低成本實驗在物理教學(xué)中的開發(fā)與利用研究

摘要物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的課程,實驗是學(xué)生探究物理規(guī)律的基本方法,是對物理世界的認(rèn)識。通過師生合作舉行“師生合作”物理實驗，可以激發(fā)學(xué)生對物理的興趣，并有效促進(jìn)物理教學(xué)。低成本物理實驗是利用生活中的材料、物品或器具進(jìn)行的實驗，是一種重要的課程資源，也是山區(qū)、農(nóng)村等地學(xué)校補充教具的重要方式。在此基礎(chǔ)上,探討了定義低價實驗廉價實驗的設(shè)計原理和方法、解決了一些與低價實驗有關(guān)的問題等“低成本”的中學(xué)物理教學(xué)實驗。通過創(chuàng)新和整理，對低成本試驗進(jìn)行了改進(jìn)。關(guān)鍵詞：低成本；物理實驗；實驗開發(fā)ABSTRACTPhysicsisanaturalsubjectrootedinexperiments.Conductingexperimentsistheessentialmethodforstudentstoexplorethelawsofphysicsandunderstandthephysicalworld.Physicsteachersandstudentsworktogethertoconducttheseexperiments,whichcanstimulatestudents'interestinlearningphysicsandimprovetheefficiencyofphysicsteaching.Low-costphysicsexperimentsareacrucialpartofaphysicsclassroomexperiment.Thistermreferstotheuseofaffordablematerials,objects,orinstrumentstoconductphysicsexperiments.Itisanessentialcurriculumresourcethatallowsstudentstoexploreactivitiesandservesasawayforschoolsinrural,mountainous,orotherareastosupplementtheirteachingresources.Thispaperaimstodefinelow-costphysicsclassroomexperimentsinmiddleschool,proposedevelopmentideas,andsummarizelow-costexperiments'keyfeatures.Specificobjectivesincludedefininglow-costexperimentstheoretically,exploringtheprinciplesoflow-costexperimentdevelopment,outliningthemethodsandprocessesfordevelopinglow-costexperiments,highlightingtheproblemsassociatedwithlow-costexperiments,andorganizinginnovativelow-costexperimentcases.Keywords:lowcost;Physicalexperiment;Experimentaldevelopment前言（一）低成本物理實驗的研究背景隨著最新一輪中國中小學(xué)課程改革的不斷深化,教育部門和學(xué)校在培養(yǎng)科學(xué)探究和實驗觀察能力方面更加注重以學(xué)生為核心。物理學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，通過實驗?zāi)芨玫亓私馕锢硎澜?。初中物理是關(guān)鍵時期，為學(xué)生奠定堅實基礎(chǔ)。學(xué)生在課堂上做實驗,能激發(fā)興趣,提高教學(xué)效果,是因為學(xué)科的抽象性,學(xué)生理解起來有一定困難。需要專業(yè)的實驗設(shè)備,在強調(diào)學(xué)生主體地位的同時,降低成本,提高有效性,以培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、思考力和實驗?zāi)芰?。我校提倡實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)、活動與研究的開展、師資力量的培養(yǎng)、物理實驗的開發(fā)簡便易行,費用低廉,以促進(jìn)教學(xué)效益的提高。（二）低成本物理實驗的研究意義生命和物理是交織在一起的,而物理和社會是聯(lián)系在一起的。在業(yè)余時間進(jìn)行簡單實驗有其獨特優(yōu)勢，創(chuàng)新的小型試驗也源自簡單實驗。中學(xué)物理實驗要貼近學(xué)生的日常生活,要求教師有能力把物理實驗做好、把學(xué)生教好。初中物理的低成本實驗經(jīng)濟(jì)實惠，不僅能夠促進(jìn)學(xué)生的思考，還能培養(yǎng)物理思維與學(xué)習(xí)興趣，提高其創(chuàng)造性。通過對教學(xué)內(nèi)容的研究，可以降低物理課堂實驗的成本，普及科學(xué)實驗，提高教師教學(xué)效果，推動學(xué)生實踐能力與物理學(xué)習(xí)能力的提升，并增強課堂的實用性。優(yōu)化初中物理課堂實驗的有效性，能夠增強學(xué)生的自主思考和實驗?zāi)芰Γ嵘踔形锢碚n堂的教學(xué)質(zhì)量。