初中物理力學低成本演示實驗的研究與開發

石家文，李洪祥

(貴州師范學院，貴陽 550018)

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初中物理力學低成本演示實驗的研究與開發

石家文，李洪祥

(貴州師范學院，貴陽 550018)

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學的重要性不言而喻。目前，我國中學物理實驗教學儀器大多是從廠家統一購置，在實驗教學過程中學生只能看見實驗數據，對實驗的過程比較模糊。如果利用生活中價格低廉或已經廢棄的物品進行演示實驗，將具體的實驗過程展示出來，學生就可以簡單明了地了解實驗結果的產生過程。制作低成本演示實驗器材是一項創造性的活動，不僅對教師創新能力的培養有較大幫助，而且也豐富了教師在演示實驗教學中的教學方法。本文通過查看大量文獻，總結貴州地區初中物理實驗教學中教師和學生對力學低成本演示實驗的需求，同時結合人教版初中物理教材，對初中力學的部分實驗進行分析研究。

初中物理；物理力學；低成本演示實驗

《全日制義務教育物理課程標準》提出 “從生活走向物理，從物理走向社會”的培養理念，說明物理是從生活中總結而來，從而也應用到生活中去。利用生活中常見的、價格低廉的材料制成低成本演示實驗器材，很好地把生活同物理聯系起來。

1 貴州地區低成本物理演示實驗的需求分析

1.1 貴州地區初中物理實驗教學現狀

為了解貴州地區初中物理實驗教學的現狀，筆者查看了大量文獻，總結出前人關于貴州地區初中物理實驗教學的調查與分析結果。了解到66.7%的教師在物理實驗教學中樂于并嘗試過自制教具，33.3%的教師在自制教具方面能力有所欠缺或者不愿意嘗試，如圖1所示。針對學生是否喜歡物理實驗也進行了總結，從整體上看，90%以上的學生喜歡做物理實驗，如圖2所示。

圖1 教師對自制教具進行教學的看法Fig.1 Teacher’s view of self-made teaching aids

圖2 學生對物理實驗的喜愛程度Fig.2 Students’ degree of love for physical experiments

在貴州省金沙縣、三都縣、平塘縣的農村中學投放150份問卷，根據問卷調查結果顯示，在貴州地區物理實驗受到絕大多數學生的喜愛，可以幫助學生系統學習物理知識，增強學生的學習動力，改善學習現狀。極少部分學生不喜歡物理實驗，易對學習產生不良影響，教師應多加開導，通過開展豐富多彩的實驗活動來提高學生學習興趣。同時，教師很樂于嘗試自制實驗器材，有利于增強教師的創新意識，提高教學質量，也有利于解決貴州地區物理實驗器材不足的問題，讓低成本的物理演示實驗具有進一步發展的空間。

1.2 低成本物理力學演示實驗的意義

低成本物理力學演示實驗主要利用生活中的物品做輔助教具，展示物理力學中的現象，解決中學物理教師對力學這一章節的教學問題，有利于教師對力學知識的傳授及學生對力學知識的理解。低成本力學演示實驗取材容易、制作過程簡單，同時實驗現象又比較明顯，方便學生把概念問題實際化，加深學生對力學知識的理解。在解決貴州偏遠地區中學實驗器材不足問題、增強師生之間和學生之間的交流互動、學生的個性發展、加強學生的動手能力等方面都具有重大意義。同時在物理教學過程中對課堂實驗教學做出良好反響，從而提高教學質量，在推動貴州當地中學由舊式物理教學模式向新式物理教學模式的過渡中意義重大。

2 初中物理力學低成本演示實驗教學案例

2.1 彈力產生原因演示

在初中物理教學中，彈力的定義指物體由于發生彈性形變而產生的力。大部分教師在教學過程中只是簡單地讓學生了解彈力的存在和初步認識彈力，并沒有深入去講解研究，所以初中學生對于彈力這一概念比較模糊，很容易忘記，導致他們進入高中后還需要再復習一次彈力的基本知識。本實驗選擇使用一根橡皮筋和一個乒乓球作為主要器材，所選材料為生活中常見物品。

實驗步驟:第一步，取一根橡皮筋放在桌子上拉伸至原長并固定住，在橡皮筋之間放入乒乓球如圖3a所示。第二步，將乒乓球和橡皮筋同時向后拉伸，這時讓學生觀察橡皮筋形狀的改變，如圖3b所示。接下來松開手，乒乓球受到彈力的作用后會向前運動一段距離，這就很形象地表現出了彈力的效果，學生也很容易記住彈力的產生條件。

圖3a 實驗步驟第一步Fig.3a Step 1 of the experiment

圖3b 實驗步驟第二步Fig.3b Step 2 of the experiment

2.2 慣性實驗演示

慣性對于中學生而言，是一個比較抽象的知識點，在學生的生活中雖然有關于慣性的體會，但自己卻很難用語言表達出來。為了讓學生更直觀地認識慣性須用實驗的方法來驗證。本實驗選擇隨處可見的礦泉水瓶作為主要器材。

