(王育华)初中物理低成本实验开发与应用的一些实践与思考

第1页共6页初中物理低成本实验开发与应用的一些实践与思考江苏淮安开发区徐杨中学王育华223200[摘要]新课标教学实践表明，中学物理教学要实现学生在三维目标上的达成、有效促进学生的全面发展和终身发展，物理教学活动的设计必须坚持以科学探究为主要教学模式。而在物理教学的探究活动中，实验教学往往成为决定教学成败、实现有效教学的一个重要环节！作为中学物理教师,几乎都有这样的经历与体验：在设计实验教学时，遇到的最棘手的问题是实验器材在数量上的不足、功能上的不完善、甚至是一些实验空白。无奈地消极对待，被动地等、靠、要，远水难解近渴！而解决这一问题的有效捷径就是发挥自己的主观能动性，依靠师生智慧，因陋就简，积极开发低成本实验，以满足新课程教学的急切需求！本文介绍本人在低成本实验的开发与应用方面一些实践经验与思考。[关键词]物理教学、实验、新课标、低成本实验、开发与应用、意义物理学是以实验为基础的科学，物理实验是物理研究的基本方法之一。概念的建立、理论的检验、规律的发现，都有其坚实的实验基础。物理学发展的历史和趋势已清晰地表明，近现代物理研究的诸多发现与重大突破，越来越多地依赖于物理实验装备及其发展水平，实验技术的每一次重大进步和突破，每每引发物理研究成果的大量涌现！物理理论与物理实验相辅相成、日趋融合又互为引领的趋势，要求我们广大物理教师在物理教学中既要重视物理理论的教学又要重视物理实验的教学。一、在新科标教学方案设计中,实验设计成为科学探究活动的重要环节。新课程标准中，特别地将科学探究纳入内容标准。物理课程的构建要让学生“经历基本的科学探究实践”，以加强对学生科学素养的培养，使“学生得到全面发展”。科学探究成为有效的教学方法和必须的教学内容。科学探究的过程包括下列要素：发现并提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。其中，通过思考作出合理地猜想与假设，根据需要制定相应的计划、设计有效实验，安全、正确地进行实验，及时客观地收集证据，成为科学探究的重点内容。历时几年的新课标物理教学实践已证明，实验教学成为决定教学效果、实现有效教学的一个重要环节！二、新课标下物理实验设计的新的特点——开发低成本实验成为有效教学的常态。第2页共6页在新课标要求下的科学探究活动，要求开设的实验形式多样，需配备的器材品种多而复杂。老师在设计教学活动时，遇到的最现实的困难是：实验器材在数量上的不足、功能上的不完善，甚至是实验空白。面对实际困难，大家在思想上普遍存在着“等”、“靠”、“要”的念头，有的老师干脆是“穿新鞋走老路”，依靠“满堂灌”，再续“题海战”，在黑板上做“演示”实验，借“flash”作“万能”模拟，从根本上背离新课程标准对实验教学的要求！为满足快速发展的课程改革需要，在实验器材方面急需作出超常地努力。在数量上补充器材不足，在功能上改进与完善，开发新实验填补实验空白，成为广大教师与实验室工作人员的迫切需要解决的问题。而解决这一问题的有效捷径就是开发低成本实验。三、低成本实验开发与应用实例1、实验的替代与改进（1）探究运动物体的动能大小的影响因素（参见苏科版《物理》九（上））。课本的实验设计是：将小车从钭面上释放，撞击水平面上木块。通过观察木块被推动的距离远近来推知撞击前运动小车的动能大小。该实验的难点在于探究小车的动能与其质量关系时，要在改变小车质量的同时，控制小车在撞击前的速度相同。课本上提供的“信息快递”是“不同质量的小车从钭面同一高度释放，到达水平面上的初速度相同”。但学生没有相关感性认识，故而对此难以理解。