中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)低成本開發(fā)與應(yīng)用的實(shí)踐與思考

謝睿 曾怡

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出物理學(xué)科是自然學(xué)科領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，而物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提出對(duì)物理學(xué)科的教學(xué)與應(yīng)用提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。但在物理學(xué)科教學(xué)中，教學(xué)的需要通常與現(xiàn)實(shí)條件相沖突。因此，本著適應(yīng)新課程改革的需要，低成本實(shí)驗(yàn)器材的開發(fā)迫在眉睫。低成本物理實(shí)驗(yàn)器材的開發(fā)能有效促進(jìn)學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)、科學(xué)思維的樹立以及正確價(jià)值觀的養(yǎng)成等，從而進(jìn)一步促進(jìn)物理學(xué)科教學(xué)的發(fā)展以及學(xué)生的成長(zhǎng)。

一、中學(xué)物理低成本實(shí)驗(yàn)開發(fā)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

（一）低成本物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)的內(nèi)涵

低成本物理實(shí)驗(yàn)指的是為滿足現(xiàn)實(shí)教學(xué)的需要而利用低成本的物品來開發(fā)物理器材的一種物理教學(xué)工作行為，而低成本的物品包括日常生活用品（常用的生活用品、價(jià)格低廉易得的器材、廢舊器材等）、民間傳統(tǒng)的工藝制作（民俗用品、傳統(tǒng)器具等）、藝術(shù)作品中的制作（藝術(shù)器材、藝術(shù)技巧等）等。為了讓每一位學(xué)生都能參與物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)到物理知識(shí)與技能，樹立科學(xué)態(tài)度和科學(xué)探究的精神，低成本物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)勢(shì)在必行。

（二）低成本物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)的特點(diǎn)

1. 材料易取，價(jià)格低廉

低成本物理實(shí)驗(yàn)主要是教師或?qū)W生（在教師的指導(dǎo)下）共同制作完成的，由于是在教師的指導(dǎo)下親手制作完成的，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器材更加熟悉，更有助于提升學(xué)生的動(dòng)手探究能力。而制作的材料也一般是貼近學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的，隨手取材，成本價(jià)格低廉，有利于物理實(shí)驗(yàn)的大范圍開展。同時(shí)需要教師留心周圍的事物，有時(shí)會(huì)有意想不到的收獲。

2. 科學(xué)開發(fā)，創(chuàng)造性強(qiáng)

低成本物理實(shí)驗(yàn)器材的開發(fā)是建立在符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律基礎(chǔ)上的，易于學(xué)生使用和制作，而在制作的過程中，并不是簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)化，而是需要學(xué)生開動(dòng)腦筋、發(fā)揮想象力去創(chuàng)造，這有益于學(xué)生創(chuàng)造力的開發(fā)與思維的開拓。并且開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)器材是建立在充分保證實(shí)驗(yàn)效果和學(xué)情分析的基礎(chǔ)上的，有利于學(xué)生正確理解物理概念和規(guī)律，并內(nèi)化于心。

3. 直觀生動(dòng)，激發(fā)興趣

低成本物理實(shí)驗(yàn)取材于現(xiàn)實(shí)生活中的日常用品，而且由學(xué)生親手制作，直觀生動(dòng)，易于操作。學(xué)生對(duì)于親手制作的物品天然有一種親近感，能消除學(xué)生對(duì)于實(shí)踐探究的畏懼感，能抹去對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的刻板印象，也豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生參與活動(dòng)和學(xué)習(xí)的興趣。而直觀生動(dòng)的物理實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生課后進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)提供更多的可能性。

4. 聯(lián)系生活，易于操作

物理教學(xué)大多比較抽象，涉及大量的物理概念和規(guī)律，學(xué)生難以理解和吸收，通過與生活聯(lián)系密切的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)艽蟠蠼档蛯W(xué)習(xí)物理的難度，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，達(dá)到意想不到的教學(xué)效果。而由于實(shí)驗(yàn)器材取材于生活，教師無(wú)需擔(dān)心昂貴的實(shí)驗(yàn)器材的毀壞，有利于接受能力較差的學(xué)生進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，推進(jìn)分層教學(xué)。低成本物理實(shí)驗(yàn)還解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)驗(yàn)器材缺乏的難題，拉近了偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生與物理學(xué)科的距離。

