扎根于生活的“低成本”物理實(shí)驗(yàn)

馬 輝

(江蘇省豐縣中學(xué) 221700)

“低成本物理實(shí)驗(yàn)”(Low﹣cost Physics Experiments)一詞是當(dāng)前國際物理教育界所倡導(dǎo)的一種物理教學(xué)工作行為概念.其內(nèi)涵有兩點(diǎn)：一是通過利用這種生活中常見的廉價材料開展中學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)，解決器材短缺問題；二是通過利用生活材料、物品或器具、科技玩具、高新材料組合和高新產(chǎn)品的移植做物理實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實(shí)踐能力.目前，我國教育者們也在積極探索低成本物理實(shí)驗(yàn)，并在這方面積累了豐碩的研究成果，低成本物理實(shí)驗(yàn)的核心理論已基本確立，在理論指導(dǎo)下實(shí)驗(yàn)開發(fā)探索也有一定的進(jìn)展，但目前的實(shí)踐成果仍不能完全滿足高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求.故需要利用日常小物品、小玩具、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材、常見的電子元件或產(chǎn)品等物品進(jìn)一步開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)以滿足物理教學(xué).

一、利用一些日常小物品

利用學(xué)生所熟知的一些日常小物品，通過簡單的組合或加工，變身為物理實(shí)驗(yàn)器材，來簡單、清晰明了地展示一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.學(xué)生更感親切自然、真實(shí)可信，更能容易感知物理與日常生活的緊密相關(guān).這種方式開發(fā)出的符合教學(xué)實(shí)際的低成本物理實(shí)驗(yàn)，可以極大地激發(fā)學(xué)生對物理的興趣，開發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新實(shí)踐能力.

實(shí)例1 慣性小實(shí)驗(yàn)

在講解物體的慣性大小與什么因素有關(guān)時，可采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)：用兩個一樣的乒乓球，一個是空心的，另一個打個小洞裝入細(xì)沙，再分別用兩個等長的細(xì)繩懸掛起來，使表面看上去二者沒有什么區(qū)別.

讓弱小的女生吹空心的，肺活量大的男生吹裝細(xì)沙的，演示結(jié)果會出乎學(xué)生的心理預(yù)料，小女生吹得老高，大男生卻幾乎吹不動，學(xué)生會哄堂大笑.繼而引發(fā)學(xué)生思考：為什么會這樣呢?再兜出老底，決定慣性大小的因素就呼之欲出了.

二、利用一些生活中常見小玩具

生活中小玩具大多是根據(jù)科學(xué)原理設(shè)計的，它很多都利用了物理原理，符合科學(xué)規(guī)律，玩具所展現(xiàn)奇妙的現(xiàn)象、華美的外觀能瞬間吸引學(xué)生的目光，使學(xué)生在好奇中愉快地學(xué)習(xí).這時，如果物理教師能及時利用科教玩具開展課堂活動，利用實(shí)驗(yàn)所具有的趣味性強(qiáng)的特點(diǎn)，展示其抽象的物理原理，將能夠充分調(diào)動學(xué)生的興趣，活躍課堂氣氛，在寓教于樂中學(xué)習(xí)到科學(xué)原理.

實(shí)例2 主動輪的摩擦力

摩擦力是車輛前進(jìn)的動力，學(xué)生往往難以理解.為此，我們可以利用玩具小車演示來加以說明.如圖2所示，有遙控玩具車、泡沫板、六支鉛筆等器材.將鉛筆間隔均勻地放于水平面上，泡沫板放在鉛筆上面，遙控玩具車放在泡沫板(或硬紙板)上.用遙控器控制玩具車的運(yùn)動方向，當(dāng)操作玩具車向右運(yùn)動時，就可看到車輪下的泡沫板在向左后退，實(shí)驗(yàn)展示效果非常清晰.新奇的實(shí)驗(yàn)調(diào)動了學(xué)生的好奇心，然后引導(dǎo)學(xué)生分析泡沫板的受力，再利用牛頓第三定律推斷車輪的受力，可知摩擦力是動力，學(xué)生很容易接受.

三、利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的一些簡單器材

即便是偏遠(yuǎn)的一些學(xué)校也會有一些基本的實(shí)驗(yàn)器材，如木板、小車、打點(diǎn)計時器、磁鐵、線圈、音叉、彈簧秤等，開發(fā)利用好這些基本的實(shí)驗(yàn)器材，還能夠進(jìn)行很多比較簡單的物理實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造出直觀高效的物理實(shí)驗(yàn)，還能夠充分體現(xiàn)當(dāng)前從生活走向物理新的課程理念.

實(shí)例3 振動發(fā)聲

手摸聲帶，當(dāng)自己講話時，可感知聲帶是振動的.其他發(fā)聲的物體是不是也是這樣的呢？如圖3所示，我們可以利用音叉和乒乓球做個實(shí)驗(yàn).用細(xì)線一端與乒乓球連接，用橡皮錘敲擊音叉使之發(fā)聲，手提細(xì)線將乒乓球慢慢靠近音叉，可以清楚看到乒乓球會被音叉彈回，說明音叉在振動.實(shí)驗(yàn)簡單，效果明顯，遠(yuǎn)比口頭干講效果好的多.

