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(wèn)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(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的狀況令人堪憂。學(xué)校沒(méi)有按學(xué)科門類設(shè)立專門的實(shí)驗(yàn)室而是理化生共用幾間實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)陋，在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是值得我們思考的問(wèn)題。我利用“低成本物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)理論與實(shí)踐”，在教學(xué)中進(jìn)行了大膽的嘗試與探索。低成本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、低廉、親切、挑戰(zhàn)、創(chuàng)新、易操作的特點(diǎn)，不僅很好的解決了儀器不足問(wèn)題，也蘊(yùn)含了成本低而技術(shù)不低、內(nèi)涵不低、教育價(jià)值不低、智慧不低、影響力不低等獨(dú)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(shí)驗(yàn)的教學(xué)與研究，使我們有了更深刻的認(rèn)識(shí)與理解。

2 農(nóng)村中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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?yàn)潛力

羅丹說(shuō)過(guò):“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(shí)驗(yàn)中，它能否設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)方案［1］，從而設(shè)計(jì)出更多、更簡(jiǎn)單、更有趣、更新穎的實(shí)驗(yàn)，提高材料的利用率和實(shí)驗(yàn)效率。挖掘?qū)嶒?yàn)潛力，展示更多的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)原理，從根本上解決了農(nóng)村初中實(shí)驗(yàn)儀器短缺、老化等問(wèn)題。例如銅絲在物理實(shí)驗(yàn)中可以起到固定物體、制作彈簧、導(dǎo)電等作用，但其實(shí)一根簡(jiǎn)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(shí)，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(diǎn)之下，蠟燭就熄滅了。這個(gè)只用到了蠟燭和銅絲的低成本實(shí)驗(yàn)可以在講熱傳遞時(shí)作為引入實(shí)驗(yàn)，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(shí)演示實(shí)驗(yàn)，豐富課堂活動(dòng)

演示實(shí)驗(yàn)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(duì)性地獲取物理現(xiàn)象的主要來(lái)源［2］。然而課堂上卻出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)完全“照方抓藥”，新瓶裝舊酒，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯甚至有些實(shí)驗(yàn)無(wú)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(shí)驗(yàn)的活、鮮、奇、趣讓演示實(shí)驗(yàn)由抽象變?yōu)榫唧w，復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單，不再只是“教師演，學(xué)生看”的模式，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。這就要求教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的替代、改進(jìn)、創(chuàng)造，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果選擇出最佳演示實(shí)驗(yàn)。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(jiǎn)單拿一根線綁著一個(gè)重物自然放下改變地點(diǎn)即可演示，而浮力的方向在初中物理教材上沒(méi)有實(shí)驗(yàn)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(guò)渡階段，在以后的判斷中也經(jīng)常出錯(cuò)。類比重力，這時(shí)不妨設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的低成本實(shí)驗(yàn)，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(jiàn)為實(shí)讓演示實(shí)驗(yàn)漸漸發(fā)展為師生實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，低成本實(shí)驗(yàn)為演示實(shí)驗(yàn)形式的多元化提供了可能，演示流體壓強(qiáng)時(shí)，可利用紙制作機(jī)翼模型;講驗(yàn)電器時(shí)，展示自制的香煙鋁箔簡(jiǎn)易模型;提到摩擦力，玩一個(gè)“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(dòng)不已……讓學(xué)生在構(gòu)建知識(shí)的同時(shí)，在游戲中找到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

2.3 聯(lián)系生活物品，巧攻教學(xué)難點(diǎn)