物理學(xué)科以實驗科學(xué)為基礎(chǔ),考查學(xué)生探究物理規(guī)律的基本方法和對物理世界的認(rèn)識。在教學(xué)中進(jìn)行課堂實驗?zāi)苡行岣呶锢碚n程的教學(xué)效率。如何提高初中物理課堂實驗的有效性,使之更有活力,拓寬學(xué)生思維,突破教學(xué)難點,提高效率,是當(dāng)前物理課堂實驗中存在的問題,應(yīng)加以思考。在這一點上,廣大的物理要積極地去去鉆研。（三）研究的內(nèi)容與方法1、文獻(xiàn)研究法通過查閱、整理、歸納生活中廢舊物品的利用和制作教具等有關(guān)文獻(xiàn)資料,并應(yīng)用于物理教學(xué)實驗,總結(jié)出一些有利于本課題研究文獻(xiàn),為課題研究提供了科學(xué)扎實的理論基礎(chǔ)。此舉對于提高教學(xué)效果、促進(jìn)環(huán)保教育、減少資源浪費等方面均具有積極意義，因此值得深入研究和拓展。經(jīng)整理歸納,選編了《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》、《中學(xué)物理教學(xué)參考》、《教學(xué)儀器與實驗》、《物理實驗》、《物理教學(xué)探討》等期刊,作為參考資料,現(xiàn)將《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》、《中學(xué)物理教學(xué)參考》另有國內(nèi)外有關(guān)專著、論文集等收錄,為論文撰寫提供了理論基礎(chǔ),提供了材料支持。2、物理教育經(jīng)驗總結(jié)法這是一種物理教育思維辯證研究法，它通常用于自然情況下對物理教學(xué)實踐進(jìn)行感性認(rèn)知，并實施綜合、分析、抽象和概括的處理，將其提升到理性認(rèn)知研究的水平。這種研究方法的目標(biāo)讀者是學(xué)生，它簡潔、專業(yè)地描述了如何對物理教學(xué)實踐進(jìn)行系統(tǒng)分析和理性研究。3、物理教育開發(fā)研究法本研究同旨在促進(jìn)物理教學(xué)研究方法的不斷創(chuàng)新和完善,通過探討這些手段如何應(yīng)用于物理教學(xué)。在一定的教育理論、經(jīng)驗或思想的指導(dǎo)下，針對物理實驗和器材、物理教具和學(xué)具、物理視聽材料、計算機輔助教學(xué)軟件、硬件等物質(zhì)手段進(jìn)行了研制和開發(fā)。本研究致力于提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生更好地掌握物理基礎(chǔ)理論,更深層次地理解物理學(xué)科的精髓,為今后的堅實的基礎(chǔ),是一項具有較強針對性的4、訪談法采訪了相關(guān)教育研究專家,以及部分中學(xué)物理教師和學(xué)生,了解了物理實驗在探究學(xué)習(xí)中的現(xiàn)狀、作用以及對初中生探究學(xué)習(xí)的方面的情況。5、實驗研究法:對不同類型的實驗進(jìn)行了比較，并在實踐中尋找出一種適合于大部分師生的、低成本的中學(xué)物理實驗設(shè)備。6、個案研究法：深入全面地調(diào)查分析學(xué)生在物理實驗提高前后的學(xué)習(xí)狀況變化,重點研究學(xué)生個體、班級、年級或具體群體的典型事例。通過研究，得出具體的數(shù)據(jù)和結(jié)論，以便為今后的教學(xué)和實踐改進(jìn)提供參考。7、問卷調(diào)查法：對學(xué)生使用物理實驗器材的情況進(jìn)行了觀察、了解和調(diào)查,并通過問卷調(diào)查、聽課、座談、教研等形式進(jìn)行了分析。低成本物理實驗的界定與開發(fā)運用的現(xiàn)狀1.1低成本物理實驗的界定(一)低成本成本是經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)語之一，低成本和高成本是相對的概念。在公司經(jīng)營中，低成本商務(wù)作為一種公認(rèn)經(jīng)濟(jì)商務(wù)模式得到廣泛的應(yīng)用。在科學(xué)教育中引入低成本實驗的概念也是有益的，可以助于教學(xué)的發(fā)展?，F(xiàn)將對國內(nèi)外物理教育研究者們在低成本實驗概念界定方面的工作進(jìn)行概述。(二)國內(nèi)外學(xué)者對低成本物理實驗的定義根據(jù)廖百進(jìn)等人的定義，在日常生活中很容易獲得廉價簡單的測試，也可以從廢物中廉價處理。結(jié)構(gòu)相對簡單，材料開采方便，生產(chǎn)簡單，啟發(fā)思維，提高技能。例如，在農(nóng)村中學(xué)開發(fā)和實施廉價的實驗。德國凱撒羅滕大學(xué)的研究人員認(rèn)為,低成本試驗是指那些現(xiàn)象明顯、與真實情況較為接近的實驗。日本科學(xué)家三井武和冢本繁宏認(rèn)為，廉價的實驗指向簡單有趣的基礎(chǔ)實驗。黃永吉指出,低價物理實驗是以新課程理念為基礎(chǔ),包括廉價實驗材料的使用和低價實驗實驗研究。在開羅大學(xué)召開的“低成本物理教學(xué)實驗國際研討會”上，各方就“低價”問題進(jìn)行了探討，最終形成了“低價”這一相對概念。當(dāng)前國際上普遍提倡的“低價物理實驗”旨在通過使用生活中的便宜物質(zhì)進(jìn)行物理實驗，解決實驗設(shè)備缺乏的問題，使一些經(jīng)濟(jì)較差的國家和地區(qū)能夠開展物理實驗。