巧用低成本實(shí)驗(yàn) 助力物理教學(xué)

周圣峰

摘 要：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科重要組成部分，目的在于讓學(xué)生高效理解和記憶所學(xué)物理原理、現(xiàn)象等知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高物理綜合能力?？v觀以往高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，受實(shí)驗(yàn)工具和教學(xué)條件等各種因素影響，以至于無法高效開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，難以滿足學(xué)生日益增長的學(xué)習(xí)興趣，影響物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。低成本物理實(shí)驗(yàn)以材料簡(jiǎn)便、制作有趣等特征受到學(xué)生歡迎，更有效調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究物理知識(shí)積極性和主動(dòng)性，拓寬學(xué)生思維深度，深化對(duì)所學(xué)物理知識(shí)理解，增強(qiáng)動(dòng)手操作能力，提高物理教學(xué)效率。對(duì)此，本文則從多方面分析在物理教學(xué)應(yīng)用低成本實(shí)驗(yàn)策略，望給予教師教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理;低成本實(shí)驗(yàn);教學(xué)策略

近年來，全面實(shí)施的新課程改革成為教育領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，各個(gè)學(xué)科也發(fā)生較大變化。尤其物理作為高中教育重要組成，該學(xué)科知識(shí)容量和難度和初中階段均有所增大，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)問題。物理教師在教學(xué)中會(huì)借助實(shí)驗(yàn)方式為學(xué)生呈現(xiàn)知識(shí)，并讓學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)。但物理實(shí)驗(yàn)受教學(xué)條件和其他因素限制，難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用，再加上部分實(shí)驗(yàn)方法較為困難復(fù)雜，學(xué)生在動(dòng)手操作時(shí)頻繁出現(xiàn)失誤，甚至引發(fā)安全事故。低成本實(shí)驗(yàn)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的和操作方式簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)獲得學(xué)生歡迎，更能有效維持持續(xù)探究物理知識(shí)興趣，提高物理教學(xué)質(zhì)量。

一、低成本物理實(shí)驗(yàn)教育功能

縱觀高中物理教學(xué)現(xiàn)狀，學(xué)生普遍存在的問題即對(duì)物理學(xué)科產(chǎn)生厭煩情緒，雖然目前高中已不劃分文理科，但依舊有很多學(xué)生發(fā)自內(nèi)心不喜歡物理學(xué)科，究其原因多和教師采取的教學(xué)方式單一，學(xué)生無法高效理解、掌握、應(yīng)用知識(shí)分析和解決實(shí)際問題，進(jìn)而產(chǎn)生厭煩情緒。通常知識(shí)理解包括最初的理解，再從理解過渡至鞏固，最后從鞏固延伸至應(yīng)用。高中物理教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入低成本實(shí)驗(yàn)?zāi)茌^好地幫助學(xué)生理解和記憶知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。

（一）深化知識(shí)理解

大部分高中生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下現(xiàn)象，即背誦記憶大量概念、公式、定律，但在解題時(shí)依舊陷入迷茫，說明學(xué)生并未理解物理知識(shí)。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)用連貫性語言為學(xué)生灌輸大量知識(shí)，學(xué)生因灌輸式教學(xué)對(duì)物理知識(shí)產(chǎn)生厭煩和抗拒情緒。再加上物理學(xué)科有很多公式、定律、定理、概念知識(shí)，教師會(huì)解釋上述定理與定義來源、證明過程、使用條件，然而依舊有很多學(xué)生認(rèn)為證明過程與自身無關(guān)。說明師生處于兩個(gè)世界當(dāng)中，其中學(xué)生在現(xiàn)實(shí)世界中，教師則在物理抽象邏輯世界當(dāng)中，教師認(rèn)為理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑樵诂F(xiàn)實(shí)生活世界中會(huì)顯得較為僵硬，當(dāng)兩個(gè)世界無法產(chǎn)生交集點(diǎn)，自然失去溝通。事實(shí)上，物理抽象世界與現(xiàn)實(shí)生活有著緊密聯(lián)系，物理來源于生活各個(gè)領(lǐng)域并服務(wù)于生活，而現(xiàn)實(shí)生活也有很多物理知識(shí)，研究世界上大至宇宙、地球，小至微觀世界中的一顆基本粒子等物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。換言之，當(dāng)前物理教師在教學(xué)中只從抽象角度加以解釋，并未引領(lǐng)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)世界走入抽象世界，所以教師應(yīng)將物理回歸現(xiàn)實(shí)生活，讓物理知識(shí)成為現(xiàn)實(shí)物質(zhì)中知識(shí)，由此一來學(xué)生才能高效理解和記憶物理知識(shí)，低成本物理實(shí)驗(yàn)就能達(dá)到這一教學(xué)目標(biāo)，縮短抽象物理知識(shí)與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)間差距，提高物理教學(xué)效率。

