低成本物理實驗教學示例

李世平

摘 要：低成本物理實驗是指，使用生活中常見的廢棄物品或廉價的物品，通過加工改造，組合成自制的物理實驗器材，進行物理實驗。其具有容易獲取、能夠消除學生對實驗的陌生感、可以放手讓學生開發(fā)創(chuàng)造等特點。氣球是一種常見的低成本物理實驗器材，可以利用其開展低成本物理實驗來引入課題、科學探究、驗證規(guī)律、改進實驗、復(fù)習串聯(lián)。

關(guān)鍵詞：初中物理；低成本物理實驗；氣球

一、 低成本物理實驗的定義和特點

實驗是物理教學的基礎(chǔ)，很多物理概念、原理都要通過實驗分析得到。物理新課程改革也注重發(fā)揮物理實驗在科學探究方面的重要作用。但是，當前很多學校（特別是農(nóng)村地區(qū)的學校）物理實驗器材不完善、設(shè)備短缺，師生不能完成必要的實驗，使物理實驗教學變成學生聽實驗、背實驗，失去了應(yīng)有之義。解決這一問題的一項重要手段就是開發(fā)低成本物理實驗。

所謂低成本物理實驗是指，使用生活中常見的廢棄物品或廉價的物品，通過加工改造，組合成自制的物理實驗器材，進行物理實驗。［1］其器材來源主要有以下幾個方面：（1） 生活中的廢舊物品；（2） 價格低廉的器材；（3） 改造實驗室廢舊器材。

低成本物理實驗具有以下特點：（1） 實驗器材多來自日常生活，容易獲取；（2） 實驗器材是學生熟悉的物品，能夠消除學生對實驗的陌生感，更能激發(fā)學生的學習興趣；（3） 實驗可以放手讓學生開發(fā)創(chuàng)造，有利于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新思維。

二、 低成本物理實驗案例——氣球的使用

氣球是大部分學生從小就喜歡的玩具，價格低廉、易得，是一種常見的低成本物理實驗器材。以下分享幾個利用氣球開展低成本物理實驗的案例。

（一） 引入課題——《大氣壓強》

課題引入環(huán)節(jié)，要喚醒學生的學習興趣，激起學生的好奇心，激發(fā)學生的求知欲。

《大氣壓強》一課，教師通過一個隔空抓氣球的魔術(shù)表演——手不接觸氣球把氣球任意變小，來引入課題。教師演示實驗步驟如下：

1. 在飲料瓶身底部扎出一個不起眼的小孔并將氣球放入飲料瓶內(nèi)，把氣球口向外翻套在瓶口上（如圖1所示）。

2. 從飲料瓶口給氣球吹氣，把氣球吹大；用手悄悄堵住瓶身底部的小孔，氣球就不會變小（如圖2所示）。

3. 另一只手在空中做抓物體的動作，同時堵住小孔的手配合慢慢松開，氣球就會慢慢變小，即隔空使氣球變小（如圖3所示）。

課堂上，先讓學生大膽地猜想一下：把氣球吹起來后，不扎緊氣球口，氣球會變小嗎？然后，表演“魔術(shù)”。學生看到不同于猜想的實驗現(xiàn)象，會感到非常驚奇：氣球在敞口的情況下竟然沒有縮小，還會隨著教師的動作逐漸變小。由此，引入“大氣壓強”這一課題，可以有效地激發(fā)學生的學習心向。

（二） 科學探究——壓力作用效果與受力面積的關(guān)系

科學探究既是學習目標，又是重要的教學方式。要讓學生經(jīng)歷科學探究的過程，體驗科學探究的樂趣，發(fā)展科學探究的能力，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神。因此，做好探究實驗十分重要。

在探究“壓力作用效果的影響因素”實驗中，可以用氣球和一些易得的物品（牙簽、泡沫板等）來完成。教師首先出示氣球、牙簽、泡沫板等實驗器材，組織學生小組討論：如何利用上述器材設(shè)計實驗探究壓力作用效果與受力面積的關(guān)系？學生小組討論后匯報：

1. 如下頁圖4所示，把一支牙簽插在泡沫板上，將吹起來的氣球放在牙簽的尖部；稍微用力壓氣球，氣球就會被牙簽扎破。

2. 如下頁圖5所示，把很多支牙簽密密麻麻地插在泡沫板上，把吹起來的氣球放在牙簽的尖部；用差不多的力壓氣球，發(fā)現(xiàn)氣球不會被扎破。

這里，引導(dǎo)學生自主設(shè)計實驗，交流展示，完成科學探究。學生很直觀地看到壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系。本次探究中，除了氣球，學生還用到了牙簽、泡沫板等常見的生活用品，自然會對實驗留下深刻的印象。