同時,利用生活中的材料、物品和用具進(jìn)行低成本的實驗,可以培養(yǎng)學(xué)生動手、實踐的能力,增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我國學(xué)者郭玉英和張偉認(rèn)為，低成本實驗是一種新的、有價值的實驗，是課程資源開發(fā)工作的重要內(nèi)容。他們將低成本實驗按來源分類為生活必需品、傳統(tǒng)的民間手工業(yè)和生產(chǎn)、美術(shù)創(chuàng)作等,并按物理的學(xué)科體系將其分為機械、熱、光、電、原子物理等,并將低成本實驗按來源的不同,文章認(rèn)為,需要綜合考慮價格、科學(xué)性、創(chuàng)新性、安全性以及實驗教學(xué)要求等因素,才能對低成本的物理教學(xué)實驗有更清晰的界定。1.2低成本實驗的開發(fā)現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國自從推行教學(xué)改革以后,學(xué)生的學(xué)習(xí)就受到了各地教師的重視。在物理領(lǐng)域，有很多專家學(xué)者涌現(xiàn)出來，例如南京師范大學(xué)的劉炳升教授、廣西師范大學(xué)的羅星凱教授。教授們言傳身教，讓越來越多的物理教師，在第一線上表現(xiàn)優(yōu)秀。追溯至上世紀(jì)60-70年代，我國經(jīng)濟(jì)落后，物理實驗器材嚴(yán)重短缺。朱正元老先生為解決當(dāng)時的困境,提出了“把壇壇罐罐當(dāng)儀器,東拼西湊做試驗”的辦法REF_Ref27130\r\h[2]。以電學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)為主導(dǎo)的中學(xué)物理課程,劉炳升、羅星凱等人已成功研發(fā)出近千萬個實驗用的低成本物理實驗。在馬浩東的碩士論文《農(nóng)村初中低成本物理實驗的開發(fā)研究》中，他提出了一個問題：農(nóng)村地區(qū)的學(xué)生能否成功接受物理教育并實現(xiàn)他們的期望，以及是否能幫助他們在未來的學(xué)習(xí)中取得更好的成績。在新課程改革的背景下，如何通過最小的人力、物力、財政開銷，提高我國農(nóng)村初中英語閱讀理解能力，是值得研究的問題。此外,他還介紹和分析了日常教學(xué)中開發(fā)和借鑒低成本物理實驗資源的教學(xué)案例,從開發(fā)開發(fā)開發(fā)開發(fā)途徑四個方面入手。REF_Ref22005\r\h[11]此外，根據(jù)我與部分物理教師的交流，發(fā)現(xiàn)實驗教學(xué)的落實并不理想。其中一個重要原因在于物理教師師資數(shù)量不足，一個教師不僅需要同時教授多個班級，還需要應(yīng)對教學(xué)壓力和進(jìn)度問題，因此沒有足夠時間和精力去設(shè)計、開發(fā)和實施低成本的物理實驗。這些限制影響了教師師生雙方的教學(xué)效果和質(zhì)量，這也是目前亟待改善的重要問題。盡管我國教育行政部門高度重視物理實驗，特別注重低成本實驗的價值，許多學(xué)者和教師一直在不斷設(shè)計有效的低成本實驗，但實踐效果并不理想，并且缺乏學(xué)校的落實?？傊?，在教育領(lǐng)域內(nèi)，我們需要更多的努力來促進(jìn)物理實驗在教學(xué)中的應(yīng)用，以激發(fā)學(xué)生對物理科學(xué)的興趣和熱情。1.2.2國外研究現(xiàn)狀本文旨在通過收集互聯(lián)網(wǎng)和圖書館的相關(guān)資料，結(jié)合所在地區(qū)以及各國教育教學(xué)的實際情況，探究低成本物理實驗教育的研究現(xiàn)狀，并介紹當(dāng)前實驗教育教學(xué)的真實情況，旨在為課題研究提供理論和實際支持。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的迅速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家如日本、歐洲和美國擁有廣泛的經(jīng)濟(jì)、教育和科學(xué)資源，然而，這些國家依然重視研究和開發(fā)低成本的物理實驗。日本自組織的“山貓協(xié)會”致力于低成本物理實驗研究。該協(xié)會在1999年國際物理教師交流會上展示了許多驚人的作品和制作，得到與會者的高度贊譽，參會的大多數(shù)物理教師表示低成本物理實驗制作容易上手。在美國，推廣和介紹物理實驗的節(jié)目，如《走進(jìn)科學(xué)》。這些節(jié)目以設(shè)立疑團(tuán)的模式為特色，引領(lǐng)觀眾跟隨團(tuán)隊調(diào)查謎團(tuán)，并通過科學(xué)實驗解決謎團(tuán)。與此相似的是，美國高中物理教材多以探究性和項目性實驗為主，這些實驗強調(diào)與學(xué)生所在的生存環(huán)境聯(lián)系。這種實驗占據(jù)了大多數(shù)。哥倫比亞大學(xué)的Megan教授專門編寫了《紙帶上的物理實驗》一書，并設(shè)計了數(shù)以百計的實驗，利用身邊常見器材簡單制作實驗，在力、聲、電、磁、心理物理學(xué)和物理游戲等領(lǐng)域廣泛涉獵。這本書深受學(xué)生們的青睞，對偏遠(yuǎn)地區(qū)的物理實驗教學(xué)有重要的促進(jìn)作用。在德國，有許多類似的圖書，集中向中小學(xué)生介紹數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物等科目，分為基礎(chǔ)實驗和深入實驗兩部分，深受學(xué)生們歡迎。