農(nóng)村中學(xué)物理實驗低成本教學(xué)資源拓展的思考

曹小芳，王學(xué)文

（1.湖南科技大學(xué) 教育學(xué)院，湖南 湘潭 411201;2.平江縣維夏中學(xué)，湖南 平江 414506;3.湖南科技大學(xué) 物電學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

1 問題的提出

自2010年大學(xué)畢業(yè)，作為湖南科技大學(xué)第一屆碩師計劃生，在湖南省平江縣農(nóng)村中學(xué)從事了3年初中物理教學(xué)工作。農(nóng)村中學(xué)物理教學(xué)尤其是實驗教學(xué)的狀況令人堪憂。學(xué)校沒有按學(xué)科門類設(shè)立專門的實驗室而是理化生共用幾間實驗室。實驗室簡陋，在實驗資源極度缺乏的偏遠(yuǎn)農(nóng)村，怎樣才能更好地提升農(nóng)村中學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量是值得我們思考的問題。我利用“低成本物理實驗的相關(guān)理論與實踐”，在教學(xué)中進(jìn)行了大膽的嘗試與探索。低成本實驗簡便、低廉、親切、挑戰(zhàn)、創(chuàng)新、易操作的特點，不僅很好的解決了儀器不足問題，也蘊(yùn)含了成本低而技術(shù)不低、內(nèi)涵不低、教育價值不低、智慧不低、影響力不低等獨特的教育意義，拓展教學(xué)資源，成為我在物理教學(xué)中必不可少提高教學(xué)質(zhì)量的“法寶”。低成本物理實驗的教學(xué)與研究，使我們有了更深刻的認(rèn)識與理解。

2 農(nóng)村中學(xué)物理實驗低成本教學(xué)資源的拓展

2.1 發(fā)現(xiàn)材料之美，挖掘?qū)嶒灊摿?/h3>

羅丹說過:“生活中不是缺少美，而是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛?！鄙钪械脑S多材料也是如此，不管是生活用品、廢舊品、玩具，還是植物、人體，仔細(xì)觀察它們的特征和性能，如顏色、氣味、硬度等。它能否代替其他的裝置或器材，它能否應(yīng)用于其它實驗中，它能否設(shè)計出新的實驗方案［1］，從而設(shè)計出更多、更簡單、更有趣、更新穎的實驗，提高材料的利用率和實驗效率。挖掘?qū)嶒灊摿?，展示更多的實驗現(xiàn)象和實驗原理，從根本上解決了農(nóng)村初中實驗儀器短缺、老化等問題。例如銅絲在物理實驗中可以起到固定物體、制作彈簧、導(dǎo)電等作用，但其實一根簡單的銅絲還能夠起到滅火的作用。關(guān)鍵步驟之一是要把銅絲繞成線圈，然后罩在燃燒的蠟燭上時，銅絲燃燒消耗氧氣產(chǎn)生一氧化碳，而且銅的導(dǎo)熱性好，蠟燭的溫度散發(fā)到空氣中，熱量大部分被銅絲帶走，導(dǎo)致蠟燭溫度迅速降低到著火點之下，蠟燭就熄滅了。這個只用到了蠟燭和銅絲的低成本實驗可以在講熱傳遞時作為引入實驗，相信不僅能起到如魔術(shù)般激趣設(shè)疑的作用，更是有聲體現(xiàn)了物理與化學(xué)學(xué)科之間的密切聯(lián)系。

