例談低成本實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

徐婷婷??

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力不可缺少的途徑，更是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成所不可或缺的環(huán)節(jié).但在當(dāng)前的高中物理課堂上，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容太少，大量的概念、規(guī)律都是直接給出或用邏輯思維推導(dǎo)出來(lái)的，“口述實(shí)驗(yàn)”或“黑板實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象仍普遍存在.造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的：一方面，一些物理教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要性在認(rèn)識(shí)上有偏差，他們認(rèn)為課堂上講實(shí)驗(yàn)比做實(shí)驗(yàn)來(lái)的快，來(lái)的準(zhǔn)，效率高.另一方面，物理教師在教學(xué)的過(guò)程中都有體會(huì)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，并且需要付出大量的腦力和體力勞動(dòng).此外由于實(shí)驗(yàn)資源不足，各類實(shí)驗(yàn)器材無(wú)法在所有的學(xué)校得到廣泛普及，以至于造成部分教師想做實(shí)驗(yàn)但缺乏實(shí)驗(yàn)器材的情況.

低成本實(shí)驗(yàn)有著“成本低聰明智慧不低、成本低技術(shù)含量不低、成本低物理內(nèi)涵不低、成本低教育價(jià)值不低、成本低社會(huì)要求不低”這樣五不低的效果，因此針對(duì)目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，低成本物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中有著廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用空間.

1利用低成本實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是保證教師教學(xué)質(zhì)量和效率的首要前提.相對(duì)于純理論的分析和推導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生更喜聞樂(lè)見(jiàn)的教學(xué)方式.在引入新課階段，借助低成本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造出奇妙有趣的教學(xué)情境，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究欲望.

在《電容器的電容》一課中，教師可以通過(guò)展示生活中常見(jiàn)的水杯并提出“裝水的杯子能否用來(lái)裝電”的問(wèn)題，從而引發(fā)學(xué)生的思考.然后教師在水杯的內(nèi)外都包上一層鋁箔紙（如圖1），將改裝后的水杯接到感應(yīng)起電機(jī)上，用手搖動(dòng)起電機(jī)來(lái)獲得電荷.充電完成后將兩根導(dǎo)線從起電機(jī)上取下并短接，可以看到明顯的電火花并聽(tīng)到放電的聲音.此時(shí)學(xué)生會(huì)對(duì)改裝后的杯子為什么能裝電產(chǎn)生濃厚的興趣，教師再引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)改裝后水杯的結(jié)構(gòu)，為電容器結(jié)構(gòu)的引出打下鋪墊.

在《機(jī)械能守恒定律》一課中，教師可以在一個(gè)塑料罐內(nèi)用橡皮筋掛上一把金屬小鎖（如圖2），制成一個(gè)“魔術(shù)罐”，然后將“魔術(shù)罐”放在桌面上，沿水平方向推出，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)“魔術(shù)罐”的奇妙之處在于：它在滾出去之后還能夠自動(dòng)滾回來(lái).隨后，教師再引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察魔術(shù)罐的結(jié)構(gòu)，并揭秘“魔術(shù)罐”的原理：塑料罐滾出去的過(guò)程中，橡皮筋不斷扭轉(zhuǎn)儲(chǔ)存了彈性勢(shì)能，在滾回來(lái)的過(guò)程橡皮筋儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能又釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.此外，教師還可以適時(shí)拓展，講述日常生活中的很多機(jī)械鐘表和玩具中的發(fā)條就是類似的原理.

在《超重與失重》一課中，教師可以展示“書中自有大力士”實(shí)驗(yàn)，將兩本書相對(duì)放置，把部分書頁(yè)交錯(cuò)重疊，先邀請(qǐng)一位力氣比較大的男生雙手分別握住兩書的書脊向兩側(cè)拉，發(fā)現(xiàn)很難將兩本書拉開(kāi).然后再邀請(qǐng)一位女生上臺(tái)，教師指導(dǎo)她雙手握住書脊，一邊向兩邊拉，一邊向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)兩本書就被輕松地拉開(kāi)了.通過(guò)前后兩次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，學(xué)生會(huì)對(duì)“為什么當(dāng)書向下運(yùn)動(dòng)時(shí)就能被輕松地拉開(kāi)”這個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心和求知欲.

2利用低成本實(shí)驗(yàn)，直觀展現(xiàn)物理現(xiàn)象和規(guī)律

物理教育家朱正元教授曾說(shuō)過(guò)：“說(shuō)一千，道一萬(wàn)，不如實(shí)驗(yàn)看一看.”然而在高中物理的教學(xué)中，教師往往更注重理論分析，由于知識(shí)點(diǎn)抽象，內(nèi)容枯燥，學(xué)生往往難以理解.利用低成本實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生充分觀察到物理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程，體會(huì)其中的物理原理.在獲得豐富的感性知識(shí)之后，容易將物理知識(shí)與認(rèn)知之間形成聯(lián)結(jié)，為構(gòu)建新知奠定基礎(chǔ).

