基于核心素養(yǎng)的低成本高中物理實(shí)驗(yàn)研究

夏昀 田元治

【摘要】核心素養(yǎng)視角下，高中物理教師不僅要提高學(xué)生的物理專業(yè)技能，還需要發(fā)展學(xué)生的物理思維，全面提升學(xué)生的物理學(xué)科綜合素養(yǎng).為此，教師應(yīng)積極開展物理實(shí)驗(yàn)課堂，進(jìn)一步提高學(xué)生應(yīng)用物理知識解決問題的能力.低成本物理實(shí)驗(yàn)是一種較為新穎的物理教學(xué)方式，能夠充分發(fā)揮出物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中物理教學(xué)中的價值.本文從低成本物理實(shí)驗(yàn)的特征入手，探索核心素養(yǎng)視角下，開展低成本高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法.

【關(guān)鍵詞】高中物理；物理實(shí)驗(yàn)

低成本物理實(shí)驗(yàn)不僅可以有效節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)所耗費(fèi)的資源成本，又能夠發(fā)展學(xué)生動手、動腦能力，教師可以鼓勵學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)所需的材料，或讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)低成本實(shí)驗(yàn)方案，均可有效提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果.

1 高中低成本物理實(shí)驗(yàn)概述

低成本物理實(shí)驗(yàn)的特征在于其成本低廉、貼近生活.通常低成本物理實(shí)驗(yàn)會利用生活中較為常見的平價材料替代經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)器材，能夠妥善解決部分高中物理實(shí)驗(yàn)室器材缺乏、無法順利開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題.另外，利用各類生活材料替代原有的物理實(shí)驗(yàn)器材來完成物理實(shí)驗(yàn)，能夠拉近物理課堂與生活之間的聯(lián)系，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識以及實(shí)踐動手能力.低成本的物理實(shí)驗(yàn)材料獲取較為容易、價格低廉，實(shí)驗(yàn)流程簡易、便捷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為直觀，不需要付出過于高昂的價格便可以順利完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以切實(shí)體現(xiàn)出生活化教育的實(shí)際意義，也能夠引導(dǎo)學(xué)生在生活中學(xué)習(xí)物理知識.

2 高中物理低成本教學(xué)優(yōu)勢

2.1 提高課堂靈活性，激發(fā)學(xué)生興趣

低成本物理實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)形式較為靈活，可以滿足不同情況下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，有效提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率.教師可以隨時結(jié)合本課教學(xué)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生開展低成本實(shí)驗(yàn)，收集現(xiàn)有的可用資源完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的高中物理實(shí)驗(yàn)課堂會更具趣味性，也能夠極大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.相較于傳統(tǒng)的物理教學(xué)來看，低成本實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠靈活穿插到物理課堂的各個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的高中物理教學(xué).

例如 以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”為例，在課前導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師可以準(zhǔn)備兩塊相同的強(qiáng)磁鐵，外加一根塑料吸管和一根鋁管，要求塑料吸管與鋁管的長度、粗細(xì)相同、教師可以將塑料吸管與鋁管分別豎直固定于桌面上，再將兩塊相同的強(qiáng)磁鐵在管口處釋放，使其自由落體，這時學(xué)生可以聽到磁鐵落于桌面上的聲音，能輕易計(jì)算出磁鐵在鋁管內(nèi)、塑料吸管內(nèi)的下落速度，很明顯，鋁管內(nèi)部的磁鐵下落速度較慢，通過這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師便可以順勢引發(fā)學(xué)生的思考，簡單有趣的小實(shí)驗(yàn)以及較為直觀的實(shí)踐結(jié)果，能夠幫助教師正式引入本課教學(xué)內(nèi)容，而此類看似簡單的低成本實(shí)驗(yàn)中，也展示出了磁鐵下落時，鋁管內(nèi)部形成了環(huán)形感應(yīng)電流，而電流產(chǎn)生的磁場反作用于磁鐵，影響了磁鐵下落速度這一物理知識.

2.2 發(fā)展創(chuàng)新思維，帶動學(xué)生思考

低成本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材以生活中的常見物品為主，但實(shí)際在實(shí)驗(yàn)過程中，僅靠簡單材料的堆積、組合是無法完成實(shí)驗(yàn)的.故此，教師可以讓學(xué)生思考，如何使用生活常見物品設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)？以此發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科探索思維、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識.學(xué)生在看到生活日常用品時，可以回憶物理知識，并充分發(fā)揮個人的想象力及創(chuàng)造力，對此類生活用品進(jìn)行改裝，將其變成可用于實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)器材.如此設(shè)計(jì)的低成本物理實(shí)驗(yàn)，不僅可以帶動學(xué)生的思維意識發(fā)展，還為學(xué)生準(zhǔn)備了開放性的實(shí)踐平臺，給學(xué)生提供了更多實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，學(xué)生更容易沉浸在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，并會積極在實(shí)驗(yàn)中使用物理知識，可以穩(wěn)定提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng).在此過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生自主設(shè)計(jì)各類低成本物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)物理知識探索、物理知識驗(yàn)證的過程，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)發(fā)展觀念，也讓學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律產(chǎn)生更為深刻的認(rèn)知，對提高學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)極有幫助.