2.2 充實演示實驗，豐富課堂活動

演示實驗作為物理教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)組成部分，它是學(xué)生最集中針對性地獲取物理現(xiàn)象的主要來源［2］。然而課堂上卻出現(xiàn)了實驗完全“照方抓藥”，新瓶裝舊酒，實驗現(xiàn)象不明顯甚至有些實驗無條件取消的現(xiàn)象，極大影響了課堂教學(xué)效率，也挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。低成本實驗的活、鮮、奇、趣讓演示實驗由抽象變?yōu)榫唧w，復(fù)雜變?yōu)楹唵?，不再只是“教師演，學(xué)生看”的模式，豐富了實驗教學(xué)活動。這就要求教師在平時的教學(xué)過程中進(jìn)行實驗的替代、改進(jìn)、創(chuàng)造，再根據(jù)實驗效果選擇出最佳演示實驗。如中學(xué)物理中各種力的方向是經(jīng)常需要考察的，其中重力的方向豎直向下，我們簡單拿一根線綁著一個重物自然放下改變地點即可演示，而浮力的方向在初中物理教材上沒有實驗進(jìn)行直觀演示，只是停留在畫圖口頭描述，其中學(xué)生就缺少了吸收消化的過渡階段，在以后的判斷中也經(jīng)常出錯。類比重力，這時不妨設(shè)計一個簡單的低成本實驗，拿一根軟線一端固定在乒乓球上，另一端固定在杯子的底部，再往杯中加滿水，分別讓杯子豎直、不同角度傾斜放置，都很明顯的觀察到軟線始終是豎直的，即浮力方向是豎直向上的。眼見為實讓演示實驗漸漸發(fā)展為師生實驗或?qū)W生實驗，低成本實驗為演示實驗形式的多元化提供了可能，演示流體壓強(qiáng)時，可利用紙制作機(jī)翼模型;講驗電器時，展示自制的香煙鋁箔簡易模型;提到摩擦力，玩一個“書拉書”的游戲;形象展示靜電，兩只氣球和一些紙屑或易拉罐就可讓學(xué)生激動不已……讓學(xué)生在構(gòu)建知識的同時，在游戲中找到學(xué)習(xí)的樂趣。

2.3 聯(lián)系生活物品，巧攻教學(xué)難點

在中學(xué)物理教學(xué)中，涉及了許多的物理概念和規(guī)律，如壓強(qiáng)、功率、比熱容等，大部分都比較抽象，很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。究其主要原因是學(xué)生正處于經(jīng)驗型的感性認(rèn)識階段，必須要經(jīng)過具體形象生動的物理現(xiàn)象，從而進(jìn)行分析、類比、綜合、歸納等一系列的思維過程，才能擺脫那些片面性、表面性的判斷，真正了解概念和規(guī)律的內(nèi)涵和外延。低成本實驗器材的“生活化”無疑讓物理概念和學(xué)生之間的距離越來越近，在實驗設(shè)計方法積累法、轉(zhuǎn)換法、控制法、平衡法、比較法、放大法、留跡法的思想下，對于一些難點概念規(guī)律教學(xué)更起到了一兩撥千金的作用。如磁生電是電磁學(xué)中非常重要的規(guī)律之一，也是教學(xué)難點之一，結(jié)合轉(zhuǎn)換法進(jìn)行設(shè)計，使難點變得生動有趣。將較長空心銅管豎直放置，將超強(qiáng)圓形磁鐵吸在一起，并在銅管上方松手，發(fā)現(xiàn)磁鐵沒有馬上從銅管中掉落下來，而是經(jīng)過一段時間，這與學(xué)生腦海中已經(jīng)形成的物體因重力會做自由落體運動而沖突形成矛盾，之后提出疑問，主動聯(lián)想，更容易理解磁鐵和顏色銅管之間的相互作用，想讓現(xiàn)象更具吸引力，可以在較長空心銅管上面綁上不同顏色的發(fā)光二極管，當(dāng)磁鐵落到哪里時，對應(yīng)的二極管就會發(fā)光。讓物體有顏色和發(fā)光是物理實驗中一個關(guān)鍵的步驟，只要敢想敢做，低成本實驗將逐漸實現(xiàn)把物理難點變?yōu)槿c。

2.4 結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，展示細(xì)節(jié)魅力

當(dāng)?shù)统杀緦嶒炗龅浆F(xiàn)代技術(shù)，兩者的結(jié)合相輔相成，實現(xiàn)繼承與創(chuàng)新，充分發(fā)揮各自的教學(xué)功能，極大地擴(kuò)展了物理實驗探究領(lǐng)域，增強(qiáng)了課堂的教學(xué)效果?，F(xiàn)代技術(shù)可以幫助把那些稍縱即逝的實驗“放慢”，可以把細(xì)節(jié)“放大”。如將計算機(jī)引入實驗室，逐步實現(xiàn)實驗數(shù)字化，更有利于搜集實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果。借助多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，可以使物理低成本實驗更加具體、直觀的呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生反復(fù)觀察，提高實驗的興趣［3］，從而更好地探究那些以前不好探究或存在危險的電、熱等領(lǐng)域。短路是初中物理電學(xué)中常見的故障之一，短路現(xiàn)象會出現(xiàn)火花甚至爆炸的隱性安全危險，教師怕做，導(dǎo)致實驗根本沒有出現(xiàn)在學(xué)生視野中。學(xué)生了解了短路的形成和危害，但是卻沒有對其深刻理解，不能形象把握它的危害程度。這時教師可以利用理想變壓器、開關(guān)、較粗銅絲、導(dǎo)線設(shè)計出短路實驗，考慮不安全因素對學(xué)生心理造成的風(fēng)險，用相機(jī)拍攝下過程，并利用多媒體進(jìn)行演示，這比口頭說說所形成的記憶和產(chǎn)生的教學(xué)效果更加有效。

