巧用低成本實驗 助力物理教學

周圣峰

摘 要：實驗是物理學科重要組成部分，目的在于讓學生高效理解和記憶所學物理原理、現象等知識，激發學生學習興趣，提高物理綜合能力。縱觀以往高中物理實驗教學現狀，受實驗工具和教學條件等各種因素影響，以至于無法高效開展實驗教學，難以滿足學生日益增長的學習興趣，影響物理實驗教學效果。低成本物理實驗以材料簡便、制作有趣等特征受到學生歡迎，更有效調動學生參與探究物理知識積極性和主動性，拓寬學生思維深度，深化對所學物理知識理解，增強動手操作能力，提高物理教學效率。對此，本文則從多方面分析在物理教學應用低成本實驗策略，望給予教師教學提供參考。

關鍵詞：高中物理;低成本實驗;教學策略

近年來，全面實施的新課程改革成為教育領域研究熱點，各個學科也發生較大變化。尤其物理作為高中教育重要組成，該學科知識容量和難度和初中階段均有所增大，學生在學習時不可避免會出現問題。物理教師在教學中會借助實驗方式為學生呈現知識，并讓學生積極參與課堂活動。但物理實驗受教學條件和其他因素限制，難以發揮優勢作用，再加上部分實驗方法較為困難復雜，學生在動手操作時頻繁出現失誤，甚至引發安全事故。低成本實驗以結構簡單的和操作方式簡便的優勢獲得學生歡迎，更能有效維持持續探究物理知識興趣，提高物理教學質量。

一、低成本物理實驗教育功能

縱觀高中物理教學現狀，學生普遍存在的問題即對物理學科產生厭煩情緒，雖然目前高中已不劃分文理科，但依舊有很多學生發自內心不喜歡物理學科，究其原因多和教師采取的教學方式單一，學生無法高效理解、掌握、應用知識分析和解決實際問題，進而產生厭煩情緒。通常知識理解包括最初的理解，再從理解過渡至鞏固，最后從鞏固延伸至應用。高中物理教師在實驗教學中引入低成本實驗能較好地幫助學生理解和記憶知識，提高學習效率。

（一）深化知識理解

大部分高中生在學習物理知識時會產生以下現象，即背誦記憶大量概念、公式、定律，但在解題時依舊陷入迷茫，說明學生并未理解物理知識。教師在課堂教學中應用連貫性語言為學生灌輸大量知識，學生因灌輸式教學對物理知識產生厭煩和抗拒情緒。再加上物理學科有很多公式、定律、定理、概念知識，教師會解釋上述定理與定義來源、證明過程、使用條件，然而依舊有很多學生認為證明過程與自身無關。說明師生處于兩個世界當中，其中學生在現實世界中，教師則在物理抽象邏輯世界當中，教師認為理所應當的事情在現實生活世界中會顯得較為僵硬，當兩個世界無法產生交集點，自然失去溝通。事實上，物理抽象世界與現實生活有著緊密聯系，物理來源于生活各個領域并服務于生活，而現實生活也有很多物理知識，研究世界上大至宇宙、地球，小至微觀世界中的一顆基本粒子等物質運動形式。換言之，當前物理教師在教學中只從抽象角度加以解釋，并未引領學生從現實世界走入抽象世界，所以教師應將物理回歸現實生活，讓物理知識成為現實物質中知識，由此一來學生才能高效理解和記憶物理知識，低成本物理實驗就能達到這一教學目標，縮短抽象物理知識與已有知識經驗間差距，提高物理教學效率。

（二）強化知識遷移

學習屬于不斷持續和內化的過程，當學生理解和掌握部分知識時就會形成相關知識經驗和知識體系，有利于后續學習。大部分學生在此過程中會受舊知影響，也稱之為學習與知識遷移。教師應善于引導學生將舊知對所學新知產生正面遷移，從遷移理論發展歷程得知，學生認知遷移與真實、復雜教學環境有著緊密聯系，需要在此過程中發揮主觀能動性，并建立在對實踐、體驗、探究等各種教學活動理解之上，換言之認知遷移需遵循主體能動性、復雜真實、理解概括三大原則。低成本趣味實驗符合上述三大遷移原則，因為低成本實驗內容緊貼學生現實生活，實驗材料自然而然從現實生活中選取，實驗現象十分有趣且新奇，甚至與學生已存儲的知識與生活經驗形成較大的對比反差。與此同時，低成本物理實驗能為學生營造集深入思考和趣味性于一體的學習情境，因為該實驗模式不會局限于課堂教學，會朝著課外延伸，體現新課程標準倡導的自主、探究、合作等學習要求，并有效調動學生參與物理學習積極性和主動性。學生在低成本物理實驗中對所學知識產生深刻印象，簡化理解知識難度的同時不斷強化概括、理解能力。

二、在物理教學應用低成本實驗策略

（一）觀察“失重現象”