如能用实验呈现出，则该难点迎刃而解。其改进与替代是：用实验室配备的盒装金属圆柱体代替小车，用长方块玻璃做成钭面，将外形相同的铜、铁两圆柱体（不同质量）用直尺挡在玻璃钭面的同一高度处，同时释放，发现两者同时滚到水平面上。这表明两者到达水平面的初速度相同。实验时用泡沫塑料块代替木块，这样被推动得既远又醒目。该实验在器材选择上，利用了盒装铜铁铝三个圆柱体，同外形同体积变质量，使变量控制更精确，又能进一步强化学生对铜铁铝密度差别的感性认识；实验现象特别显著，尤其是实现了对实验的难点突破。后续反馈检测表明，学生掌握得很好。（2）探究物体重力势能大小的影响因素。课本上的实验设计是采用模拟“打桩”的办法：将质量不同的木块从不同高度释放去撞击位于沙坑内的小凳，通过观察凳腿被打入沙内的深度来推知泡沫块牙签透明塑料圆筒第3页共6页被举高的木块重力势能大小。该设计器材准备较麻烦、操作不便、前后被打入沙内的深度比较起来存在困难，且因木块落下时“没准”，常砸偏，极易砸坏器材。对该实验的改进与替代如左图：用透明塑料片卷成圆筒并用透明胶带缠绕定形。实验时，将外形相同的铜、铝圆柱体从同样高的两个圆筒的上口沿筒释放（不同质量、同一高度）；取其中的一金属块从较低的圆筒口释放（同质量、不同高度），撞击下方的牙签，比较三支牙签被打入泡沫中的深度，确定释放前重力势能的大小。实验取材方便，效果显著，一目了然，课堂上学生反映热烈！诸如此类，视废如宝，刻意创新，利用一些常见的生活日用品乃至废弃物，可以开发出大量的实验。这些实验取材与制作简易，安全可靠、生动有趣，使学生乐于从这些常见的日用品所发生的现象中去探索物理本质，激发学生进行实验探究的热情与冲动，大大增加了学生对物理的亲近感。将上面的实验器材组合打包，可构成系列实验。这样，下一年使用时，使用驾轻就熟，实验现象稳定可靠，使老师在实验准备上的工作量大大减少。2、填补实验空白。（1）“静电除尘演示装置”静电的典型应用之一是静电除尘。静电除尘技术广泛应用于现代工业生产中，在治理粉尘污染中大显身手，其技术成熟、效果显著。而在物理教学中没有理想的实验与之配合。本人利用日常材料制作的“静电除尘演示实验装置”能有效满足教学要求。其制作如上图所示。取无色透明“雪碧”瓶，用电烙铁割去瓶底，在瓶身顶部用电烙铁烙上几个洞，作为烟囱口。取一更大的“雪碧”瓶，用电烙铁割下底部，倒置于小桌面进气口烟囱口自行车辐条铜丝蚊香架接线柱2接线柱1第4页共6页瓶底，用自行车辐条将两者固定。在底部和侧壁上烙上几个洞。上部的洞作出烟口，下部孔作进气口。用铜丝或用易拉罐剪成的薄条在瓶外壁上绕几圈并留下它的一端作接线柱，再用透明胶布将它们固定在瓶外壁。实验时，将蚊香点燃、放于桌面，将装置罩在蚊香上方，将接线柱1、2分别与静电起电机的两极相连。当蚊香烟从“烟囱口”缕缕冒出时，启动静电起电机，只见烟雾弥漫的“烟囱”内立即变得洁净透明——静电除尘。（2）“汽油机做功冲程演示装置”的制作与使用。如图所示。取500mL洁净无色透明“雪碧”瓶，配上松紧适度的橡皮塞。在瓶侧面偏上三分之二处，对称地插入两根缝衣针，调节针间距在5-6mm。取泡沫块，切成长25cm、宽20cm、厚5cm的长方体，在中央挖深2cm孔，将瓶插入并固定。从旧电缆线中取红、白二根芯线，保持绝缘层完整。红色一根，一端与打火机的压电点火装置焊接（不留毛刺），接点缠绕绝缘胶布；另一端与一缝衣针针眼相连。白线的一端与另一针的针眼相连，另一端放在地面作接地线。将两根芯线分别用图钉固定在泡沫块底座上。压动打火机，调节针尖间放电电弧到适当长度。实验时，用注射器吸取少量酒精，向瓶内滴入0.5mL，塞上橡皮塞，晃瓶使酒精充分蒸发。