2.3 開展課堂實(shí)踐，鼓勵親自動手

低成本物理實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)器材等影響，可以巧妙地規(guī)避各類高風(fēng)險的實(shí)驗(yàn)過程，能夠避免學(xué)生接觸各類危險、毒害物品，具有較高的安全性.所以，在高中物理教學(xué)時積極開展低成本實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)安全性，可以更放心地讓學(xué)生動手操作，能夠讓學(xué)生直接參與到物理實(shí)驗(yàn)中，并親自動手完成實(shí)驗(yàn).這一過程不僅提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，也提高了學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中的體驗(yàn)感、參與感，學(xué)生對親自動手完成的實(shí)驗(yàn)印象會更加深刻，能夠讓學(xué)生更加直觀、更加生動地體會物理知識以及物理規(guī)律，可以提升學(xué)生的物理知識內(nèi)化能力，讓學(xué)生改變對物理學(xué)科的刻板印象，意識到物理實(shí)驗(yàn)的樂趣，緩解學(xué)生面對較難知識點(diǎn)時的緊張與畏難心理，還豐富了高中物理課堂的表現(xiàn)力，讓學(xué)生積極面對物理，愛上物理.

2.4 培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)，促進(jìn)全面發(fā)展

在高中物理課堂中，積極開創(chuàng)低成本實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，切實(shí)從立德樹人的教育目標(biāo)角度出發(fā)，改變原有的物理課堂結(jié)構(gòu).低成本物理實(shí)驗(yàn)是當(dāng)今高中物理教學(xué)中的必要補(bǔ)充手段，其直觀性及趣味性特征極強(qiáng)，可以幫助學(xué)生了解物理規(guī)律、明確物理概念、掌握物理知識，并在實(shí)驗(yàn)過程中，開發(fā)學(xué)生積極動手、動腦的探究意識，對培養(yǎng)學(xué)生核心科學(xué)觀念極有幫助.在低成本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的興趣會被大大激發(fā)，學(xué)生的探究意識也會日漸增長，能夠讓學(xué)生在循序漸進(jìn)的物理課堂中，逐漸理解物理概念，促進(jìn)學(xué)生的潛能發(fā)展，有效突破理論知識教學(xué)中的難點(diǎn)問題，學(xué)生可以在有趣的實(shí)驗(yàn)過程中，漸漸掌握物理知識的核心內(nèi)容.

另外，低成本物理實(shí)驗(yàn)取材大多來源于生活，學(xué)生在學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)的過程中，能感受到物理知識與生活的關(guān)聯(lián)，可以讓學(xué)生意識到物理科學(xué)對社會發(fā)展的積極推進(jìn)作用，以此讓學(xué)生明確物理學(xué)科在社會上的價值，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

3 高中物理課堂開展低成本實(shí)驗(yàn)的方式

3.1 利用材料替代法

材料替代法下的低成本物理實(shí)驗(yàn)，會使用一些生活中較為常見的材料及物品替代原有的實(shí)驗(yàn)器材.這時，教師可以為學(xué)生展示原有的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生一步步拆解原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理以及實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)所需的各類器材的物理性質(zhì)，隨后用一些較低成本的材料進(jìn)行替代，以此完成低成本物理實(shí)驗(yàn)制作.這一環(huán)節(jié)中，教師可以引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動，讓學(xué)生自主思考，在生活中有哪些常用的低成本材料可以替代原有的物理器材？再要求學(xué)生以小組為單位，設(shè)計(jì)出一個低成本物理實(shí)驗(yàn).

例如 以“超重和失重”教學(xué)為例，在教學(xué)開始前，教師可以先讓學(xué)生分別講述一下在個人認(rèn)知中，超重與失重這兩個物理概念是什么樣的.先鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，講述失重與超重這兩個概念，讓教師掌握當(dāng)前學(xué)生對該物理知識的認(rèn)知水平.隨后，教師可以從學(xué)生日常生活出發(fā)，設(shè)計(jì)一些以低成本材料為主的物理實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生更準(zhǔn)確地掌握這兩個物理概念.

首先，教師可以讓學(xué)生準(zhǔn)備一張較寬的紙條，帶領(lǐng)學(xué)生一起在紙條中間剪出一個圓滑的孔洞，要求學(xué)生在紙條的另一端連接重物并小心提起紙條.這時大家會發(fā)現(xiàn)，紙條并不會在重物的影響下斷裂，以此便可展示出超重現(xiàn)象.