在物理課上，德國教師通常要求學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康倪x擇設(shè)備進(jìn)行實驗，并最終對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和得出結(jié)論，以設(shè)計實驗任務(wù)。老師在課堂上僅提供適當(dāng)?shù)妮o導(dǎo)，學(xué)生在課堂上的實驗時間占大部分。總的來說，國外非常注重物理實驗，尤其是低成本的實驗。他們通過各種措施提高物理實驗的地位,使自己的物理教育教學(xué)水平得到提高,同時對學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng)也起到了促進(jìn)作用。針對這一問題,也可以借鑒他們的做法,對我們國家的物理學(xué)生進(jìn)行更好的教育和培養(yǎng),提高我們國家物理實驗的水平和質(zhì)量。國外的方式方法可以供我們借鑒,學(xué)習(xí)適合中國實際情況的方法,但不是照單全遷,所以在中國設(shè)計研究低成本的物理實驗更適合我們的學(xué)生,這是出于各國國情和受教育程度的不同。尤其是在農(nóng)村地區(qū),進(jìn)行低價的物理實驗,結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶攸c,對學(xué)生來說,就是為了拉近和物理的距離,讓學(xué)生和科學(xué)談戀愛。1.3低成本物理實驗運用的現(xiàn)狀自20世紀(jì)70年代以來，著名物理學(xué)家朱正元教授提出了“拼拼湊湊做實驗”的口號，鼓勵中學(xué)物理老師克服各種困難，開展物理實驗，讓學(xué)生參與其中。多年來，各地初中院校的物理實驗條件得到了顯著改善。然而，許多物理教師認(rèn)為當(dāng)前的實驗器材對學(xué)生過于復(fù)雜，雖然結(jié)果容易得出，但學(xué)生卻很少有親手進(jìn)行實驗的機會，這降低了實驗的趣味性和學(xué)生的成就感。教師要立足于學(xué)生的生活,實現(xiàn)低成本的實驗教學(xué)方式,才能更好地讓學(xué)生產(chǎn)生興趣和共鳴。這一方法既不會降低實驗的技術(shù)含量和智力需求，也不會影響其學(xué)習(xí)價值。實現(xiàn)成本低而價值不低的目標(biāo)，教育工作者應(yīng)激發(fā)學(xué)生的自主實踐、自主探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新精神。初中物理教學(xué)通過積極開展低成本實驗教學(xué)的研究,使物理實驗教學(xué)達(dá)到促進(jìn)物理教育向生活和社會發(fā)展的更好教學(xué)效果,將有可能有效地提高質(zhì)量。教育也在社會快速發(fā)展的同時,發(fā)生了令人矚目的變化。地方政府和學(xué)校應(yīng)該注重發(fā)展實驗教育，開展低成本實驗教學(xué)法，以更好地滿足學(xué)生的需求。在實際學(xué)習(xí)中,同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中可以認(rèn)識更多的同伴,增進(jìn)交流與合作,同時也可以就實驗的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。實驗教育對于學(xué)生（特別是初中生）不僅是一個重要的知識來源，更能幫助他們發(fā)展其創(chuàng)新才能和科技意識。實施低成本實驗教學(xué)，需要持續(xù)的支持和投資，其中可能包括開發(fā)和設(shè)計適合初中生的實驗器材，建議當(dāng)?shù)卣黾咏逃A(yù)算來實現(xiàn)這一目標(biāo)?？傊?讓初中物理教育朝著更真實的方向發(fā)展,是以低成本為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)。如果這種方法能不斷改進(jìn),實驗效果更好,學(xué)生就能在更好的環(huán)境中獲取更豐富的知識和資訊。低成本實驗的開發(fā)原則2.1科學(xué)性原則科學(xué)性原則是指決策活動必須遵循科學(xué)決策的程序,以科學(xué)理論為指導(dǎo),運用科學(xué)的思想方法進(jìn)行決策的指導(dǎo)原則?？茖W(xué)決策決策相比有以下特點:(1)全面、及時、準(zhǔn)確地提供信息。(2)科學(xué)，及時，準(zhǔn)確的預(yù)測。(3)明確的目標(biāo)，明確的方向。(4)各項目協(xié)調(diào)一致。(5)有充足的證據(jù)，有適當(dāng)?shù)姆治觥?6)實施步驟明確，分工明確。(7)職責(zé)明確、要求詳細(xì)。(8)適當(dāng)?shù)囊?guī)范，及時的反饋?？茖W(xué)決策具有精確、嚴(yán)謹(jǐn)、客觀和可靠的特征，適合處理多變量和大系統(tǒng)中的各類新問題。當(dāng)今社會發(fā)展規(guī)模越來越大,發(fā)展速度越來越快,影響范圍越來越廣,出現(xiàn)了很多新新問題,從來沒有出現(xiàn)過。制定政策時需要符合科學(xué)原則的經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展一體化。要使政策制定科學(xué)，就需要解決如下幾個問題：（1）制定科學(xué)的政策體系，這是政策制定的組織保障。(2)可編程的決策流程。(3)科學(xué)的決策過程。(4)提高決策人員的素質(zhì)。