二、中學(xué)物理低成本實(shí)驗(yàn)開發(fā)的實(shí)踐

（一）替代法

創(chuàng)新分很多種，其中一種是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革，而材料的替代就屬于這一種，尤其是本來就比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材的替代，更需要?jiǎng)?chuàng)造和智慧。有些實(shí)驗(yàn)有專門的物理器材，如果能用價(jià)格低廉的材料來替代會(huì)更簡(jiǎn)單、更有趣，而且能在一定程度上緩解器材短缺的問題。如為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電源正極和負(fù)極的認(rèn)識(shí)，在學(xué)生學(xué)完“電路”和“電流”的內(nèi)容后，筆者特別安排了“用馬鈴薯確定電池正極”的小實(shí)驗(yàn)。馬鈴薯是日常的食物，既廉價(jià)又容易獲取，能讓學(xué)生產(chǎn)生親切感，通過實(shí)驗(yàn)的操作來樹立“物理來源于生活”的意識(shí)。

（二）改進(jìn)法

經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐，廣大中小學(xué)教師已經(jīng)探索出了較好的實(shí)驗(yàn)方法，但基于新課程改革的理念和不斷變化發(fā)展中的學(xué)生的學(xué)情，我們的實(shí)驗(yàn)還需要考慮學(xué)生的心理特點(diǎn)、年齡特征、興趣愛好等因素不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。以《光的折射現(xiàn)象》一課為例——

1. 讓學(xué)生發(fā)揮想象力在紙上畫一個(gè)女孩，也可以是學(xué)生喜歡的其他東西;

2. 用透明膠布粘在盆底部，然后將盆放在桌上，并遠(yuǎn)離盆直到看不到盆中的畫為止，此處為標(biāo)記處;

3. 再向盆中加入一些水，此時(shí)在原標(biāo)記處可以清晰地看到盆中的倩影。當(dāng)往盆中加水的時(shí)候，光線就穿過空氣和水兩種介質(zhì)，發(fā)生折射現(xiàn)象，從而我們看到美麗的倩影。

這樣的實(shí)驗(yàn)方法既能避免照搬課本實(shí)驗(yàn)（比如筷子放在水中折射的現(xiàn)象）的枯燥感，也能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造力（比如畫畫），培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和探究能力，有利于學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時(shí)感受到物理學(xué)科的趣味。

（三）設(shè)計(jì)法

除了以上兩種方法，還有一種方法比較難以實(shí)現(xiàn)，即設(shè)計(jì)一種新的實(shí)驗(yàn)方法，那么我們?nèi)绾卧诳刂瞥杀镜那闆r下設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的新型的實(shí)驗(yàn)方法？這要求考慮幾個(gè)因素：既能聯(lián)系學(xué)生的生活，又能吸引學(xué)生的注意力，激起學(xué)生的好奇心，使學(xué)生突破原有的思維框架，更有利于新知識(shí)的學(xué)習(xí)。以《光的反射》一課為例，有的物理教師（學(xué)者）就設(shè)計(jì)了“熏黑的雞蛋在水中變成銀白色”的實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)教學(xué)取材于日常生活中的食物——雞蛋，讓學(xué)生了解日常生活中的小小雞蛋跟物理學(xué)科的聯(lián)系，讓學(xué)生加深對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，并且在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)揮自身的主動(dòng)性，參與到實(shí)驗(yàn)中來，從而有利于促進(jìn)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和探究的愿望。

總之，開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)器材還有很長(zhǎng)的路要走。不論是經(jīng)濟(jì)條件好的學(xué)校，還是偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)校，開發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)器材都能豐富物理學(xué)科的教學(xué)、彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)器材的不足，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力與創(chuàng)造力都有著不可替代的作用。低成本物理實(shí)驗(yàn)的開展可以加深物理學(xué)科教學(xué)與生活的聯(lián)系，從而讓學(xué)生在生活中更好地實(shí)踐與運(yùn)用知識(shí)，不僅學(xué)生的參與度大大提高，還能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力與探究能力，從而提升學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，有利于學(xué)生的終身發(fā)展。

[本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度教育科研一般項(xiàng)目“低成本中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)器材的開發(fā)研究”（編號(hào)2019YQJK 393）的階段性成果之一]

（作者單位：謝睿，廣東湛江經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)發(fā)區(qū)第一中學(xué);曾怡，嶺南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院）

責(zé)任編輯 黃佳銳