（二）強(qiáng)化知識(shí)遷移

學(xué)習(xí)屬于不斷持續(xù)和內(nèi)化的過程，當(dāng)學(xué)生理解和掌握部分知識(shí)時(shí)就會(huì)形成相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)體系，有利于后續(xù)學(xué)習(xí)。大部分學(xué)生在此過程中會(huì)受舊知影響，也稱之為學(xué)習(xí)與知識(shí)遷移。教師應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生將舊知對(duì)所學(xué)新知產(chǎn)生正面遷移，從遷移理論發(fā)展歷程得知，學(xué)生認(rèn)知遷移與真實(shí)、復(fù)雜教學(xué)環(huán)境有著緊密聯(lián)系，需要在此過程中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，并建立在對(duì)實(shí)踐、體驗(yàn)、探究等各種教學(xué)活動(dòng)理解之上，換言之認(rèn)知遷移需遵循主體能動(dòng)性、復(fù)雜真實(shí)、理解概括三大原則。低成本趣味實(shí)驗(yàn)符合上述三大遷移原則，因?yàn)榈统杀緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容緊貼學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，實(shí)驗(yàn)材料自然而然從現(xiàn)實(shí)生活中選取，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分有趣且新奇，甚至與學(xué)生已存儲(chǔ)的知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)形成較大的對(duì)比反差。與此同時(shí)，低成本物理實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生營造集深入思考和趣味性于一體的學(xué)習(xí)情境，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粫?huì)局限于課堂教學(xué)，會(huì)朝著課外延伸，體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的自主、探究、合作等學(xué)習(xí)要求，并有效調(diào)動(dòng)學(xué)生參與物理學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。學(xué)生在低成本物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生深刻印象，簡(jiǎn)化理解知識(shí)難度的同時(shí)不斷強(qiáng)化概括、理解能力。

二、在物理教學(xué)應(yīng)用低成本實(shí)驗(yàn)策略

（一）觀察“失重現(xiàn)象”