2.5 構(gòu)建實驗情境，拓展解題方法

物理實驗是構(gòu)建物理情景的重要途徑之一，低成本實驗的“感染力”讓情景展現(xiàn)更生動，從而促進(jìn)學(xué)生在解題思想上由“死記硬背、亂套公式解出物理題”的誤區(qū)到“構(gòu)建物理情景使習(xí)題解答水到渠成”的轉(zhuǎn)變，讓物理習(xí)題回歸生活又高于生活。如有這樣一道力學(xué)題:天花板下掛一電風(fēng)扇，當(dāng)其轉(zhuǎn)動時，天花板對電風(fēng)扇的拉力電扇的重力（等于、小于或大于）［4］。乍一看，學(xué)生無從下手，絕大多數(shù)學(xué)生很難實現(xiàn)知識的遷移，這時不妨引導(dǎo)學(xué)生拿起身邊的儀器構(gòu)建情境，取一微型風(fēng)扇，先用繩子連接彈簧測力計和風(fēng)扇，這時的示數(shù)即風(fēng)扇的重力，再把整體懸掛起來，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，觀察彈簧測力計示數(shù)變化，如果示數(shù)變小即拉力小于重力，示數(shù)變大即拉力大于重力。這里面主要涉及到電風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生了一個向上的升力和相互作用力，如果嫌彈簧測力計不夠簡易，可以用橡皮筋代替，觀察其伸縮同樣很方便的得到結(jié)論。凸透鏡成像是初中階段光學(xué)中最為重要的實驗，如有這樣的一道題:一物體經(jīng)過凸透鏡能在光屏上產(chǎn)生一個像，現(xiàn)在遮掉透鏡上部時，像的形狀 （不變、變小或變大），像的亮度（不變、變暗或變亮）。大部分的學(xué)生想當(dāng)然的認(rèn)為像的形狀肯定變小，因為凸透鏡都不完整了。其實只要在凸透鏡成像實驗的基礎(chǔ)上把凸透鏡加以改造，光屏上的成像一目了然，形狀不變，但亮度變暗，教師再進(jìn)行理論分析，得心應(yīng)手。這些看似舉手之勞在給基礎(chǔ)較差的學(xué)生起到了“緩沖”作用的同時，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)更有興趣、有意義的真實感情境，拓寬了學(xué)生的解題思路，提高了他們的變通能力。

2.6 開展課外實驗，激發(fā)創(chuàng)造靈感

課外實驗是課堂教學(xué)的有效延伸，只有學(xué)生親自思考動手做過，才不會忘記。低成本實驗有著“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念體現(xiàn)［5］，它為課外實驗的開展驗證著“用最平常的儀器作出最好的成果才算真本事”，充分發(fā)揮著學(xué)生的主觀能動性，以達(dá)到手、眼、耳、腦等各種感覺器官的積極配合。新課標(biāo)科教版教材課后就有欄目家庭實驗室，旨在促進(jìn)學(xué)生的課外活動。低成本實驗材料的易得促進(jìn)了課后家里成為學(xué)生動手實踐的第二課堂，教師結(jié)合教材和學(xué)生情況，篩選出具有實驗研究價值和適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的活動，并制定出一系列活動開展的計劃。全體師生、生生參與，共同討論、測量、制作、完成，再把成果展示出來，如水火箭的集體發(fā)射活動、肥皂泡的比賽活動，開拓了學(xué)生的思維。在講物態(tài)變化時，設(shè)計一個燃燒的蠟燭在水中幾次起死回生的低成本實驗，在講感應(yīng)電流產(chǎn)生條件時，來一場切割地磁場磁力線的跳繩游戲……這些何嘗不是孩子們在興趣上的返璞歸真，更是教師借助低成本實驗在物理教學(xué)上激發(fā)創(chuàng)造力的探索。