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(yàn)型的感性認(rèn)識(shí)階段，必須要經(jīng)過(guò)具體形象生動(dòng)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(guò)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(shí)驗(yàn)器材的“生活化”無(wú)疑讓物理概念和學(xué)生之間的距離越來(lái)越近，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)于一些難點(diǎn)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(diǎn)之一，結(jié)合轉(zhuǎn)換法進(jìn)行設(shè)計(jì)，使難點(diǎn)變得生動(dòng)有趣。將較長(zhǎng)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(méi)有馬上從銅管中掉落下來(lái)，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，這與學(xué)生腦海中已經(jīng)形成的物體因重力會(huì)做自由落體運(yùn)動(dòng)而沖突形成矛盾，之后提出疑問(wèn)，主動(dòng)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(zhǎng)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(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光。讓物體有顏色和發(fā)光是物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)關(guān)鍵的步驟，只要敢想敢做，低成本實(shí)驗(yàn)將逐漸實(shí)現(xiàn)把物理難點(diǎn)變?yōu)槿c(diǎn)。

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?shí)驗(yàn)遇到現(xiàn)代技術(shù)，兩者的結(jié)合相輔相成，實(shí)現(xiàn)繼承與創(chuàng)新，充分發(fā)揮各自的教學(xué)功能，極大地?cái)U(kuò)展了物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)“放慢”，可以把細(xì)節(jié)“放大”。如將計(jì)算機(jī)引入實(shí)驗(yàn)室，逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化，更有利于搜集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。借助多媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以使物理低成本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的興趣［3］，從而更好地探究那些以前不好探究或存在危險(xiǎn)的電、熱等領(lǐng)域。短路是初中物理電學(xué)中常見(jiàn)的故障之一，短路現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)火花甚至爆炸的隱性安全危險(xiǎn)，教師怕做，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)根本沒(méi)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(méi)有對(duì)其深刻理解，不能形象把握它的危害程度。這時(shí)教師可以利用理想變壓器、開(kāi)關(guān)、較粗銅絲、導(dǎo)線設(shè)計(jì)出短路實(shí)驗(yàn)，考慮不安全因素對(duì)學(xué)生心理造成的風(fēng)險(xiǎn)，用相機(jī)拍攝下過(guò)程，并利用多媒體進(jìn)行演示，這比口頭說(shuō)說(shuō)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(shí)驗(yàn)情境，拓展解題方法

物理實(shí)驗(yàn)是構(gòu)建物理情景的重要途徑之一，低成本實(shí)驗(yàn)的“感染力”讓情景展現(xiàn)更生動(dòng)，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(dòng)時(shí)，天花板對(duì)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(wú)從下手，絕大多數(shù)學(xué)生很難實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，這時(shí)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(cè)力計(jì)和風(fēng)扇，這時(shí)的示數(shù)即風(fēng)扇的重力，再把整體懸掛起來(lái)，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察彈簧測(cè)力計(jì)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(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生了一個(gè)向上的升力和相互作用力，如果嫌彈簧測(cè)力計(jì)不夠簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)，如有這樣的一道題:一物體經(jīng)過(guò)凸透鏡能在光屏上產(chǎn)生一個(gè)像，現(xiàn)在遮掉透鏡上部時(shí)，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?yàn)橥雇哥R都不完整了。其實(shí)只要在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)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(shí)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)更有興趣、有意義的真實(shí)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(kāi)展課外實(shí)驗(yàn)，激發(fā)創(chuàng)造靈感

課外實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的有效延伸，只有學(xué)生親自思考動(dòng)手做過(guò)，才不會(huì)忘記。低成本實(shí)驗(yàn)有著“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的新課程理念體現(xiàn)［5］，它為課外實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展驗(yàn)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(dòng)性，以達(dá)到手、眼、耳、腦等各種感覺(jué)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(shí)驗(yàn)室，旨在促進(jìn)學(xué)生的課外活動(dòng)。低成本實(shí)驗(yàn)材料的易得促進(jìn)了課后家里成為學(xué)生動(dòng)手實(shí)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(shí)驗(yàn)研究?jī)r(jià)值和適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的活動(dòng)，并制定出一系列活動(dòng)開(kāi)展的計(jì)劃。全體師生、生生參與，共同討論、測(cè)量、制作、完成，再把成果展示出來(lái)，如水火箭的集體發(fā)射活動(dòng)、肥皂泡的比賽活動(dòng)，開(kāi)拓了學(xué)生的思維。在講物態(tài)變化時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)燃燒的蠟燭在水中幾次起死回生的低成本實(shí)驗(yàn)，在講感應(yīng)電流產(chǎn)生條件時(shí)，來(lái)一場(chǎng)切割地磁場(chǎng)磁力線的跳繩游戲……這些何嘗不是孩子們?cè)谂d趣上的返璞歸真，更是教師借助低成本實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)上激發(fā)創(chuàng)造力的探索。