2.2簡易性原則簡易性原則是科學(xué)方法的基礎(chǔ)原則。它指的是通過化簡科學(xué)理論的邏輯條件、簡化科學(xué)定律（數(shù)學(xué)公式）、優(yōu)化科學(xué)理論的選擇和擇優(yōu)以及思想經(jīng)濟(jì)學(xué)等元素來實現(xiàn)邏輯簡明化。該概念最初由唯名論者奧凱克提出，他認(rèn)為在邏輯論證中，不應(yīng)添加不必要的假設(shè)。然而，他卻將這個簡單的想法擴展到了不切實際的地步。實際上，自然界是趨向于簡單的，因此簡明性原則是符合客觀要求的。簡易性原則不僅是提出假設(shè)、建立科學(xué)理論體系的準(zhǔn)則，而且是對科學(xué)理論進(jìn)行評估和選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)。在辯證唯物主義看來，科學(xué)理論的邏輯簡明性是自然界簡單與進(jìn)步與統(tǒng)一的反映。原本，自然界中的所有事物都是相互關(guān)聯(lián)的2.3直觀性原則直觀原則是教學(xué)中不可或缺的重要原則。在教學(xué)中，通過引導(dǎo)學(xué)生直接感知物體或模型，或是通過教師生動的描述來幫助學(xué)生獲得感性認(rèn)識。這種感性認(rèn)識有助于學(xué)生理解學(xué)習(xí)對象的特征，從而更好地掌握知識。因此，直觀原則對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果至關(guān)重要。這是一個由情而理的認(rèn)識過程。落實社會主義核心價值觀，應(yīng)遵循以下幾個基本原則：針對不同學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)和特點,在選擇具體化工具時進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆治?。根?jù)學(xué)生的年齡特征和認(rèn)知水平，選擇具體化教學(xué)工具。采用具體的教學(xué)方法，并適當(dāng)解釋。注重語言的具象化。具體教具數(shù)量、授課授課地點由教師在授課過程中自行安排。這是因為學(xué)生的認(rèn)知能力，他們對教材中的知識的掌握往往基于感性認(rèn)知；學(xué)生的思維還處于由具體形象到抽象邏輯的轉(zhuǎn)變階段，尤其是在低年級，具體形象仍然占著主導(dǎo)地位；在教學(xué)效果方面，采用直觀的方法可以讓學(xué)生覺得形象鮮明、生動有趣，有利于強化所學(xué)的知識。2.4安全性原則安全性原則是物理實驗的基本要求，實驗操作的規(guī)范是我們在日常實驗中應(yīng)當(dāng)遵循的行為準(zhǔn)則。在物理實驗中,稍有差池也許只是數(shù)據(jù)上的誤差,但在化學(xué)實驗實驗中,生命安全問題卻可能牽涉其中?；仡櫄v史，舍勒曾經(jīng)嘗試過HF，但是卻付出了慘重的代價。2.5創(chuàng)新性原則創(chuàng)新原則指的是所研究的課題必須具備新意，與其他學(xué)科不同，獨具特色。它是科研選題的基本原則,體現(xiàn)了科研活動的基本特點。創(chuàng)新原則也是科學(xué)研究價值的一個方面，保障研究課題在科學(xué)理論上能夠取得突破性進(jìn)展，在技術(shù)方法上得以改進(jìn)，推動創(chuàng)新發(fā)展。低成本物理實驗的開發(fā)特點與妙用3.1開發(fā)特點由于該儀器是通過師生現(xiàn)場采集材料、手工制作而成的，所以造價相對較低，更易于推廣，尤其對解決貧困地區(qū)物理實驗教學(xué)資源匱乏的問題具有重要意義。“物理老師要會做飯,要把易拉罐當(dāng)工具,要把一堆的東西變成實驗,”著名物理教育家朱正元在他的一生中反復(fù)強調(diào)。若能善于觀察,勤于思考,敢于實踐,就能發(fā)現(xiàn)身邊可利用的生活資源還有很多。1.我們周圍的生活用品可用于物理實驗，比如用一雙筷子作為天平演示杠桿平衡；使用鉛筆測試滾動摩擦力和滑動摩擦力的差異，將其扔出去還可測試慣性及受重力影響而改變的運動狀態(tài)，使用牙膏蓋測試浮力。2、食物也是我們生活中必不可少的物品,把食物(如雞蛋、面粉、土豆、蘋果、番茄、冰棍)運用到實際中,可以進(jìn)行大量的物理實驗,可以讓同學(xué)們感覺到物理知識就在身邊,然后把同學(xué)們的興趣和好奇心激發(fā)出來。3.實驗室里報廢的設(shè)備很多,只要重新組裝就可以變成一套實用的實驗器材。3.2課堂妙用隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和政府對教育投入的不斷加大，有人認(rèn)為低成本實驗的開發(fā)已經(jīng)失去了價值，這是對低成本實驗的一種誤解。無論經(jīng)濟(jì)狀況好壞，我們都不能放棄低成本的實驗，因為它具有獨特且不可替代的教育功能九年級中學(xué)物理課程的一個主要目標(biāo)就是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)物理知識。這對于推動科技進(jìn)步，促進(jìn)社會主義建設(shè)和提高人民生活水平都具有重要的意義。"興趣是良師"，要想讓學(xué)生掌握好物理知識，必須從“興趣”開始。心理學(xué)研究顯示,能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的學(xué)生的求知欲和思考欲。如果學(xué)習(xí)內(nèi)容單一，難度又高，很容易使學(xué)生失去興趣和自信心。