3 開展低成本物理實驗研究的啟示

3.1 走出低成本物理實驗的認(rèn)識誤區(qū)

低成本物理實驗在物理教學(xué)中的功能遠(yuǎn)比我們想象的強(qiáng)大，在積極開展的過程中，我們一定要走出低成本物理實驗認(rèn)識上的誤區(qū)。低成本物理實驗不僅是實驗器材的簡單替代，更是實驗裝置的簡化，實驗現(xiàn)象的明了;低成本物理實驗成本雖低，運用的智慧不低，具有的內(nèi)涵不低，教育價值不低;低成本實驗不只適合落后的農(nóng)村，各地各校都應(yīng)積極響應(yīng);低成本實驗也不僅僅解決了物質(zhì)上的不足，更是在精神層面上得到提高;低成本實驗開發(fā)的主體不應(yīng)只是教師，學(xué)生將成為開發(fā)的主力軍和開展的推廣人;所以低成本物理實驗不是一時的被動應(yīng)急措施，而應(yīng)該是我們長期主動堅持的事業(yè)。低成本物理實驗也是國際物理教育界所倡導(dǎo)的一種物理教學(xué)行為。

3.2 緊緊抓住低成本物理實驗的最基本特征

（1）材料易得，實施便利。學(xué)生生活空間即“物理實驗室”‘生活中的一切材料、物品都是我們開展物理實驗、探究和認(rèn)識其物理本質(zhì)的重要課程資源。（2）貼近生活，親近感強(qiáng)。使學(xué)生感到物理學(xué)親近、真實、可靠，并切身體會到物理與生活、物理與技術(shù)、物理與社會之間的密切關(guān)系，從而感受到學(xué)習(xí)物理就是從本質(zhì)上探究和認(rèn)識自然世界。（3）物具它用，體現(xiàn)自創(chuàng)。在實驗中借用“非實驗物品”開展的實驗教學(xué)活動，常?！耙痪叨嘤谩薄Ｒ虼?，借用生活材料物品開展內(nèi)容豐富、形式多樣的實驗教學(xué)，可以使實驗更具創(chuàng)造性，對學(xué)生具有很強(qiáng)的啟迪作用。（4）結(jié)構(gòu)簡單，體驗性強(qiáng)。低成本物理實驗所用材料容易獲得，為學(xué)生課后的親身體驗提供更多的可能性。由于實驗方案、原理、結(jié)構(gòu)一般都比較簡單，實驗裝置易制易修，不怕學(xué)生弄壞。因此教師不必?fù)?dān)心儀器損壞，學(xué)生在操作時也不會擔(dān)心弄壞實驗器材而有心理負(fù)擔(dān)，在輕松、自由的實驗過程中獲得直接經(jīng)驗和深切感受。

3.3 充分發(fā)揮教師主觀能動性

在農(nóng)村中學(xué)物理實驗教學(xué)中，實驗資源的缺乏、不足，甚至空白，教師無奈地消極對待，被動地等、靠、要，遠(yuǎn)水難解近渴，而解決這一問題的捷徑就是發(fā)揮教師的主觀能動性。低成本實驗雖然較早提出，但卻普及不高，相關(guān)部門應(yīng)積極對教師進(jìn)行有關(guān)低成本實驗的培訓(xùn)，真正了解其在物理教學(xué)中無可替代的實驗功效。我們相信在內(nèi)驅(qū)力的作用下，依靠教師的智慧，因陋就簡，積極開發(fā)低成本實驗，能滿足新課程教學(xué)的急切需求。

總之，在實驗條件極為落后的農(nóng)村中學(xué)，要想改變現(xiàn)有的實驗狀況，提高教師的教學(xué)素養(yǎng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓素質(zhì)教育開始在農(nóng)村生根，低成本實驗的開展無疑是一條非常有效的途徑。

［1］閆金鐸，陶洪.物理實驗論［M］.南寧:廣西教育出版社，2007.

［2］李桂福，段金梅，霍立林.中學(xué)物理教學(xué)法實驗［M］.北京:北京師范大學(xué)出版社，1991.

［3］候敬霞.關(guān)于農(nóng)村物理實驗教學(xué)的探討［J］.教學(xué)研究，2012（10）:31.

［4］趙力紅.低成本 高智慧 深探究［J］.教學(xué)儀器與實驗，2006（6）:9－13.

［5］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）［M］.北京:人民教育出版社，2003.

（責(zé)任校對 龍四清）