57农村初中物理低成本实验资源的开发与研究

农村初中物理低成本实验资源的开发与研究

江苏省海安县海陵中学（226600）吉临荣

物理学是一门实验科学，物理实验是学生建立概念、探究规律的基础，是培养学生学习兴趣、动手能力、实践能力、创新能力的重要途径。但目前一些农村初中物理教师还存在着“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”和借flash动画作模拟实验的“应试实验”思想，背离了新课程标准对实验教学的要求。究其原因是农村初中实验设施差、仪器陈旧老化、器材短缺不配套，以及有些教师主观上对实验的作用认识不够，严重影响了初中物理实验的开设率，直接影响着课堂教学的效率。

著名的物理教育家刘炳升教授曾倡导“瓶瓶罐罐做实验”的主张。《初中物理课程标准》也提出：“提倡使用身边的物品进行物理实验”，“教学中应该多做试一试、动动手之类的随堂小实验，还应该让学生多做一些家庭小实验”，“应该充分利用实验室现有的器材，尤其应该利用多年闲置的器材开发新的实验。学校实验室应该为师生利用身边的物品、廉价的材料进行物理实验提供便利。有些成功的实验可以作为学校的常规实验保留下来”。由此可见，改善农村初中物理实验的重要措施就是大力加强低成本实验资源的开发。

一、开发的价值

1．可以拉近物理与生活的距离。物理课程标准指出：“使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验，可以拉进物理学和生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性”，使用低成本实验资源进行物理实验，能让学生感受到科学、社会和日常生活的联系，充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课标理念。

2.可以培养学生节俭环保意识。在开发低成本实验资源的过程中，大家平时要有收集废弃物品的意识，发现生活中有可利用的废弃物品都要及时收集起来以备用，这样变废为宝，同时也渗透了环保意识，美化了环境。

3．可以培养学生创新思维能力。低成本实验是成本低而智慧不低，小实验能揭示大道理。被评为物理学史上第七大美丽的牛顿三棱镜实验，其器材是两块三棱镜，但实验却揭示了光的色散现象。由于有些物品本来的用途并不是进行物理实验的，让学生参与低成本实验资源的开发过程，能培养学生的动手能力和创新能力。

4．可以提高物理教师实验素养。初中物理低成本实验资源的开发和利用是物理课堂教学的重要组成部分，是提高初中物理业务水平的重要渠道之一。所以，开发低成本实验资源，也是广大初中物理教师必须长期坚持的、不断完善的常规化工作。

5．可以精心打造高效率的课堂。一堂好课的设计，关键是实验的设计。利用低成本实验进行课堂教学，改演示实验为学生实验，增大实验的可见度，这都有利于及时巩固和掌握课堂教学内容，有利于大面积提高教学质量。

6．可以均衡城乡实验教学资源。充分挖掘农村的乡土资源，丰富农村初中物理实验器材，因地制宜地设计简单实验，缩短城乡实验资源差距，这是教育均衡化的需要，具有深刻的研究意义和价值。

二、开发的原则

开发低初中物理成本实验要遵循一定的原则，把握好开发原则，灵活地运用各种途径，是开发初中物理低成本实验的前提。2011年南通市优课评比及观摩比赛在我校进行，课题为苏科版教材第一册第五章第三节《直线运动》。我全程参与了观摩活动，并对“探究气泡在充水管中的运动规律”实验设计作重点观察，现以各位选手的实验设计亮点为例加以说明。

1．科学性。物理实验首先应该正确反映物理现象和规律，反映物理现象变化的客观过程，要具有科学性。比赛中，某选手将气泡改为蜡块。第一步是做实验：蜡块在水管中向上运动，先是加速，后来匀速；第二步是播放视频：在蜡块中按一图钉，蜡块在水管中向下运动，先是加速，后来匀速，最后是减速。选手的设计意图是使蜡块在水中的运动情况既有加速、又有匀速、还有减速，类型全面，很有创意！赛后，大家疑问的是蜡块最后应该以收尾速度做匀速直线运动？怎么可能做减速运动呢？是不是在玻璃管外面放了磁铁，吸引图钉、增大摩擦的缘故呢？咨询此选手，他解释道：此视频效果是经过微机处理的，使得蜡块在做减速直线运动。这种“人工处理”的方法与实验事实可违背，就失去了应有的科学性。

2．简易性。“一项演示实验使用的器材越简单,学生就越熟悉,就越想彻底地获得所验证的结果。”所以，我们所开发的实验资源要简单易寻、就地取材。比赛中，为了让气泡运动速度较慢，使学生较准确地测出数据，有的选手将玻璃管倾斜一定的角度，有的选手将水换成了油，有的选手在实验前细心地调整气泡的大小……，这都是用最简单的器材，最简单的方法，达到最优化的实验效果。

3．直观性。实验中要让学生用感官能够直接观察和感受具体的物理现象与实验过程。开发低成本物理实验时,要尽可能增加实验的可见度,提高实验的直观性。比赛中，为了让学生能清晰地看到气泡的运动情况，有的选手在水中滴了几滴红墨水，这样透明的气泡在红墨水中运动；有的选手将气泡换成红蜡块，这样让红蜡块的透明的水中运动；还有的选手在玻璃管外包了一层半透明的黄色胶带，让透明的气泡在黄色中运动，增加实验的可见度。

