巧用低成本物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)高效課堂教學(xué)

摘要：低成本物理實(shí)驗(yàn)因其取材容易、制作簡(jiǎn)單，不受人力、物力、財(cái)力等硬性條件的限制而成為一種重要的物理教學(xué)手段.本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，分別從優(yōu)化課堂導(dǎo)入、突破教學(xué)難點(diǎn)、化解經(jīng)驗(yàn)誤區(qū)等角度出發(fā)，例談低成本物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)與價(jià)值.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；低成本；導(dǎo)入；難點(diǎn)；誤區(qū)

作者簡(jiǎn)介：陳燕琴（1984-），女，浙江臺(tái)州人，理學(xué)碩士，中學(xué)一級(jí)，研究方向高中低成本物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)與研究

低成本物理實(shí)驗(yàn)，因其取材容易、操作簡(jiǎn)單、效果明顯、趣味更強(qiáng)，而成為創(chuàng)建高效課堂的重要教學(xué)手段.

1優(yōu)化導(dǎo)入，提升課堂魅力

俗話說(shuō)，良好的開(kāi)端是成功的一半.利用低成本物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)精彩的新課導(dǎo)入，能有效吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，為實(shí)現(xiàn)高效課堂奠定基礎(chǔ).例如，在必修一《重力 基本相互作用》的新課導(dǎo)入中，可設(shè)計(jì)如下的低成本實(shí)驗(yàn).

[方案一]

實(shí)驗(yàn)材料：兩把不銹鋼叉子，一小段胡蘿卜.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：教師先試圖向?qū)W生展示將胡蘿卜立在食指上，卻總是無(wú)法成功的現(xiàn)象.然后，將兩把叉子分別插在胡蘿卜較低的一端（圖1），胡蘿卜就能非常安穩(wěn)地立在手指上.

注意事項(xiàng)：叉子的位置要盡可能低一些，叉子的重心越低，系統(tǒng)穩(wěn)定性越高，實(shí)驗(yàn)越容易成功.

[方案二]

實(shí)驗(yàn)材料：兩把相同的不銹鋼叉子，兩根牙簽.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)前，教師先通過(guò)向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)器材，引發(fā)學(xué)生思考如何用牙簽將兩把叉子穩(wěn)穩(wěn)地支撐起來(lái).實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中需先將兩把叉子的叉齒交互咬合且不松動(dòng)，再將一根牙簽插入齒縫之中，此時(shí)，嘗試用手指頂起該牙簽的另一端（圖2a），若能穩(wěn)穩(wěn)地?fù)纹鸩孀佣坏袈洌瑒t實(shí)驗(yàn)已成功了大半.然后，將此牙簽放在另一根牙簽的尖端上（圖2b），又細(xì)又尖的牙簽就穩(wěn)穩(wěn)地?fù)纹鹆瞬孀?

注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于兩把叉子一定要咬合得夠牢固，使之能保持一個(gè)固定的形狀而不散架.

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均采用學(xué)生非常熟悉的生活用品展現(xiàn)學(xué)生意想不到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此構(gòu)建學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，吸引學(xué)生更好地投入到后續(xù)的學(xué)習(xí)中來(lái)，并為學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)重心的等效性奠定基礎(chǔ).利用低成本物理實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)引人入勝的教學(xué)效果.

2突破難點(diǎn)，促進(jìn)新知落實(shí)

據(jù)全國(guó)中學(xué)生調(diào)查研究顯示，物理學(xué)科的難度排名第一，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中所涉及的對(duì)物理概念的領(lǐng)悟、物理規(guī)律的理解、物理模型的建立、物理情景的想象都促成了物理學(xué)習(xí)中的諸多難點(diǎn)[1].利用低成本實(shí)驗(yàn)的深入淺出、淺顯易懂，可輕松化解教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的各種教學(xué)難點(diǎn).例如，在必修二《曲線運(yùn)動(dòng)》一節(jié)中，曲線運(yùn)動(dòng)的條件是諸多學(xué)生尤其是基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的一大難點(diǎn).對(duì)高一學(xué)生而言，曲線運(yùn)動(dòng)是一個(gè)全新的物理概念，雖然生活中并不陌生，但由于缺乏知識(shí)基礎(chǔ)，很難讓學(xué)生將生活經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建、抽象為清晰的知識(shí)概念.傳統(tǒng)的理論分析法往往因?yàn)檫^(guò)于抽象且要求學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維能力而使學(xué)生頗感枯燥、難懂.囫圇吞棗地機(jī)械式記憶，終難實(shí)現(xiàn)學(xué)生由表及里的深層次理解而形成清晰的、深刻的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，亦難以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力.巧用低成本物理實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)生活經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)的巧妙銜接，不僅能讓學(xué)生獲得物理源自生活并服務(wù)生活的學(xué)科價(jià)值體驗(yàn)，而且能化抽象為形象、化枯燥為有趣，實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)突破.例如，在突破曲線運(yùn)動(dòng)條件這一教學(xué)難點(diǎn)時(shí)，可設(shè)計(jì)如下低成本實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)材料：一個(gè)礦泉水瓶，幾滴墨汁，一把剪刀.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用剪刀分別在礦泉水瓶瓶頸與底端處剪個(gè)洞，裝入水并滴上幾滴墨汁，使瓶中的水顏色醒目.引導(dǎo)學(xué)生了解流出去的水僅受豎直向下的重力的基礎(chǔ)上，分別展示底端的洞口豎直向下、水平、斜向上、斜向下時(shí)水流的形狀（如圖3），逐步引導(dǎo)學(xué)生探究曲線運(yùn)動(dòng)的條件.

