原理.

实例2 主动轮的摩擦力

摩擦力是车辆前进的动力，学生往往难以理解.为此，我们可以利用玩具小车演示来加以说明.如图2所示，有遥控玩具车、泡沫板、六支铅笔等器材.将铅笔间隔均匀地放于水平面上，泡沫板放在铅笔上面，遥控玩具车放在泡沫板（或硬纸板）上.用遥控器控制玩具车的运动方向，当操作玩具车向右运动时，就可看到车轮下的泡沫板在向左后退，实验展示效果非常清晰.新奇的实验调动了学生的好奇心，然后引导学生分析泡沫板的受力，再利用牛顿第三定律推断车轮的受力，可知摩擦力是动力，学生很容易接受.

三、利用实验室现有的一些简单器材

即便是偏远的一些学校也会有一些基本的实验器材，如木板、小车、打点计时器、磁铁、线圈、音叉、弹簧秤等，开发利用好这些基本的实验器材，还能够进行很多比较简单的物理实验，为学生创造出直观高效的物理实验，还能够充分体现当前从生活走向物理新的课程理念.

实例3 振动发声

手摸声带，当自己讲话时，可感知声带是振动的.其他发声的物体是不是也是这样的呢？如图3所示，我们可以利用音叉和乒乓球做个实验.用细线一端与乒乓球连接，用橡皮锤敲击音叉使之发声，手提细线将乒乓球慢慢靠近音叉，可以清楚看到乒乓球会被音叉弹回，说明音叉在振动.实验简单，效果明显，远比口头干讲效果好的多.

实例4 电磁感应演示

在以前学习楞次定律时，一般情况下是用灵敏电流计来做实验，通过指针偏转的方向来判断感应电流的方向.实验时往往是指针一会向左一会向右偏转，容易把学生搞得晕头转向，弄不清感应电流的方向到底与哪些因素有关.

为使现象简单明了、一目了然，我们可对电磁感应现象的实验进行改进，如图4所示，先将电流表拿掉，调换成两个反向并联的红、绿发光二极管，然后再用磁铁从一端插入和抽出，这时红、绿发光二极管就会先红后绿持续发光，看到这种现象学生就能很容易判断出磁铁的插入方式的变化，造成电流表指针转向的改变，从二极管的发光情况就能直接观察到感应电流的方向，这样在得出楞次定律的结论时，学生就易于掌握了.此改进既凸显了实验现象，又节省了实验成本，真正做到低成本、大价值.

四、利用一些常见的电子元件或产品

随着科技的发展和进步，近年来各种新材料、新技术广泛应用于日常生产生活实践，如智能手机、声光控电源开关、视听光盘遥控器、发光二极管、感应门、安全带传感器、镜片渡膜、超导材料等，无论是教师还是学生都可以很方便地获得这些宝贵的课程资源.只要将这些材料和技术经过简单改造与重组就可以在物理教学中演示和探究许多物理现象.

实例5 演示声波、电磁波的传播

为了比较电磁波和机械波的区别，以前都是口头描述，现在为了达到更有直观性，就可以利用低成本简单的实验器材进行实验对比.首先将儿童用的电话手表放进塑料袋，接着用一细长线系好密封，再把塑料袋缓慢浸入水槽里面，按图5所示，再用外面的另一手机拨号袋子里面的手机号， 水中袋子的电话手表就会开始振铃.参与实验的学生会发现手表屏幕的闪光，还会听到袋子中电话手表的响铃.实验非常直观地告诉同学们，电磁波能够在液体中传播，也表明声波也能够在液体中传播;接着进行下一步的实验，再将儿童电话手表放入透明的玻璃容器，然后抽空容器内空气，如图6所示，这时，步骤如上再拨打容器里的电话手表，铃声无法传出，听不到手表的任何声音可是能够看到手表在闪光，这就很好说明电磁波可以在真空中传播，而声波不能在真空中传播.这种方式的实验让学生感到生活很常见，贴近学生生活，会让学生马上体会到科学的真实性，缩短了生活与抽象的物理概念的距离.

学科知识是构成学科素养的载体，而实验活动是形成能力的重要手段，只有学生亲自实践，在实验中领会，在生活中学习，才能提升学科素养.只要做个生活中的有心人，就会发现身边可以用来做实验的物品比比皆是.“坛坛罐罐作仪器，拼拼凑凑做实验”，在教学中，从来就不缺少实验的资源，只要我们能够充分利用自己的慧眼在生活中去发现，用来做实验的器材可以说俯拾皆是.这些来自生活的实验材料，很常见也容易得到.利用它们设计物理实验，通俗生动，活泼有趣，展示效果清晰.可以使学生对物理现象获得具体生动的感性认识，加深对科学概念和规律的理解，而且还能培养学生的动手实践能力和思考能力，也会使学生深刻认识到物理来源于生活，生活处处有物理，这可以培养他们的发现探究精神，从重知识重现到重知识的重演，实验活动的确是学生形成学科素养的重要渠道，如此学生的物理核心素养就会得以有效提升.

参考文献：

[1]刘升，郭金.低成本、高科技物理实验资源的开发和利用[J].物理教师，2014（6）：44-46.

[2]何桂明.用辉光球与日光灯开展趣味气体放电实验[J].物理教学探讨，2010（8）：54-55.

[责任编辑：李 璟]