4．准确性。实验是为建立概念、探究规律服务的，测量的实验数据要准确、可靠。比赛中，准确测出气泡运动的时间是关键，不少选手对此进行了思考和改进。一是先通过测出各段时间、测总时间后再计算各段时间的分析，比较哪种方法误差最小？二是在测量工具上做了改进，多数选手选用的是实验室的秒表，而有的选手用的是学生随身带的手表或电子表，有的选手用的是闹钟，还有的选手用的是多计时秒表，一人可计几个时间，同实验小组的成员再根据记录的时间求平均值，减小实验误差。

5．安全性。在设计实验时应该尽量避免有危险的和对身体有伤害。比赛中，有位选手在演示气泡运动时，手中的玻璃管不小心倒下，一端碰到了一名学生的头上而破裂；还有一位学生在实验过程中，玻璃管掉在桌面上破裂，虽然没有产生多大伤害，但说明了长玻璃管在实验中存在着一定的安全隐患。有位选手将玻璃管换成了软透明塑料管，真是匠心独运！有位选手借用音叉的底座放玻璃管；有位选手用铁架台夹住玻璃管，而玻璃管的下端放在装有细沙的小烧杯中；还有位选手说：“在实验中，只能改变玻璃管直径、气泡大小、将水换成油来控制气泡运动速度，而不能改变玻璃管的长度增加气泡运动时间，课书中建议玻璃管长度为50～60cm是很有道理的，这是学生将玻璃管上下翻转的安全长度”。这都是在实验设计中需要考虑的安全性问题。

6．创造性。低成本物理实验是学生探究活动的一个有机组成部分,让学生参与设计制作低成本实验器材，可以培养学生动手能力、实践能力、创新能力。有位选手在研究匀速直线运动规律的基础上，为了能让学生用简单的器材做加速直线运动的规律，设计了让乒乓球在倾斜的两根米尺间的间隙上滚动的实验。据这位选手介绍，此实验是他和他的学生们在几十次试验的基础上设计而成的：是用钢球、玻璃、弹性球、还是用乒乓球？倾角的大小多大为宜？两米尺的间隙多大好？两米尺是平行好、还是上小下大、或者上大下小好？在反复试验后，确定用乒乓球在一定倾角的、两根米尺间的、上小下大的间隙上滚动，由此实验数据画出的图像最能表示加速直线运动的规律。设计实验的过程，本身就是一个探究过程，本身就是一次创新活动。

三、开发的途径

在学生的日常生活中的，可以利用的课程资源十分丰富，教师要引导学生善于从学习用品、生活用品、废旧物品、报废器材、儿童玩具、日常体验等各个方面去开发设计低成本物理实验。

1．从学习用品中开发。学生身边可以用作实验的学习用品比比皆是。如用钢尺或塑料尺研究声音的音调与频率的关系、响度与振幅的关系。用铅笔可做滚动摩擦比滑动摩擦小的实验，可研究固体压强的实验，抛出去还可演示惯性和受重力作用改变运动状态的实验。

2．从生活用品中开发。很多生活用品都可以用来设计有趣的物理实验。如用蜡烛观察固体的熔化，用杯子和水观察光的折射，用图钉研究固体的压强，用棋子观察惯性现象，用牙膏皮研究浮力，用鸡蛋研究浮沉实验，用筷子做成秤演示杠杆的平衡，用橡皮筋演示弹性势能。

3．从废旧物品中开发。在我们的生活中，有很多废弃的物品，利用这些废旧物品来进行实验探究活动。如用废弃的易拉罐可证明大气压的存在，用废弃的饮料瓶可以做探究液体压强实验、浮沉子实验、帕斯卡裂桶实验，用酒瓶底可作凸透镜，用塑料泡沫可做静电实验，用大注射器演示物体对外做功、内能减小的实验。

4．从报废器材中开发。实验室里都有一些废旧的仪器，把不能修的有用部分拆下来，经过加工组合可制成有用的实验器材或教具。用体育室中报废的羽毛球、实心球、铅球等也可做物理实验。如用废旧电阻器、温度计等制作焦耳定律演示器，用空洗发精塑料瓶一只、乒乓球一只、香烟盒铝箔纸、粘胶等自制验电球。

5．从儿童玩具中开发。很多儿童玩具都是利用物理原理设计制作的,玩具也是一种难得的课程资源。用玩具小汽车中的电动机研究其原理、判断电源的正负极，用气球研究摩擦起电现象。

6．从人体体验中开发。新课程不仅重视知识和技能目标的实现，而且特别强调体验性学习目标的达成。由于实验器材是学生的五官和四肢，所以是最经济、实用、有效的实验方式。如可用嘴对着手心呵气体验液化要放热，可用嘴对着手心吹气体验蒸发需要吸热，可用学生的鼻子闻气味来理解分子运动现象，可在白炽灯下让学生做各种各样的手影游戏来验证光的直线传播。

总之，低成本物理实验不仅是实验器材的简单替代,更是实验装置的简化,实验现象的明了。低成本物理实验成本虽低,运用的智慧不低,具有的内涵不低,教育价值不低,它代表了中学物理实验教学的一种发展方向,因此农村初中应该大力加强低成本物理实验资源的开发。



作者简介：吉临荣1966年8月出生，中学高级教师，中国物理学会会员，南通市物理学科带头人，江苏省海安县海陵中学副校长。

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