（1）將物理過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榭吹玫降奈锢憩F(xiàn)象

在《全反射》一課中，教師可以用一個(gè)礦泉水瓶和一支激光筆向?qū)W生展示發(fā)生全反射的全過(guò)程.首先將裝了一半水且密閉的礦泉水瓶橫向水平放置.打開(kāi)激光筆，從有水的一側(cè)的右下方從下到上發(fā)射激光，并逐漸增大入射角，在水中可以看到清晰的入射光線，在礦泉水瓶的上方可以看到有光斑不斷向左移動(dòng)，說(shuō)明折射角增大.當(dāng)入射角增大到一定角度，礦泉水瓶上的光斑消失，此時(shí)看似透明的水面似乎變成了一面完美的鏡子，激光在水中來(lái)回反射多次，形成一幅美麗的畫面（如圖3）.通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生觀察到發(fā)生全反射的過(guò)程，也直觀地證明了發(fā)生全反射的條件之一是：入射角要大到一定角度.隨后，教師再用激光筆，從沒(méi)水的一側(cè)從上到下發(fā)射激光，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣增大入射角，都可以同時(shí)看到上方瓶子上的反射光斑和水中的折射光線，說(shuō)明光線只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才會(huì)發(fā)生全反射.

（2）將物理過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)槁?tīng)得到的物理現(xiàn)象

在《多普勒效應(yīng)》一課中，教材提供的演示實(shí)驗(yàn)方案是將蜂鳴器固定在竹竿上，在頭頂快速轉(zhuǎn)動(dòng)，聽(tīng)聲音的變化.然而蜂鳴器在日常生活中并不常見(jiàn)，教師可以用傳統(tǒng)的竹玩具——“竹知了”（如圖4）來(lái)代替，甩動(dòng)“竹知了”在空中做圓周運(yùn)動(dòng)，可以聽(tīng)到清脆的聲音，猶如夏蟬鳴叫，還可以發(fā)現(xiàn)隨著“竹知了”靠近和遠(yuǎn)離，聲音音調(diào)的高低會(huì)發(fā)生變化，這就是多普勒效應(yīng).

3利用低成本實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手嘗試的意識(shí)

在我們的教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到這樣的情況，一個(gè)學(xué)生可以畫出一幅很完美的電路圖，但在實(shí)驗(yàn)室里卻連不成一個(gè)的簡(jiǎn)單線路.這讓人不禁感慨，我們的學(xué)生究竟缺的是什么？顯然他們?nèi)钡牟皇俏锢碇R(shí)，而是實(shí)踐意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力.物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手、多實(shí)踐.教師要給學(xué)生傳遞這樣的意識(shí)：物理實(shí)驗(yàn)不一定要在實(shí)驗(yàn)室做，生活中隨手可得的材料都可以作為實(shí)驗(yàn)器材.

在關(guān)于電磁波的教學(xué)過(guò)程中，往往會(huì)遇到學(xué)生提出：“紅外線的穿透能力怎么樣？能不能穿過(guò)塑料板？”等問(wèn)題，在遇到學(xué)生提出此類問(wèn)題的時(shí)候，教師可以不必急于回答，而是鼓勵(lì)學(xué)生借助生活中常見(jiàn)的物品去試一試，比如說(shuō)回家用電視機(jī)遙控器試一試就能知道紅外線的穿透能力.在學(xué)完《光的偏振》這節(jié)課后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生回家用觀看3D電影的眼鏡進(jìn)行一系列的探究，先讓學(xué)生對(duì)比戴上3D眼鏡和摘掉眼鏡光線的亮度，可以發(fā)現(xiàn)戴上3D眼鏡光線亮度變?nèi)酰@說(shuō)明偏振片只能讓一部分自然光通過(guò).然后，將兩副眼鏡的鏡片相對(duì)，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片方向，可觀察到光線逐漸變化，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到兩鏡面垂直時(shí)就幾乎看不到光線了.學(xué)生經(jīng)歷了這樣親手操作的過(guò)程，既加深了對(duì)知識(shí)的理解，又提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，還增強(qiáng)了動(dòng)手嘗試的意識(shí).

在學(xué)完《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》一節(jié)課后教師可以布置課后作業(yè)，讓學(xué)生自制小電動(dòng)機(jī).學(xué)生利用干電池、銅線和釹磁鐵，可以制成各式各樣的電動(dòng)機(jī).這樣的趣味小制作，為學(xué)生搭建自主探究的平臺(tái)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

4總結(jié)與感悟

在物理教學(xué)中充分利用與開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，利用身邊隨手可得的普通物品做物理實(shí)驗(yàn)大大降低了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的難度.對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，低成本實(shí)驗(yàn)拉近了物理與生活的距離，讓學(xué)生體會(huì)到生活中處處有物理，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情.因此，教師應(yīng)做一個(gè)有心人，積極開(kāi)發(fā)積累幫助學(xué)生理解概念、形成概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、掌握規(guī)律的低成本實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，從物理實(shí)驗(yàn)中所獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)、增強(qiáng)探索意識(shí)、提高實(shí)際操作能力.