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。