低成本物理实验教学示例

李世平

摘 要：低成本物理实验是指，使用生活中常见的废弃物品或廉价的物品，通过加工改造，组合成自制的物理实验器材，进行物理实验。其具有容易获取、能够消除学生对实验的陌生感、可以放手让学生开发创造等特点。气球是一种常见的低成本物理实验器材，可以利用其开展低成本物理实验来引入课题、科学探究、验证规律、改进實验、复习串联。

关键词：初中物理；低成本物理实验；气球

一、 低成本物理实验的定义和特点

实验是物理教学的基础，很多物理概念、原理都要通过实验分析得到。物理新课程改革也注重发挥物理实验在科学探究方面的重要作用。但是，当前很多学校（特别是农村地区的学校）物理实验器材不完善、设备短缺，师生不能完成必要的实验，使物理实验教学变成学生听实验、背实验，失去了应有之义。解决这一问题的一项重要手段就是开发低成本物理实验。

所谓低成本物理实验是指，使用生活中常见的废弃物品或廉价的物品，通过加工改造，组合成自制的物理实验器材，进行物理实验。［1］其器材来源主要有以下几个方面：（1） 生活中的废旧物品；（2） 价格低廉的器材；（3） 改造实验室废旧器材。

低成本物理实验具有以下特点：（1） 实验器材多来自日常生活，容易获取；（2） 实验器材是学生熟悉的物品，能够消除学生对实验的陌生感，更能激发学生的学习兴趣；（3） 实验可以放手让学生开发创造，有利于培养学生的动手能力和创新思维。

二、 低成本物理实验案例——气球的使用

气球是大部分学生从小就喜欢的玩具，价格低廉、易得，是一种常见的低成本物理实验器材。以下分享几个利用气球开展低成本物理实验的案例。

（一） 引入课题——《大气压强》

课题引入环节，要唤醒学生的学习兴趣，激起学生的好奇心，激发学生的求知欲。

《大气压强》一课，教师通过一个隔空抓气球的魔术表演——手不接触气球把气球任意变小，来引入课题。教师演示实验步骤如下：

1. 在饮料瓶身底部扎出一个不起眼的小孔并将气球放入饮料瓶内，把气球口向外翻套在瓶口上（如图1所示）。

2. 从饮料瓶口给气球吹气，把气球吹大；用手悄悄堵住瓶身底部的小孔，气球就不会变小（如图2所示）。

3. 另一只手在空中做抓物体的动作，同时堵住小孔的手配合慢慢松开，气球就会慢慢变小，即隔空使气球变小（如图3所示）。

课堂上，先让学生大胆地猜想一下：把气球吹起来后，不扎紧气球口，气球会变小吗？然后，表演“魔术”。学生看到不同于猜想的实验现象，会感到非常惊奇：气球在敞口的情况下竟然没有缩小，还会随着教师的动作逐渐变小。由此，引入“大气压强”这一课题，可以有效地激发学生的学习心向。

（二） 科学探究——压力作用效果与受力面积的关系

科学探究既是学习目标，又是重要的教学方式。要让学生经历科学探究的过程，体验科学探究的乐趣，发展科学探究的能力，培养实事求是的科学态度和创新精神。因此，做好探究实验十分重要。

在探究“压力作用效果的影响因素”实验中，可以用气球和一些易得的物品（牙签、泡沫板等）来完成。教师首先出示气球、牙签、泡沫板等实验器材，组织学生小组讨论：如何利用上述器材设计实验探究压力作用效果与受力面积的关系？学生小组讨论后汇报：

1. 如下页图4所示，把一支牙签插在泡沫板上，将吹起来的气球放在牙签的尖部；稍微用力压气球，气球就会被牙签扎破。

2. 如下页图5所示，把很多支牙签密密麻麻地插在泡沫板上，把吹起来的气球放在牙签的尖部；用差不多的力压气球，发现气球不会被扎破。

这里，引导学生自主设计实验，交流展示，完成科学探究。学生很直观地看到压力的作用效果与受力面积的关系。本次探究中，除了气球，学生还用到了牙签、泡沫板等常见的生活用品，自然会对实验留下深刻的印象。

（三） 验证规律——流体压强与流速的关系

在讲授物理规律时，可以利用演示实验，呈现直观的现象，便于学生理解和掌握。

教学“流体压强与流速的关系”这一规律时，可以借助气球完成验证实验。教师将两个气球分别用细线悬挂在铁架台上，在两个气球中间留一定的距离（如图6所示）；然后通过吸管向两个气球中间吹气，让学生观察气球的运动情况，发现气球没有被吹分离，反而向一起靠拢（如图7所示）。从而，引发学生的认知冲突，促进学生思考，得到基于直观现象的深刻认识：向气球中间吹气，中间空气流速快，压强小，小于气球外侧的压强，在压强差的作用下，气球向中间靠拢。这样，学生能更好地理解流体压强与流速的关系。

（四） 改进实验——纸锅烧水

苏科版初中物理教材的一大特色就是设置了《WWW》栏目，旨在引导学生“动手做”，在做中学，在做中思。我们可以引导学生在完成该栏目实验探究的过程中思考如何改进、优化实验。

例如，八年级上册第二章《汽化和液化》一节《WWW》栏目的第三题：“酒精灯的火焰能点燃纸。那么，能用纸做的小锅（如图8所示）在酒精灯上烧开水吗？请试一试，并说出其中的道理（纸的着火点是183℃，酒精灯外焰的温度约为800℃）。”

在实际操作中，学生会发现纸锅长时间装水，容易泡烂纸张导致漏水，造成实验不易进行。对此，教师可引导学生用气球代替纸锅完成这一实验：在气球内注入一定量的水，放在酒精灯上加热（如图9所示）。同样可以达到题目要求的实验效果，且不漏水。

（五） 复习串联——力学

复习课教学不是简单的知识点罗列，也不是简单的“知识点+练习”。我们可以加入有趣的低成本物理实验，既使复习课变得生动有趣，又有效地帮助学生串联各知识点。

例如，力学知识的复习，教师用气球进行多个演示实验来串联各个知识点。

1. 用两手轻轻挤压气球（如图10所示），引导学生识别哪个是施力物体，哪个是受力物体；还可以通过追问，复习“力的作用是相互的”。

2. 用手轻戳气球（如图11所示），让学生观察气球的变化；把气球放在手掌上轻轻对着气球吹气，让学生观察气球的变化（移动过程如图12所示）。这可以引导学生复习力的两个作用效果：一是使物体发生形变，二是改变物体的运动状态。

3. 让学生轻压桌面的气球并慢慢放手观察气球的变化（如图13所示）。这既演示了弹性形变，又让学生体验了弹力的存在，从而复习弹力的相关知识。

用气球这一简单易得的物品完成低成本物理实验，实验现象明显，易于学生理解物理知识。我们还可以使用气球完成如下低成本物理实验：用手掌摩擦气球的表面，可以听见声音，说明声音是由振动产生的；用头发摩擦过的气球能吸引轻小物体或水流，可以演示静电现象；用粘有小颗粒的气球模拟演示宇宙膨胀现象；用手捏住气球的口，松手后气球飞出去，可以演示力的作用与反作用；气球落地后会弹起来，可以演示能量的转化……

参考文献：

［1］ 张伟，郭玉英，刘炳升.“非常规”物理实验概念探讨［J］.物理教师，2006（8）：29.