（三） 驗證規(guī)律——流體壓強與流速的關(guān)系

在講授物理規(guī)律時，可以利用演示實驗，呈現(xiàn)直觀的現(xiàn)象，便于學生理解和掌握。

教學“流體壓強與流速的關(guān)系”這一規(guī)律時，可以借助氣球完成驗證實驗。教師將兩個氣球分別用細線懸掛在鐵架臺上，在兩個氣球中間留一定的距離（如圖6所示）；然后通過吸管向兩個氣球中間吹氣，讓學生觀察氣球的運動情況，發(fā)現(xiàn)氣球沒有被吹分離，反而向一起靠攏（如圖7所示）。從而，引發(fā)學生的認知沖突，促進學生思考，得到基于直觀現(xiàn)象的深刻認識：向氣球中間吹氣，中間空氣流速快，壓強小，小于氣球外側(cè)的壓強，在壓強差的作用下，氣球向中間靠攏。這樣，學生能更好地理解流體壓強與流速的關(guān)系。

（四） 改進實驗——紙鍋燒水

蘇科版初中物理教材的一大特色就是設(shè)置了《WWW》欄目，旨在引導(dǎo)學生“動手做”，在做中學，在做中思。我們可以引導(dǎo)學生在完成該欄目實驗探究的過程中思考如何改進、優(yōu)化實驗。

例如，八年級上冊第二章《汽化和液化》一節(jié)《WWW》欄目的第三題：“酒精燈的火焰能點燃紙。那么，能用紙做的小鍋（如圖8所示）在酒精燈上燒開水嗎？請試一試，并說出其中的道理（紙的著火點是183℃，酒精燈外焰的溫度約為800℃）。”

在實際操作中，學生會發(fā)現(xiàn)紙鍋長時間裝水，容易泡爛紙張導(dǎo)致漏水，造成實驗不易進行。對此，教師可引導(dǎo)學生用氣球代替紙鍋完成這一實驗：在氣球內(nèi)注入一定量的水，放在酒精燈上加熱（如圖9所示）。同樣可以達到題目要求的實驗效果，且不漏水。

（五） 復(fù)習串聯(lián)——力學

復(fù)習課教學不是簡單的知識點羅列，也不是簡單的“知識點+練習”。我們可以加入有趣的低成本物理實驗，既使復(fù)習課變得生動有趣，又有效地幫助學生串聯(lián)各知識點。

例如，力學知識的復(fù)習，教師用氣球進行多個演示實驗來串聯(lián)各個知識點。

1. 用兩手輕輕擠壓氣球（如圖10所示），引導(dǎo)學生識別哪個是施力物體，哪個是受力物體；還可以通過追問，復(fù)習“力的作用是相互的”。

2. 用手輕戳氣球（如圖11所示），讓學生觀察氣球的變化；把氣球放在手掌上輕輕對著氣球吹氣，讓學生觀察氣球的變化（移動過程如圖12所示）。這可以引導(dǎo)學生復(fù)習力的兩個作用效果：一是使物體發(fā)生形變，二是改變物體的運動狀態(tài)。

3. 讓學生輕壓桌面的氣球并慢慢放手觀察氣球的變化（如圖13所示）。這既演示了彈性形變，又讓學生體驗了彈力的存在，從而復(fù)習彈力的相關(guān)知識。

用氣球這一簡單易得的物品完成低成本物理實驗，實驗現(xiàn)象明顯，易于學生理解物理知識。我們還可以使用氣球完成如下低成本物理實驗：用手掌摩擦氣球的表面，可以聽見聲音，說明聲音是由振動產(chǎn)生的；用頭發(fā)摩擦過的氣球能吸引輕小物體或水流，可以演示靜電現(xiàn)象；用粘有小顆粒的氣球模擬演示宇宙膨脹現(xiàn)象；用手捏住氣球的口，松手后氣球飛出去，可以演示力的作用與反作用；氣球落地后會彈起來，可以演示能量的轉(zhuǎn)化……

參考文獻：

［1］ 張偉，郭玉英，劉炳升.“非常規(guī)”物理實驗概念探討［J］.物理教師，2006（8）：29.