實驗步驟:第一步，將礦泉水瓶中裝入半瓶水橫放在桌面上，如圖4a所示。第二步，用手握住瓶身，如圖4b所示。快速將礦泉水瓶向前推動一段距離后立即停止，雖然礦泉水瓶已經停止運動，但由于瓶中的水具有慣性，還會繼續向前運動，學生觀察到水向前運動時還能聽到“咣當”的一聲，這與學生日常坐車遇到急剎車時身體猛然向前傾的情況十分相似，使學生對慣性概念有了自己的見解，有助于幫助學生掌握知識。

圖4a 實驗步驟第一步Fig.4a Step 1 of the experiment

圖4b 實驗步驟第二步Fig.4b Step 2 of the experiment

2.3 浮力產生原因演示

浮力的概念對于初中生來說較抽象，教材上對浮力也沒有過多的解釋。本實驗選擇已廢棄的礦泉水瓶和一個常用的兵兵球作為主要器材，材料易得、廉價，實驗結果很好展示了浮力產生的原因。

實驗步驟:第一步，取兩個礦泉水瓶的上半部分。把兵兵球放入沒有把瓶蓋打開的倒立礦泉水瓶中，往瓶中倒水，發現兵兵球開始慢慢浮起來，如圖5a所示。第二步，將兵兵球放入另一個蓋子打開的礦泉水瓶中，蓋口向下，使兵兵球接觸礦泉水瓶底部，不斷往瓶中倒水，直至水面高于兵兵球的高度，發現兵兵球并沒有浮起來，如圖5b所示。

通過分析可知，兵兵球浮于水面上，必然是受到了水給它的一個向上的作用力，也就是浮力。進而給出浮力的具體概念:浸在液體里的物體，受到液體向上的托力，這個就是浮力。通過實驗現象學生能夠更清楚地理解浮力產生的原因和概念，同時也能激起學生學習的興趣。

圖5a 實驗步驟第一步Fig.5a Step 1 of the experiment

圖5b 實驗步驟第二步Fig.5b Step 2 of the experiment

2.4 影響壓力作用效果因素演示

取一塊泡沫塑料放在桌子上，在泡沫塑料上放一塊小木塊，如圖6(甲)所示，泡沫塑料只往下陷了一點。再在木塊上加一塊圓柱形的鐵塊，如圖6(乙)所示，泡沫塑料下陷的程度比甲深了很多。在相同的泡沫塑料上，加一塊比甲圖更大的木塊和兩顆釘子，如圖6(丙)所示，丙圖比甲圖下陷程度輕。把丙圖的釘子和木塊換了位置放在泡沫塑料上，如圖6(丁)所示，丁圖比丙圖下陷程度大得多。通過實驗，學生可以很容易觀察到泡沫塑料變化的過程，從而更加理解壓力大小、受力面積對壓力作用效果的影響。

圖6 影響壓力作用效果因素演示Fig.6 Demonstration of factors affecting the pressure effect

3 結語

力學在初中物理教學中所占比例達到50%以上，低成本物理力學實驗的開展對初中生具有很強的現實意義，實驗器材取材方便、快捷、廉價等特點，讓更多的學生有機會自己參與實驗器材的制作，加強他們的動手能力和創造力。同時，低成本物理力學實驗可以解決偏遠地區學校實驗器材不足的問題，讓更多的教師有機會把理論和實驗聯系在一起進行教學，使學生們充分體驗到物理實驗的樂趣。

[1] 韓希光.利用生活開啟物理學習之門[J].教育教學論壇, 2010，(04):109-110.

[2] 陳先鋒，宋景萍，孫麗萍，等.初中物理低成本演示實驗的研究與開發[J].赤峰學院學報(自然科學版)，2015，(04):275-277.

Research and development of low cost demonstration experiment of physics mechanics in middle school

SHI Jia-wen, LI Hong-xiang

(Guizhou Normal University, Guiyang 550018, China)

Physics is an experiment-based discipline, and the importance of experimental teaching is self-evident. At present, most of middle school physics experimental teaching instruments are purchased from the manufacturers, and students can only see the experimental data in the course of experimental teaching with vague experiment process. To demonstrate the experiment with low-cost or discarded items can make students understand the results of the experimental process. The production of low-cost demonstration laboratory equipment is a creative activity, which has had not only great help for the cultivation of teachers′ innovative ability, but also enriched the teaching methods in the demonstration of teaching. This paper reviews the needs of teachers and students in low-cost demonstration experiment of physics experiment in middle school in Guizhou province. At the same time, some experiments on middle school mechanics are analyzed combined with middle school physic textbook.

Middle school physics; Physical mechanics; Low cost demonstration experiment

2017-02-19

貴州師范學院校級學生科研項目(2016DXS106)；2013年院級課題雙勢壘及一維介觀環中電子的自旋極化輸(xky1370)

石家文(1995-)，男，貴州師范學院物理學專業2017屆本科畢業生。

孫麗萍(1982-)，女，碩士，講師。

G633.7

B

1674-8646(2017)07-0001-03

指導教師：孫麗萍