隨后，讓學(xué)生將兩本厚度、大小均等的書本相對而放，并將兩本書的書頁交替重疊擺放后，再將書本合起.選取一名學(xué)生，讓他捏住兩本書的書脊位置并向外拉動，顯然，學(xué)生無法將書本分開.接下來，由教師親自操作，教師的操作過程中不僅要對書本施加水平作用力，還需要上下拉動，書本便會輕易地被教師分開.此時，教師要提出問題，讓學(xué)生思考并回憶，兩次拉動書本的操作有什么不同？為什么教師的操作可以輕易將兩本書分開？通過簡單的小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生積極開動腦筋，思考其中的物理知識.

最后，教師要結(jié)合課本上的內(nèi)容，開展本課的常規(guī)教學(xué)，讓學(xué)生完全掌握失重與超重概念及其中蘊(yùn)含的物理知識.與此同時，開展課堂小組活動，要求學(xué)生嘗試在組內(nèi)設(shè)計(jì)一項(xiàng)與失重或超重有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，并使用隨手可見的器材完成實(shí)驗(yàn)，以此完成本課教學(xué).

3.2 利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材

每一個高中都有物理實(shí)驗(yàn)室，也都具備一些物理實(shí)驗(yàn)器材，只不過部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)器材可能并不完善.在教學(xué)中，教師應(yīng)善于利用校內(nèi)固有的實(shí)驗(yàn)器材，開發(fā)一系列低成本物理實(shí)驗(yàn)，盡可能每一堂課都有實(shí)驗(yàn)可做，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中了解各個物理知識點(diǎn)，通過高效、直觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改善高中物理課堂的枯燥現(xiàn)狀，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的動力，讓學(xué)生養(yǎng)成在實(shí)驗(yàn)中求真知的學(xué)習(xí)習(xí)慣.

例如 “帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動”這一實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求實(shí)驗(yàn)操作人員將金屬絲通上高壓電，隨后觀測金屬絲釋放出的電子行動軌跡，這一實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜，成本、技術(shù)操作要求極高，具有一定難度.為此，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生來到校內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)室，再借用化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的硫酸銅溶液，將硫酸銅進(jìn)行電離，制作出帶電粒子再選用實(shí)驗(yàn)室常備的圓盤磁鐵創(chuàng)建均勻磁場，將硫酸銅溶液裝入一次性容器中，并在溶液表面放置紙片以便觀測.隨后，在其底部用石墨穿孔連接電源正極，在一次性容器內(nèi)壁貼上銅片連接電源負(fù)極，接通電源后，便可讓學(xué)生觀測紙片在溶液表面的運(yùn)動軌跡，以此便能夠完成本次實(shí)驗(yàn).為設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，教師還可以改變陰陽極等.通過不同的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生能夠觀測到不同的現(xiàn)象，便可得出帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動軌跡.

3.3 利用生活常見物體

在設(shè)計(jì)低成本實(shí)驗(yàn)時，教師要將物理課堂與生活聯(lián)系起來，使用生活中常見的各類電子產(chǎn)品或生活用品，完成低成本實(shí)驗(yàn)教學(xué).在科技飛速發(fā)展的今天，各類智能手機(jī)、聲控、遙控等都是學(xué)生能夠輕易在生活中接觸到的科技用品，教師應(yīng)充分開發(fā)此類資源的教育價值，對其進(jìn)行技術(shù)改造，完成物理課堂中的低成本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

例如 在“電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用”一課中，教師便可以帶領(lǐng)學(xué)生觀測電磁波的傳播方式.通過之前的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)能夠意識到，波在不同環(huán)境下具有不同的傳播特征.為此，教師可以設(shè)計(jì)聲波與電磁波傳播方式差異性的低成本實(shí)驗(yàn).教師可以將智能手機(jī)裝入真空袋中，再分別放入水槽與真空環(huán)境.隨后，用另一部手機(jī)撥打電話，查看手機(jī)是否能夠接到通話信號.手機(jī)鈴聲是否會響起.這一實(shí)驗(yàn)，可驗(yàn)證電磁波在水環(huán)境下與真空環(huán)境下均可傳播，而聲波則不能夠在真空狀態(tài)下傳播.通過小巧、精密且日?；膶?shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀地了解到聲波與電磁波的差異性.

4 結(jié)語

在我國大力推動素質(zhì)教育的背景下，核心素養(yǎng)的發(fā)展與培育是各大一線教育工作者的主要教育目標(biāo).基于核心素養(yǎng)視野下，高中物理教學(xué)必須要結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)展學(xué)生的動手能力、動腦能力及物理學(xué)科思維.低成本物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以改變傳統(tǒng)教學(xué)中由于物理實(shí)驗(yàn)材料器具短缺，導(dǎo)致的物理實(shí)驗(yàn)課程占比不足的問題，便于教師為學(xué)生創(chuàng)建更加完整、更成體系化的物理學(xué)習(xí)課堂，可有效推動高中物理的改革與發(fā)展.

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