(1)在日常生活和生產(chǎn)中，我們常見到許多經(jīng)濟(jì)實惠的實驗設(shè)備。這些器材運用到教學(xué)中,既能激發(fā)學(xué)生的求知欲,又比較實際。學(xué)生的注意力不再集中于設(shè)備上，而是集中在教師所展示的現(xiàn)象上，從而激發(fā)學(xué)生的觀察力。(2)低成本實驗,在物理教學(xué)中有助于克服學(xué)生畏難情緒,降低“神秘感”。大部分學(xué)生對物理學(xué)的難度感到畏懼，從而使他們失去對物理學(xué)的興趣和自信。低成本實驗所展示的現(xiàn)象很容易與日常生活中的現(xiàn)象相符合，這樣就可以消除學(xué)生對物理的神秘感覺，讓他們感覺物理就在他們身邊，就在他們的日常生活中，這樣就可以建立他們的信心。(3通過低成本實驗，可以增強初中學(xué)生對自己學(xué)習(xí)目標(biāo)的認(rèn)識，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。尤其在農(nóng)村地區(qū)，初中學(xué)生往往會受到各種限制而表現(xiàn)出消極的一面。因此，進(jìn)行低成本實驗，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，而且能夠達(dá)到以用戶為中心的目標(biāo)。這對于學(xué)生的成長和學(xué)業(yè)發(fā)展來說都是至關(guān)重要的。在目前的教育制度中，學(xué)生只把升學(xué)作為唯一目標(biāo)，而不是把提高自己能力和知識儲備為目標(biāo)。在物理教學(xué)過程中，進(jìn)行示范實驗可以促進(jìn)學(xué)生將物理知識與現(xiàn)實生活之間的聯(lián)系，讓他們了解到，物理不僅是一種樂趣，而且是一種非常有用的東西，而中學(xué)的物理知識也可以用來解決現(xiàn)實生活中的問題。這樣,學(xué)生對物理的興趣就會被激發(fā)出來,從而變被動為主動。2.低成本的物理實驗有助于學(xué)生創(chuàng)新意識的興趣的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的物理教學(xué)注重知識傳授，卻忽視了技能、方法、態(tài)度和情感的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生僅具備理論知識，卻缺乏實踐勇氣、解決問題的能力和創(chuàng)造發(fā)展的意愿。如此教育,既脫離實際,又危害學(xué)生的成長。相比之下，開發(fā)低成本實驗，通過周圍廢舊材料的改造和利用，激發(fā)學(xué)生主動思考和動手實踐的能力，增強他們的自信心，體驗成功和創(chuàng)造的愉悅。因此，在人本主義教育理念下，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方面，最關(guān)鍵的不是具體的實驗，而是綜合考慮學(xué)生的知識、技能、方法、態(tài)度、情感和價值觀等方面。低成本實驗案例整理4.1八年級人教版實驗案例整理(1)小鳥歡唱你喜歡聽鳥兒的歌聲嗎？是否想象自己也能像小鳥一樣歡快鳴唱呢？通過以下材料可以實現(xiàn)：圓珠筆桿、棉花、鐵絲、小木塊、小刀。實驗步驟：在筆桿靠近尾部處開一小口，制作成月牙形小木塊作為吹口；將鐵絲在鐵絲的適量的棉花,做成活塞狀;當(dāng)吹氣時，鐵絲上下移動活塞，就能發(fā)出頻率不同的聲音，宛如小鳥歡唱。更進(jìn)一步，當(dāng)鐵絲移動活塞時改變了管內(nèi)空氣柱，所以發(fā)出的聲音也隨之高低交替。（2）感受不同頻率的聲音相同的物體接觸時，會產(chǎn)生不同的聲音，這是為什么呢？由于聲波頻率和波幅的聲音的音調(diào)不同發(fā)出不同的聲音。我們可以感受到頻率和音調(diào)之間的關(guān)系,通過我們自己做頻率計。實驗材料：礦泉水瓶、筷子、紙、剪刀、小刀、水筆。實驗步驟：將紙剪成長方形；將礦泉水瓶割為上下兩部分；用水筆畫出齒輪輪廓，然后按輪廓剪切齒輪，要均勻；用小刀在瓶蓋上鉆孔，再插上筷子；手捻筷子，同時用牙齒碰一下紙片，不同的齒速能發(fā)出不同的聲響。實驗擴展：想想，每個聲音都有什么特點呢？(3)神奇的筆桿筆桿吹氣可發(fā)出聲音，像鳥兒歌唱一般動聽。你嘗試過嗎？實驗材料：筆筒。實驗步驟：將口對準(zhǔn)筆筒口，并吹氣一口，在筆筒頂部放置手指；聽著筆尖發(fā)出的響聲，感受筆尖噴出的空氣在手指處的顫動；增加吹奏力度，可以感受到氣流越來越急，音調(diào)也越來越高；可以對空氣振動的頻率和音調(diào)高低進(jìn)行分析。實驗拓展：當(dāng)吹氣時，管內(nèi)的空氣會振動，從而發(fā)出聲音。吹氣力度小時，振動較慢，頻率低，發(fā)出的音調(diào)也低。反之，吹氣力度大時，振動速度快，頻率高，發(fā)出的音調(diào)也更高。(4)克服重力的乒乓球在水下打乒乓球，竟然可以擺脫重力的限制，真是太神奇了！到底是怎么回事呢？實驗材料：乒乓球、膠布、30厘米長的繩子做法如下：將一只乒乓球貼在一條線的末端；握住繩頭的一端，將球放到打開的自來水龍頭下，讓水流淋在球上；此時，乒乓球好像違反了地球引力，不但沒有脫離水面，而且還被水面吸引住。實驗拓展：將繩索拉到一邊，遠(yuǎn)離水流，繩索將會拉住乒乓球，使其在地球引力的作用下，脫離水流，垂直落下。但是，在實際情況下，原本噴在乒乓球上的水流壓力很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于周圍空氣的壓力。因此，大氣壓會將乒乓球不斷地推向水壓較低的區(qū)域。