高中物理失重教學(xué)多運(yùn)用看圖講述理論知識(shí)方式，為了促使學(xué)生深刻理解失重現(xiàn)象和知識(shí)，物理教師可運(yùn)用水與廢棄礦泉水瓶開展演示實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用大頭針在一個(gè)廢棄礦泉水瓶底部扎兩個(gè)小孔，隨即拿出一根細(xì)線緊密拴住廢氣礦泉水瓶口，通過觀察發(fā)現(xiàn)，裝有水的廢氣礦泉水瓶且處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，水流會(huì)從礦泉水底部扎開的兩個(gè)小孔流出，釋放礦泉水瓶讓其自由下落會(huì)發(fā)現(xiàn)會(huì)并不會(huì)從小孔中流出，說明水的失重現(xiàn)象。物理教師依舊先讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，隨即為其講解實(shí)驗(yàn)原理，即當(dāng)?shù)V泉水瓶處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，瓶中的水會(huì)對(duì)瓶壁形成壓力，瓶子底部小孔內(nèi)外部壓強(qiáng)不均，因而水從瓶子底部小孔流出。礦泉水瓶和瓶內(nèi)的水會(huì)在自由下落狀態(tài)時(shí)受重力作用影響，對(duì)下落速度造成影響，說明礦泉水瓶與水處于失重狀態(tài)，水未對(duì)瓶壁形成壓力，更沒有出現(xiàn)水層間相互擠壓力情況。瓶底小孔內(nèi)外壓強(qiáng)為典型的大氣壓強(qiáng)，所以礦泉水瓶中的水未從小孔中流出。上述實(shí)驗(yàn)直觀形象且制作簡(jiǎn)單，更有較強(qiáng)的趣味性，但唯一不足的是，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間短暫，教師可讓學(xué)生反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生深刻印象。同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生潛在學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生從“要我學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)為“我要學(xué)習(xí)”，充分體現(xiàn)學(xué)生主體作用，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)提出要求，更能強(qiáng)化學(xué)生思維與觀察能力。高中物理教師在教學(xué)過程中如果單純講解理論知識(shí)則難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用低成本礦泉水瓶實(shí)驗(yàn)?zāi)苁怪R(shí)內(nèi)容更為生動(dòng)有趣。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，教師在教學(xué)時(shí)可直接為學(xué)生演示，使學(xué)生始終處于“受刺激”狀態(tài)，并深入思考物理教師提出問題：“為何在下落中，水不會(huì)從礦泉水瓶下的兩個(gè)小孔中流出？”再指引學(xué)生分析整個(gè)體系，嘗試動(dòng)手操作，提高物理教學(xué)效率。

（二）驗(yàn)證“慣性大小與質(zhì)量關(guān)系”

牛頓第一定律重難點(diǎn)知識(shí)為探究慣性大小與哪種因素有著聯(lián)系，相關(guān)實(shí)驗(yàn)觀察和研究證實(shí)描述慣性物理量為質(zhì)量。本文在開展低成本實(shí)驗(yàn)時(shí)選取礦泉水瓶、水、小車等作為探究分析慣性與質(zhì)量、大小間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)素材，在小車上固定放置裝滿水的礦泉水瓶，通過觀察發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶中有一個(gè)氣泡，輕輕推動(dòng)小車發(fā)現(xiàn)瓶中的氣泡也會(huì)向前運(yùn)動(dòng)。物理教師引導(dǎo)學(xué)生觀察上述實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行解釋，即整個(gè)體系處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)操作者輕輕推動(dòng)小車，瓶子中的水在推動(dòng)小車的一瞬間就會(huì)向后運(yùn)動(dòng)，目的在于保持靜止?fàn)顟B(tài)，通過觀察這一瞬間發(fā)現(xiàn)小氣泡相對(duì)于瓶子也呈現(xiàn)向前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，說明水存在較大的慣性，氣泡慣性較小，因而歸納總結(jié)道：物體質(zhì)量越小，抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變本領(lǐng)越大，換言之，慣性越小。上述實(shí)驗(yàn)材料基本都來自現(xiàn)實(shí)生活，說明物理實(shí)驗(yàn)?zāi)苤苯臃从巢糠稚瞵F(xiàn)象，二者有著緊密聯(lián)系，基于此維持學(xué)生探究物理知識(shí)興趣。與此同時(shí)，上述物理實(shí)驗(yàn)只需直接觀察就能發(fā)現(xiàn)規(guī)律和得出結(jié)論，在課堂內(nèi)就能完成，體現(xiàn)低成本物理實(shí)驗(yàn)直觀性與便捷性優(yōu)勢(shì)，最重要此類隨堂小實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生探究物理知識(shí)興趣，活躍課堂氛圍，提高教學(xué)效率。

（三）體驗(yàn)“微小形變實(shí)驗(yàn)”