注意事項(xiàng)：礦泉水瓶上下各開(kāi)一個(gè)洞，有助于水能夠順利地流出，兩個(gè)洞最好位于瓶子的同一側(cè)，方便灌水.實(shí)驗(yàn)中，為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，可用顏色較顯眼的墨水（如黑色、紅色）給礦泉水染色，并配以白紙或白墻等作為實(shí)驗(yàn)背景.

通過(guò)實(shí)驗(yàn)的直觀觀察，再附加以現(xiàn)象到本質(zhì)的理論分析，輕松化解抽象的邏輯思維過(guò)程中的學(xué)習(xí)障礙，讓學(xué)生在感受物理趣味的同時(shí)，突破教學(xué)難點(diǎn).

3走出誤區(qū)，化解學(xué)習(xí)障礙

物理學(xué)是一門(mén)以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理知識(shí)的形成與生活經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，但是一些錯(cuò)誤的生活經(jīng)驗(yàn)亦會(huì)對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響而形成不容小覷的學(xué)習(xí)障礙，例如學(xué)生頭腦中存在的前概念、直覺(jué)概念、樸素概念及學(xué)習(xí)中形成的相異概念、錯(cuò)誤概念等都會(huì)對(duì)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)產(chǎn)生巨大的阻力.巧用低成本實(shí)驗(yàn)的直觀性、真實(shí)性能有效引導(dǎo)學(xué)生走出經(jīng)驗(yàn)誤區(qū)，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí).

例1如圖4所示，在裝滿水的礦泉水瓶底部戳一個(gè)小孔，手持瓶子靜止時(shí)，有水從小孔噴出，則下列幾種運(yùn)動(dòng)中說(shuō)法正確的是

A.在瓶自由下落至落地前的過(guò)程中，水會(huì)從小孔噴出

B.在瓶被水平拋出至落地前的過(guò)程中，水會(huì)從小孔噴出

C.在瓶被斜向上拋出至落地前的過(guò)程中，水會(huì)從小孔噴出

D.在瓶被豎直向上拋出至落地前的過(guò)程中，水均不會(huì)從小孔噴出

學(xué)生在面臨此題時(shí)，雖然已經(jīng)建立了完全失重的概念，也知道了僅受重力作用的物體會(huì)完全失重，但礙于生活中底部有洞的瓶子會(huì)漏水的經(jīng)驗(yàn)太深刻，對(duì)于上述類似的問(wèn)題，歷屆學(xué)生的錯(cuò)誤率總是非常高，若依然以理論分析的方式解釋此題，恐難以從根本上引導(dǎo)學(xué)生走出經(jīng)驗(yàn)誤區(qū)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)障礙的化解.

實(shí)驗(yàn)材料：一個(gè)礦泉水瓶，一把剪刀.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用剪刀分別在礦泉水瓶瓶頸與底部處剪個(gè)洞，用手遮住瓶底的洞并使瓶子裝滿水，再向?qū)W生展示將遮住瓶底的手移開(kāi)時(shí)水可以非常順利地流出，如此，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與生活經(jīng)驗(yàn)順利接軌，并為引導(dǎo)學(xué)生從錯(cuò)誤的前概念出發(fā)，走出經(jīng)驗(yàn)誤區(qū)奠定基礎(chǔ).教師再用手遮住洞口，并將礦泉水瓶扔往高處，讓學(xué)生觀察是否有水柱流出.通過(guò)對(duì)比礦泉水瓶靜止與斜拋運(yùn)動(dòng)時(shí)水柱的形成情況，有助于學(xué)生理清已有生活經(jīng)驗(yàn)與理論分析結(jié)果之間的本質(zhì)差異，從而走出心中疑惑與誤區(qū)，構(gòu)建正確知識(shí)體系.

注意事項(xiàng)：創(chuàng)建礦泉水瓶的完全失重狀態(tài)，可采取不同的拋體運(yùn)動(dòng)方式，但盡可能拋得高一些，以便學(xué)生有更多的時(shí)間觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

例2如圖5所示，甲、乙兩人在經(jīng)過(guò)一陣“拉鋸”之后，乙將甲拉了過(guò)去.此過(guò)程中

A.乙拉甲的力始終大于甲拉乙的力

B.乙拉甲的力始終等于甲拉乙的力

C.“拉鋸”時(shí)兩拉力一樣大，之后乙拉甲的力更大

D.“拉鋸”時(shí)，有時(shí)甲拉乙的力大，有時(shí)乙拉甲的力大

此題是必修一《牛頓第三定律》的一道經(jīng)典習(xí)題，雖然學(xué)生已經(jīng)較好地掌握了牛頓第三定律的內(nèi)容，但礙于生活中獲勝方力氣較大的固有經(jīng)驗(yàn)干擾而使錯(cuò)誤率居高不下.為徹底化解學(xué)生心中的疑惑，可設(shè)置如下的低成本實(shí)驗(yàn)，

實(shí)驗(yàn)材料：一把帶有輪子的椅子（圖6）.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)前，先讓學(xué)生推選出班級(jí)中力氣最大和最小的學(xué)生，再讓力氣大的學(xué)生坐在帶輪子的椅子上（圖7），讓雙方進(jìn)行拔河比賽.教師在學(xué)生觀察了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并有所

啟發(fā)的基礎(chǔ)上，分析其中的獲勝技巧，可以達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果.

注意事項(xiàng)：為凸顯實(shí)驗(yàn)效果，需讓力氣較大的同學(xué)坐在椅子上，并且雙腳離地，與力氣較小的同學(xué)進(jìn)行拔河比賽.

參考文獻(xiàn)：

[1]許曉穎高中物理教學(xué)中突破難點(diǎn)的策略[J]. 教育科學(xué)：引文版， 2015（24）：00048-00048.