(6)搖動一下，水溫升高？搖動保溫水瓶中的水并沒有加熱，但水溫卻會上升，這是為什么呢？實驗材料：保溫水瓶、數(shù)字溫度計、水。實驗步驟：向保溫水瓶中注入200毫升水，測量水的溫度。猛烈晃動水瓶3分鐘后，再次測量水溫，結(jié)果顯示水溫略有升高。實驗拓展：能量可以相互轉(zhuǎn)化?；蝿铀繉⑺膭幽苻D(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致水溫上升。我們還可以嘗試晃動5分鐘或10分鐘，觀察會發(fā)生什么。(7)手指不被燒傷的現(xiàn)象手指覆蓋著火，卻沒有受到燒傷，這種現(xiàn)象是否真實存在呢？實驗材料:絲質(zhì)手套,水,乙醇40%濃度,燒杯,酒精燈,紙條實驗步驟：將絲綢手套在水中沾濕，去掉多余水分，戴在左手上；將左手指放入盛有40%濃度乙醇的燒杯中，然后將燒杯放在酒精燈火焰下點燃；用右手拿一片紙片，在左手指尖處點燃；當(dāng)左手感到發(fā)熱時，握緊拳頭使水滲透到手套外，將火焰撲滅。整個實驗過程非常安全。實驗原理：在40%濃度乙醇溶液中，乙醇的沸點較低（78℃），而水的沸點較高（100℃）。當(dāng)乙醇燃燒時，產(chǎn)生的熱量會被水蒸發(fā)吸收。另外，手套上的水也先潤濕了手指，因此需要一定時間才會感到發(fā)熱。（8）人工制造彩虹彩虹美麗又短暫。想要留住彩虹，我們可以通過實驗創(chuàng)造出“人工彩虹”。下面讓我們一起來嘗試一下。實驗材料：清水、臉盆、鏡子實驗步驟：取一盆,放入2/3的清水,再將盆置于有陽光的窗前。將一個鏡子傾斜地插入水中，并將其調(diào)整至鏡面與陽光正對，使陽光在反射到鏡子上時，水滴中折射出七種顏色的光并再次反射到墻面上，這時，就可以看到一個漂亮的彩虹了。實驗拓展：彩虹是由光的折射效應(yīng)產(chǎn)生的。陽光由七種顏色的單色光組合而成，每種顏色的單色光的折射率不同。當(dāng)陽光經(jīng)過水面反射到鏡子上時，會分散成不同顏色，并以不同的夾角反射到墻上，形成美麗的虹彩。這個過程是光學(xué)中的折射現(xiàn)象，是純粹的物理規(guī)律。虹彩的出現(xiàn)需要陽光和水滴、水面等物體的合作，因此我們無法預(yù)測彩虹的出現(xiàn)時間和位置，讓我們無法不為之贊嘆自然的神奇和燦爛。(9)冰糖的熒光日常生活中除了一些用途,冰糖還有哪些特別的性質(zhì),你知道嗎?其實它也有魔性的一面,下面就來實驗一下吧!實驗材料：約100克冰糖、一個玻璃杯、一根筷子。實驗步驟：1.將100克冰糖倒入玻璃杯中；2.將玻璃杯置于暗室中；3.使用筷子攪拌冰糖，觀察現(xiàn)象。實驗結(jié)果：當(dāng)冰糖在猛烈攪拌時，會釋放出高能分子，產(chǎn)生熒光現(xiàn)象。同時，隨著攪拌速度的提高，光亮度也會增強。實驗拓展：冰糖因其分子結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)，在受到強大撞擊時會破碎，破碎表面釋放的高能分子則會產(chǎn)生亮光，然后慢慢恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。4.2九年級人教版實驗案例整理(1)調(diào)皮的紙屑小勺擺弄紙屑，輕松有趣！實驗材料：毛衣、塑料小勺、碎紙屑、碗。實驗步驟：把剪碎的紙屑放進(jìn)碗里，把塑料小勺過毛衣后放到碗上方，驚奇地發(fā)現(xiàn)，紙屑好玩地粘上小勺，又鬼鬼祟祟地離開了。以上實驗不光好玩，更可以讓我們了解物理原理，相信在未來的課程中，我們會學(xué)到更多的知識。實驗拓展：毛衣與塑料小勺子的摩擦產(chǎn)生靜電對碎紙屑產(chǎn)生了誘惑力,于是我們就看到了手舞足蹈的碎紙屑,十分淘氣。(2)筷子“風(fēng)箏”筷子不用吹也不用推，就會像風(fēng)箏一樣自轉(zhuǎn)。你知道這是什么魔力嗎？這就是靜電的屬性所帶來的效果。在我們的生活中，靜電很常見，而且我們可以用它來做很多好玩的小游戲。如果不信，那就來試試吧！實驗材料：一個衛(wèi)生筷子、一個牙簽筒、一個吸管和一張面巾紙實驗步驟：將牙簽筒放在桌子上，把筷子安放在筒里。用面巾紙反復(fù)擦拭吸管，并且把吸管靠近筷子一端，然后輕輕拉出筷子并移動吸管，你會發(fā)現(xiàn)筷子開始自轉(zhuǎn)了。實驗拓展：這是因為靜電對不帶電物體具有吸引力。所以當(dāng)你把穩(wěn)定的靜電場中物體帶進(jìn)來時，靜電場就會變得不穩(wěn)定，交換和重分布電荷，這種變化產(chǎn)生了很多有趣的效果，比如說筷子的自轉(zhuǎn)。通過這次實驗，同學(xué)們可以更好地理解靜電和它帶來的特性。在平時的生活中，我們可以利用靜電來做很多好玩的實驗和游戲。(3)制作指南針「上北下南，左西右東」這句簡短的口訣大家都聽說過吧，不過有些同學(xué)仍難以分辨方向。如果我們有一個指南針，那就太好不過了。今天，我們就來一起動手制作自己的指南針吧！所需材料有：圓規(guī)、泡沫墊、粘土、牙簽、磁鐵、針、膠帶、塑料容器和剪刀。實驗步驟如下：1.用圓規(guī)在泡沫墊上畫一個圓形，然后裁剪出來并上色，做成一個圓盤。2.在塑料容器中居中放置一團(tuán)粘土，再豎直插上牙簽。3.將磁鐵一端靠近針，然后在同一方向敲擊30次，這樣針就會帶上磁性了。4.用膠帶將針固定在泡沫墊上，然后將墊子固定在牙簽上。5.將容器注滿水，讓裝置浮起來并自轉(zhuǎn)。當(dāng)停下來時，針的一端將指向南極，另一端指向北極?，F(xiàn)在，恭喜你成功制作了自己的指南針！這個簡單實用的小工具可以幫助你確認(rèn)方向，讓你在探索未知領(lǐng)域時不再迷失方向。