微小形變實(shí)驗(yàn)在彈力教學(xué)中屬于重難點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容，其中物理教材為學(xué)生呈現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)為運(yùn)用光學(xué)放大法研究微小形變，本文研究在制作低成本實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)用扁形玻璃瓶，激發(fā)高中生潛在好奇心。該實(shí)驗(yàn)步驟為，在一個(gè)裝有紅墨水扁形玻璃瓶插入一個(gè)細(xì)玻璃瓶管，之后用力擠壓玻璃瓶，通過觀察發(fā)現(xiàn)玻璃管中的液體處于隨上隨下波動(dòng)狀態(tài)，借此判斷瓶中物體是否出現(xiàn)形變。該實(shí)驗(yàn)中的扁形玻璃瓶底部為橢圓型橫截面，未壓縮細(xì)玻璃管時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)管壁中有存有一段液柱，在壓縮中未改變橢圓形周長，但短長軸處于變長與變短現(xiàn)象。通過調(diào)用數(shù)學(xué)橢圓性質(zhì)知識(shí)得知，在此過程中橢圓面積會(huì)逐漸變小，而扁形瓶容積會(huì)在高度保持不變情況下變小，因而細(xì)玻璃管中的液柱會(huì)持續(xù)上升。如果在擠壓細(xì)玻璃管時(shí)朝著長軸方向，那么會(huì)出現(xiàn)長軸變短和短軸變長現(xiàn)象，橢圓面積也會(huì)相應(yīng)變大，增大扁形瓶容積，逐漸降低細(xì)玻璃管中液柱。在上述實(shí)驗(yàn)中只要認(rèn)真觀察細(xì)玻璃管中液柱升降情況就能判斷扁形玻璃管形變情況，直觀呈現(xiàn)微小形變知識(shí)。上述低成本實(shí)驗(yàn)形象生動(dòng)且直觀簡(jiǎn)明，從學(xué)生知識(shí)層次、心理特征、認(rèn)知結(jié)構(gòu)等角度著手，逐層深入，及時(shí)解答學(xué)生提出在實(shí)驗(yàn)中形成的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。微小形變演示是彈力教學(xué)重要組成，目的在于讓學(xué)生了解任何物體在力的作用下均能發(fā)生形變，與此同時(shí)，還可引入現(xiàn)實(shí)生活常見現(xiàn)象-擠牙膏，可將牙膏的橫截面看作橢圓，基本所有學(xué)生均有擠牙膏生活經(jīng)驗(yàn)，在擠的過程中會(huì)擠壓短軸，擠多厚，長軸牙膏就會(huì)自動(dòng)回縮，物理教師可讓學(xué)生在課堂教學(xué)中演示這一現(xiàn)象，深化學(xué)生對(duì)微小形變知識(shí)理解。

結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)不可缺少的組成，教師在全新的教育理念下應(yīng)注重結(jié)合學(xué)生學(xué)情創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，引入低成本實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮W(xué)生深化對(duì)所學(xué)知識(shí)理解和應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力和探究思維能力，改變以往被動(dòng)思考和學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，并基于此打破思維禁錮，促使學(xué)生學(xué)會(huì)基于多元角度分析和解決物理問題，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，對(duì)學(xué)生未來發(fā)展有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳愛國.推廣低成本實(shí)驗(yàn)提質(zhì)高中物理教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（4）：87-88.

[2]周萬里.低成本實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2019（15）：187-188.

[3]湯仁英.低成本實(shí)驗(yàn)在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].家長，2019，000（021）：P.113-114.

[4]林松.中學(xué)物理低成本實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與研究[J].讀天下（綜合），2019，000（021）：1-1.

[5]卞光彩.高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性探究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（教育理論），2020，000（001）：53-54.

[6]李軍桂.新課程標(biāo)準(zhǔn)下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].中國校外教育，2020（7）：68-68.