3 開(kāi)展低成本物理實(shí)驗(yàn)研究的啟示

3.1 走出低成本物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

低成本物理實(shí)驗(yàn)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(kāi)展的過(guò)程中，我們一定要走出低成本物理實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。低成本物理實(shí)驗(yàn)不僅是實(shí)驗(yàn)器材的簡(jiǎn)單替代，更是實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的明了;低成本物理實(shí)驗(yàn)成本雖低，運(yùn)用的智慧不低，具有的內(nèi)涵不低，教育價(jià)值不低;低成本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的主體不應(yīng)只是教師，學(xué)生將成為開(kāi)發(fā)的主力軍和開(kāi)展的推廣人;所以低成本物理實(shí)驗(yàn)不是一時(shí)的被動(dòng)應(yīng)急措施，而應(yīng)該是我們長(zhǎng)期主動(dòng)堅(jiān)持的事業(yè)。低成本物理實(shí)驗(yàn)也是國(guó)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(shí)驗(yàn)的最基本特征

（1）材料易得，實(shí)施便利。學(xué)生生活空間即“物理實(shí)驗(yàn)室”‘生活中的一切材料、物品都是我們開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)、探究和認(rèn)識(shí)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(shí)、可靠，并切身體會(huì)到物理與生活、物理與技術(shù)、物理與社會(huì)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(shí)自然世界。（3）物具它用，體現(xiàn)自創(chuàng)。在實(shí)驗(yàn)中借用“非實(shí)驗(yàn)物品”開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，常?！耙痪叨嘤谩?。因此，借用生活材料物品開(kāi)展內(nèi)容豐富、形式多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使實(shí)驗(yàn)更具創(chuàng)造性，對(duì)學(xué)生具有很強(qiáng)的啟迪作用。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體驗(yàn)性強(qiáng)。低成本物理實(shí)驗(yàn)所用材料容易獲得，為學(xué)生課后的親身體驗(yàn)提供更多的可能性。由于實(shí)驗(yàn)方案、原理、結(jié)構(gòu)一般都比較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)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(shí)也不會(huì)擔(dān)心弄壞實(shí)驗(yàn)器材而有心理負(fù)擔(dān)，在輕松、自由的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得直接經(jīng)驗(yàn)和深切感受。

3.3 充分發(fā)揮教師主觀能動(dòng)性

在農(nóng)村中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)資源的缺乏、不足，甚至空白，教師無(wú)奈地消極對(duì)待，被動(dòng)地等、靠、要，遠(yuǎn)水難解近渴，而解決這一問(wèn)題的捷徑就是發(fā)揮教師的主觀能動(dòng)性。低成本實(shí)驗(yàn)雖然較早提出，但卻普及不高，相關(guān)部門應(yīng)積極對(duì)教師進(jìn)行有關(guān)低成本實(shí)驗(yàn)的培訓(xùn)，真正了解其在物理教學(xué)中無(wú)可替代的實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)，積極開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，能滿足新課程教學(xué)的急切需求。

總之，在實(shí)驗(yàn)條件極為落后的農(nóng)村中學(xué)，要想改變現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)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(kāi)始在農(nóng)村生根，低成本實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展無(wú)疑是一條非常有效的途徑。

［1］閆金鐸，陶洪.物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)［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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，2006（6）:9－13.

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

（責(zé)任校對(duì) 龍四清）