實(shí)例4 電磁感應(yīng)演示

在以前學(xué)習(xí)楞次定律時，一般情況下是用靈敏電流計來做實(shí)驗(yàn)，通過指針偏轉(zhuǎn)的方向來判斷感應(yīng)電流的方向.實(shí)驗(yàn)時往往是指針一會向左一會向右偏轉(zhuǎn)，容易把學(xué)生搞得暈頭轉(zhuǎn)向，弄不清感應(yīng)電流的方向到底與哪些因素有關(guān).

為使現(xiàn)象簡單明了、一目了然，我們可對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，如圖4所示，先將電流表拿掉，調(diào)換成兩個反向并聯(lián)的紅、綠發(fā)光二極管，然后再用磁鐵從一端插入和抽出，這時紅、綠發(fā)光二極管就會先紅后綠持續(xù)發(fā)光，看到這種現(xiàn)象學(xué)生就能很容易判斷出磁鐵的插入方式的變化，造成電流表指針轉(zhuǎn)向的改變，從二極管的發(fā)光情況就能直接觀察到感應(yīng)電流的方向，這樣在得出楞次定律的結(jié)論時，學(xué)生就易于掌握了.此改進(jìn)既凸顯了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，真正做到低成本、大價值.

四、利用一些常見的電子元件或產(chǎn)品

隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，近年來各種新材料、新技術(shù)廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)生活實(shí)踐，如智能手機(jī)、聲光控電源開關(guān)、視聽光盤遙控器、發(fā)光二極管、感應(yīng)門、安全帶傳感器、鏡片渡膜、超導(dǎo)材料等，無論是教師還是學(xué)生都可以很方便地獲得這些寶貴的課程資源.只要將這些材料和技術(shù)經(jīng)過簡單改造與重組就可以在物理教學(xué)中演示和探究許多物理現(xiàn)象.

實(shí)例5 演示聲波、電磁波的傳播

為了比較電磁波和機(jī)械波的區(qū)別，以前都是口頭描述，現(xiàn)在為了達(dá)到更有直觀性,就可以利用低成本簡單的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比.首先將兒童用的電話手表放進(jìn)塑料袋,接著用一細(xì)長線系好密封，再把塑料袋緩慢浸入水槽里面，按圖5所示，再用外面的另一手機(jī)撥號袋子里面的手機(jī)號, 水中袋子的電話手表就會開始振鈴.參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生會發(fā)現(xiàn)手表屏幕的閃光，還會聽到袋子中電話手表的響鈴.實(shí)驗(yàn)非常直觀地告訴同學(xué)們，電磁波能夠在液體中傳播，也表明聲波也能夠在液體中傳播；接著進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)，再將兒童電話手表放入透明的玻璃容器，然后抽空容器內(nèi)空氣，如圖6所示，這時，步驟如上再撥打容器里的電話手表，鈴聲無法傳出，聽不到手表的任何聲音可是能夠看到手表在閃光，這就很好說明電磁波可以在真空中傳播，而聲波不能在真空中傳播.這種方式的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生感到生活很常見，貼近學(xué)生生活，會讓學(xué)生馬上體會到科學(xué)的真實(shí)性，縮短了生活與抽象的物理概念的距離.

學(xué)科知識是構(gòu)成學(xué)科素養(yǎng)的載體，而實(shí)驗(yàn)活動是形成能力的重要手段，只有學(xué)生親自實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)中領(lǐng)會，在生活中學(xué)習(xí)，才能提升學(xué)科素養(yǎng).只要做個生活中的有心人，就會發(fā)現(xiàn)身邊可以用來做實(shí)驗(yàn)的物品比比皆是.“壇壇罐罐作儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”，在教學(xué)中，從來就不缺少實(shí)驗(yàn)的資源，只要我們能夠充分利用自己的慧眼在生活中去發(fā)現(xiàn)，用來做實(shí)驗(yàn)的器材可以說俯拾皆是.這些來自生活的實(shí)驗(yàn)材料，很常見也容易得到.利用它們設(shè)計物理實(shí)驗(yàn)，通俗生動，活潑有趣，展示效果清晰.可以使學(xué)生對物理現(xiàn)象獲得具體生動的感性認(rèn)識，加深對科學(xué)概念和規(guī)律的理解，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力和思考能力，也會使學(xué)生深刻認(rèn)識到物理來源于生活，生活處處有物理，這可以培養(yǎng)他們的發(fā)現(xiàn)探究精神，從重知識重現(xiàn)到重知識的重演，實(shí)驗(yàn)活動的確是學(xué)生形成學(xué)科素養(yǎng)的重要渠道，如此學(xué)生的物理核心素養(yǎng)就會得以有效提升.