實驗拓展：地球是一個巨大的磁體，其磁場的南極與地理北極較為接近，而磁場的北極則與地理南極較為接近。指南針受地磁引力的影響，一端指向南方，另一端指向北方。(4)鐵釘成磁鐵你可能會覺得很奇怪，但是鐵釘竟然可以變成磁鐵！你不信？那就試試吧！實驗材料：一枚長釘、沙、木塊、大頭針和鑷子。實驗步驟：首先，我們需要把長釘放在火上燒紅，然后埋在沙子里，慢慢等待它冷卻下來。當(dāng)長釘冷卻后，接近大頭針時并沒有磁力，這時鐵釘?shù)拇帕蜁陆?。接下來，你可以左手拿著鐵釘，一頭對著北方，然后用木塊敲打幾下。再接近大頭針，驚奇的是長釘此時會像磁鐵一樣吸住一些大頭針。但如果你將鐵釘放成東西向并再次敲打，磁力就會消失。是不是很神奇？試試這個實驗，你或許會發(fā)現(xiàn)一些新的驚奇好玩的事情！實驗拓展：原來這枚釘子在沒有被磁化之前，里面有很多細(xì)小的磁塊，彼此之間互相排斥，因此沒有磁力。當(dāng)敲釘子的面朝朝朝北的里面的小磁鐵受到地磁場的沖擊而震動,排列有序,這樣釘子就有了磁性。當(dāng)你將釘子對準(zhǔn)東西向，再次錘擊的時候，里面的小磁鐵就會被打亂，使釘子失去磁力。4.3高中人教版必修系列實驗案例整理(1)跳水的雞蛋有一只雞蛋,不得了,它竟然會潛水,這究竟是咋回事?實驗材料：水杯、水、硬紙片、雞蛋做一做：在水杯中裝入部分的水；在水杯上面放上一張硬紙片，在硬紙片上放上一個雞蛋；用手指猛地一彈,將硬紙片打掉就掉進(jìn)了水杯里,而不是和紙片一起分割。實驗拓展：硬紙片雖然被彈出去，但雞蛋由于慣性還要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)。所以雞蛋不會隨紙片一起分出，雞蛋會落入水杯。(2)滑行的杯子想成為氣功高手嗎？只不過輕輕吹一吹杯子，玻璃杯子就可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)得向前滑行而去，是因為我中氣十足嗎？實驗材料：一只玻璃杯子、熱水、羽毛做一做：將玻璃杯置于熱水中，可加熱玻璃杯；徹底沖洗干凈后，在杯中留下少量熱水；快速地將茶杯倒扣在平滑的桌子上；朝杯子吹一口氣，或者用一根羽毛輕輕一推，酒杯就奇跡般的在桌子上滑動了起來，幾乎沒有任何摩擦。實驗拓展：當(dāng)杯子在桌面上快速反扣時,杯子里的熱水被倒出來,就會有空氣進(jìn)入,而杯子墻壁和殘留的產(chǎn)生的熱量又會讓這些空氣熱脹冷縮,就會稍微抬起桌面上反扣的杯子。這個時候，茶杯并沒有直接接觸到桌子，而是被一層薄薄的、帶著“飛墊”的薄膜支撐著。此時茶杯與茶幾的摩擦已經(jīng)十分微小。所以，只需要一點點的外力，這個杯子就會向前移動！(3)氣體爆鳴煤氣也能做功,連爆破聲都能發(fā)出,這是如何做到的呢?實驗材料：一只塑料礦泉水瓶、溫水、酒精做一做：將少量溫水裝進(jìn)礦泉水瓶中,滴滴酒精;旋上瓶蓋(不宜太緊)，震動瓶內(nèi)液體，轉(zhuǎn)動塑料瓶壁壓縮瓶內(nèi)氣體，增大瓶內(nèi)氣壓；同時用手輕輕旋松瓶蓋，在瓶蓋爆出的同時，可觀察到瓶內(nèi)及瓶口冒大量的白霧。實驗拓展：震動瓶內(nèi)液體、轉(zhuǎn)動扭曲塑料瓶壁這一系列行為壓縮了瓶內(nèi)空氣使瓶內(nèi)氣壓增大。當(dāng)擰松瓶蓋后，瓶內(nèi)氣體對瓶蓋做功，瓶蓋爆出，同時空氣內(nèi)能減少溫度降低，使瓶內(nèi)氣體液化成小液滴，即所見的大量白霧。4.4高中選修系列實驗案例整理（1）CD衍射光柵我們身邊最常見的分光器在CD光盤中使用它可以作為衍射光柵,并且會根據(jù)波長的不同,在相互干涉后,通過等間隔整齊光柵的特定的方向上進(jìn)行強化。實驗材料：CD光盤，環(huán)開熒光燈，其它做一做：在大型硬紙板上挖一個直徑與CD相同的洞，穿過這個洞的太陽光會在硬紙板上映出兩重虹；環(huán)形熒光燈的光反射在CD面上時，可簡單的用眼睛觀察到。實驗拓展：CD光譜觀察器可以定量的求得光的波長。把鋼卷尺放在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行測量?？梢贿吚L卷尺，一邊在一段用眼睛觀察CD面上的虹。眼的距離可根據(jù)虹的光源的光的波長。（2）汽水香檳你是否向往在節(jié)日慶典中噴射香檳的熱鬧氣氛？但考慮到香檳的高昂價格也許會打消你的熱情。其實，只需要普通食鹽和汽水就能制造出香檳一樣的奇妙效果！實驗材料：食鹽和汽水（或啤酒）。實驗步驟：打開汽水瓶，準(zhǔn)備少量食鹽。用手指封住瓶口的一半同時快速將鹽倒入瓶中，汽水會猛烈噴出，甚至沖到天花板。實驗拓展：從熱力學(xué)角度考慮，氣體的密度大于液體，當(dāng)食鹽溶解于水中離子化成鈉離子和氯離子時，二氧化碳釋放有利于噴射增強。(3)狂怒的礦泉水瓶這是一個關(guān)于礦泉水瓶的有趣實驗！實驗材料：礦泉水瓶、針、熱水做一做：首先，我們需要一瓶裝有1/4水的礦泉水瓶。然后，我們用繡花針在離瓶底約1/8的位置上扎1個小孔，使得孔不會滲水。接下來，擰緊瓶蓋，并將瓶子放在桌子邊沿，讓小孔向外。最后，由于空氣被加熱而膨脹，當(dāng)你把熱水從瓶口澆入時，水會以強大的力量噴出瓶子。你會驚喜地發(fā)現(xiàn)，以這種方式激怒瓶子后，它可以噴射水到兩米的距離以外。如果你愿意，你還可以在瓶底附近多加幾個孔，反復(fù)嘗試這個有趣的實驗。(5)可視聲波聲音也可以用眼睛“看見”，睜大眼睛看好了！實驗材料:圓形罐頭盒,破氣球,托架,小膠錘,蟻香。做一做：首先，拿起圓罐頭盒，在一端用氣球?qū)⑸w子系緊。然后在另一端開一個圓洞(這樣煙圈就能噴出來了)，接著把罐子裝到托架上。接下來，點燃蚊香并將它放入罐子里。最后用橡膠小錘連續(xù)敲擊橡皮膜，隨著敲打，罐底的圓孔就會一個接著一個地噴出煙圈，就像聲波一樣將它