高中物理失重教學多運用看圖講述理論知識方式，為了促使學生深刻理解失重現象和知識，物理教師可運用水與廢棄礦泉水瓶開展演示實驗。運用大頭針在一個廢棄礦泉水瓶底部扎兩個小孔，隨即拿出一根細線緊密拴住廢氣礦泉水瓶口，通過觀察發現，裝有水的廢氣礦泉水瓶且處于靜止狀態時，水流會從礦泉水底部扎開的兩個小孔流出，釋放礦泉水瓶讓其自由下落會發現會并不會從小孔中流出，說明水的失重現象。物理教師依舊先讓學生觀察實驗，隨即為其講解實驗原理，即當礦泉水瓶處于靜止狀態時，瓶中的水會對瓶壁形成壓力，瓶子底部小孔內外部壓強不均，因而水從瓶子底部小孔流出。礦泉水瓶和瓶內的水會在自由下落狀態時受重力作用影響，對下落速度造成影響，說明礦泉水瓶與水處于失重狀態，水未對瓶壁形成壓力，更沒有出現水層間相互擠壓力情況。瓶底小孔內外壓強為典型的大氣壓強，所以礦泉水瓶中的水未從小孔中流出。上述實驗直觀形象且制作簡單，更有較強的趣味性，但唯一不足的是，整個實驗過程時間短暫，教師可讓學生反復觀看實驗過程和實驗現象，對所學知識產生深刻印象。同時實驗能激發學生潛在學習興趣和求知欲望，引導學生從“要我學習”轉為“我要學習”，充分體現學生主體作用，符合新課程標準提出要求，更能強化學生思維與觀察能力。高中物理教師在教學過程中如果單純講解理論知識則難以激發學生學習興趣，運用低成本礦泉水瓶實驗能使知識內容更為生動有趣。實驗操作簡單，教師在教學時可直接為學生演示，使學生始終處于“受刺激”狀態，并深入思考物理教師提出問題：“為何在下落中，水不會從礦泉水瓶下的兩個小孔中流出？”再指引學生分析整個體系，嘗試動手操作，提高物理教學效率。

（二）驗證“慣性大小與質量關系”

牛頓第一定律重難點知識為探究慣性大小與哪種因素有著聯系，相關實驗觀察和研究證實描述慣性物理量為質量。本文在開展低成本實驗時選取礦泉水瓶、水、小車等作為探究分析慣性與質量、大小間關系的實驗素材，在小車上固定放置裝滿水的礦泉水瓶，通過觀察發現礦泉水瓶中有一個氣泡，輕輕推動小車發現瓶中的氣泡也會向前運動。物理教師引導學生觀察上述實驗，再進行解釋，即整個體系處于靜止狀態，此時操作者輕輕推動小車，瓶子中的水在推動小車的一瞬間就會向后運動，目的在于保持靜止狀態，通過觀察這一瞬間發現小氣泡相對于瓶子也呈現向前運動狀態，說明水存在較大的慣性，氣泡慣性較小，因而歸納總結道：物體質量越小，抵抗運動狀態改變本領越大，換言之，慣性越小。上述實驗材料基本都來自現實生活，說明物理實驗能直接反映部分生活現象，二者有著緊密聯系，基于此維持學生探究物理知識興趣。與此同時，上述物理實驗只需直接觀察就能發現規律和得出結論，在課堂內就能完成，體現低成本物理實驗直觀性與便捷性優勢，最重要此類隨堂小實驗能激發學生探究物理知識興趣，活躍課堂氛圍，提高教學效率。

（三）體驗“微小形變實驗”

微小形變實驗在彈力教學中屬于重難點知識內容，其中物理教材為學生呈現的演示實驗為運用光學放大法研究微小形變，本文研究在制作低成本實驗時運用扁形玻璃瓶，激發高中生潛在好奇心。該實驗步驟為，在一個裝有紅墨水扁形玻璃瓶插入一個細玻璃瓶管，之后用力擠壓玻璃瓶，通過觀察發現玻璃管中的液體處于隨上隨下波動狀態，借此判斷瓶中物體是否出現形變。該實驗中的扁形玻璃瓶底部為橢圓型橫截面，未壓縮細玻璃管時，會發現管壁中有存有一段液柱，在壓縮中未改變橢圓形周長，但短長軸處于變長與變短現象。通過調用數學橢圓性質知識得知，在此過程中橢圓面積會逐漸變小，而扁形瓶容積會在高度保持不變情況下變小，因而細玻璃管中的液柱會持續上升。如果在擠壓細玻璃管時朝著長軸方向，那么會出現長軸變短和短軸變長現象，橢圓面積也會相應變大，增大扁形瓶容積，逐漸降低細玻璃管中液柱。在上述實驗中只要認真觀察細玻璃管中液柱升降情況就能判斷扁形玻璃管形變情況，直觀呈現微小形變知識。上述低成本實驗形象生動且直觀簡明，從學生知識層次、心理特征、認知結構等角度著手，逐層深入，及時解答學生提出在實驗中形成的問題，提高學生學習效率。微小形變演示是彈力教學重要組成，目的在于讓學生了解任何物體在力的作用下均能發生形變，與此同時，還可引入現實生活常見現象-擠牙膏，可將牙膏的橫截面看作橢圓，基本所有學生均有擠牙膏生活經驗，在擠的過程中會擠壓短軸，擠多厚，長軸牙膏就會自動回縮，物理教師可讓學生在課堂教學中演示這一現象，深化學生對微小形變知識理解。

結束語

實驗是高中物理教學不可缺少的組成，教師在全新的教育理念下應注重結合學生學情創新實驗方式，引入低成本實驗能幫助學生深化對所學知識理解和應用，增強學生動手操作能力和探究思維能力，改變以往被動思考和學習現狀，并基于此打破思維禁錮，促使學生學會基于多元角度分析和解決物理問題，提高物理實驗教學效率，對學生未來發展有著重要現實意義。

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