此时瓶内弥漫着酒精与空气混合气体，相当于四冲程汽油机完成吸气冲程。压动打火机，只见瓶内气体立刻燃烧，伴着一声巨响，带着火光的燃气将塞子“叭”地击出！刺激的实验效果，惊心动魄，学生终身难忘！此实验真实再现汽油机在做功冲程中声、光与力量，学生印象深刻。此时，老师可适时拓展提问，“在加油站内都贴有一些警示语，你能说出几条？为什么？”借此，学生可深刻理解加油站张贴的警示语“严禁烟火”、“禁打手机”的意义！使学生提高认识，增强遵守相关规定的自觉性，使之受益终身。同时告诫学生，此实验不能盲目模仿！此实验在夜晚或黑暗背景下演示，效果更好。为安全考虑，所用瓶容积不能过大，滴入酒精量不能多，塞子不能塞得太紧，点火时，瓶口不能对着师生。在装置上，进一步改进，将打火机的燃料利用输液器的塑料细管通过针头导入瓶内，做成了专用演示装泡沫底座缝衣针橡皮塞电缆芯线接打火机固定钉第5页共6页置。该实验，取材容易与制作简单，现象直观显著、安全可靠，教学效果优异。此实验还可模拟静电酿成的火灾。（3）自制“潜水艇”。取无色透明300mL的饮料瓶，用电烙铁在瓶底烙上三个小孔，向瓶内放入适量的石子（不从孔中漏出）。在瓶盖上打孔，在孔上装上小段塑料硬管并用胶水密封，在硬管管口上装从输液器上取下的软塑料管。取无色透明的2.5L饮料瓶，割去瓶颈部分留下下半部分成一深圆筒。实验时，在大圆筒内放水，将“潜水艇”模型放入圆筒内水中。看到水从艇底进入，艇渐渐下沉，直至沉底，呈现出潜水艇水舱进水船体下沉的景象。用注射器通过塑料管向艇内打气，艇内水被压出，艇身慢慢上浮，控制潜艇到悬浮和上浮。此装置与装备的潜水艇模型相比，能见度高、现象更直观。如果要求学生在预习课本内容的同时，通过观察该模型，作为预习任务要求学生模仿制作出该装置。这样，在课堂上，通过学生自行操作自己的作品并展示，同学间相互评价，让学生在活动中感悟潜水艇的原理，体验成功快乐，提升动手能力，学会鉴赏、自觉取人之长。这样的教学设计与实验设计，能极大地调动学生参与活动的积极性，培养阅读理解、动手动脑的能力，影响学生正确的情感、态度与价值观的形成。通过恰当地组织并进行低成本实验的制作与应用展示，可以实现一般实验器材无法企及的教学效果！这正是低成本实验实验的生命力所在！价值所在！新颖有趣、简便易行的低成本小实验。材料处处可寻，实验人人会做，现象往往出乎意料之外，以引起学生追根求源的兴趣和激情。兴趣是最好的老师，而低成本简易实验对培养学生学习物理的兴趣，增强学生对物理的亲近感有独特而重要的作用。四、低成本实验开发与应用的意义。低成本实验的开发与应用，既可有效弥补教学所需，又具有现成实验器材所难以承载的独特的教育价值——取材方便、成本低廉；制作简便、动手动脑；参与互动、接近生活；启发思维、培养能力等诸多意义。正如南师大博导、著名的物理教育家刘炳升教授所说：“成本比较低廉，亲切、吸引学生参与、给学生更多动手动脑机会，有利于渗透创造性的教育”、“体现教育现代化的思想精髓”。刘教授不仅在物理教学理论上有所建树，而且在开发低成本实验方面亲历亲为，开发出大量价廉物美令人“惊艳”的低第6页共6页成本实验。直到如今，耄耋之年的他仍孜孜以求！其精神与追求值得我们每一位物理教师学习与效仿。参考文献：[1]《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》。中华人民共和国教育部制订，北京师范大学出版社，2007年6月。[2]《中学物理教材教法》作者:李桂福段金梅霍立林出版社：北京师范大学出版社版次：1993年6月第1版[3]《汽油机做功冲程的演示》王育华《中学物理》2000.1。