初中低成本物理实验设计研究

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摘要：物理实验在初中物理教学中占有十分重要的地位.文章针对初中物理教学过程中的光学、电学、力学等部分内容，探究了如何采用低成本的方法进行相关物理实验的设计与应用，以提高学生实践操作能力，激发学生对物理学习的兴趣，为今后初中物理教师在日常教学过程中设计并应用低成本物理实验提供一些经验.

关键词：物理实验；低成本；设计

低成本物理实验是利用生活中价格低廉的材料、物品或器具而展开的物理实验教学.一方面，它可以以最小的成本，解决地方中学物理实验教学中器材不足的实际困难，从而满足在经济落后地区开展物理实验教学的需要；另一方面，通过低成本物理实验的设计与应用，可以激发中学生对物理的兴趣，提高学生的实践操作能力［1］.对于刚接触物理的初中生来说，很多物理内容是十分抽象难懂的，所以只有通过亲自操作实验并从中获得物理知识，学生的印象才能更加深刻，学习兴趣才能更加浓厚，动手能力才能得到提高.在初中物理教学过程中，教师采用低成本物理实验，让学生通过实际操作去探究物理知识，可以充分锻炼学生的实践操作能力，提高学生的综合素质［2］.

1低成本光的反射实验

光的反射虽然是一种司空见惯的自然现象，但要使初中生真正掌握光的反射定律并正确解释光的镜面反射、漫反射等光学现象，仅依赖课堂上教师口头的讲解和黑板上的板书、板画对于初中阶段学生来说过于抽象，必须通过课堂上的实验演示，让学生认真观察分析，在直接建立对光的反射现象的感性认识基础上，再通过教师的归纳总结逐步上升到理性认识［3］.根据新编九年义务教育2012年人教版《物理》教材八年级上册中研究光的反射定律的实验示意图，依据教材特点和教学的需要，设计低成本光的反射实验.具体过程如下：准备废弃的纸壳、小镜、胶水、量角器、直尺和小刀.首先在平板上画出一个半圆，并标出相应的度数，用一张废弃的纸壳做成一个扁平的纸盒作为底座，然后将长方形的小镜子粘贴到纸盒的正中间，并将纸板紧靠小镜垂直粘贴于底座上.用激光笔紧贴纸板照射小镜，光就会沿镜面反射出去.其经镜面反射出去的光线也会出现在纸板的另一侧.通过标注的度数测量得到入射角=反射角.通过这样的实验演示，既加深了学生对物理学科学习特点的认识，牢固地掌握了与光的反射相关内容的知识点，又培养了学生学习物理知识的兴趣，激发了学生学习物理的愿望.

2低成本自制验电器验电实验

带同种属性电荷的导体会发生排斥，当用带电的导体接触金属球，由于金属球和金属棒及金属箔都是导体且依次连接起来，就好比一个导线被通上了电，假想一下电荷在金属棒的尾端也就是两个金属箔的顶端时，电荷会由于电势差而“分流”到两个金属箔，从而使两个金属箔带电，这样由前面的同性相斥原理就可以判断当金属箔分叉时就说明用来接触金属球的导体是带电的，用这种原理就可以自制验电器来验证导体是否带电［4］.准备以下实验的材料和用具：透明玻璃瓶一个、铁丝一段、锡纸两片、泡沫一块、塑料尺子和剪刀一把.首先在泡沫板上剪出玻璃瓶瓶口大小的圆，用来覆盖瓶口.然后在剪好的圆形泡沫板圆心处钻个小孔，把铜丝穿过去，并把铜丝弯出钩状.最后用剪刀剪下两小条锡箔纸，每张锡箔纸条上端剪一个小孔，挂在铜丝的勾上，放回玻璃瓶中.把塑料尺子在头发上反复摩擦，当其开始吸引头发时，就说明带电了.用尺子接触自制的验电器上的金属环，可以看到，两张锡纸片张开一定的角度，证明梳子带上了静电.该实验要注意操作环境，一定要在干燥的环境下才容易成功.还要注意在操作过程中，手不可接触到金属丝，与金属丝接触的也一定不能是金属，否则容易将产生的电荷导走.该低成本自制验电器验电实验制作简单，取材方便，效果明显.学生动手自制教具，随堂实验，既能锻炼学生的实验设计能力，又能提高学生的实际操作水平.

3低成本潜水艇浮沉实验

利用笛卡尔的浮沉子原理，通过改变外部压强来改变小瓶子内部气体的体积来控制沉浮，设计潜水艇的浮沉实验.实验的材料和用具包括大矿泉水瓶、小瓶子、针和水.首先将大矿泉水瓶和小瓶子里分别倒入水，倒入水的高度约为瓶子高度的3/4.注意在加水之前，先确定好水位线，刻画好水位线之后，再进行注水.小瓶子加水后进行密封，再用针在小瓶子的底部扎几个孔，最后将小瓶子倒装入大矿泉水瓶中，拧紧大矿泉水瓶的瓶盖.当用手捏装有水的大矿泉水瓶时，放在大矿泉水瓶里的装有水的小瓶子会沉在大矿泉水瓶的底部，松开手小瓶子就会浮起来.经过实验，大矿泉水瓶在受力和复原后，小瓶子出现上下沉浮的现象，以此说明了潜水艇的沉浮原理.本实验从制作到进行实验再到观察现象，不仅能够极大地提升初中生的动手能力以及资源的利用率，还能够起到事半功倍的效果，同样得到一些高价材料制作所得到的现象，同时，还可以循环利用，达到低成本、高效益的目的.

4其他低成本实验

初中物理教学中还有许多可设计和应用的低成本实验.比如声的传播实验，利用旧手机或者旧闹钟用塑料袋密封浸入装满水的塑料盆中，学生在教室中仍然能听到声音传出，从而比教科书更加生动地向学生阐明声传播的原理.学生不仅能更加形象地理解声传播的原理，还提高了对物理学习的兴趣.在摩擦力的实验中，用废旧的木板、空雪碧瓶子、肥皂水和废旧玻璃板来进行实验.先将雪碧大桶空瓶注满水，在其瓶盖处拴一根废旧绳子方便拖拽，将装满水的瓶子在粗糙的木板上拖拽1m，然后再将一块废旧玻璃泼上肥皂水，将装满水的瓶子放在上面拖拽，会发现，在光滑的玻璃上面拖拽瓶子会比在粗糙的木板上更加省力，从而使学生生动直观地了解摩擦力.设计开发并应用低成本物理实验的过程，不仅使初中生体会到参加实验的快乐，更能培养他们在日常生活中勤俭节约、创新思考的好习惯［5-7］.

5结语

总的说来，初中低成本物理实验操作大多比较简单，初中生可以通过明显的实验现象观察到相应的实验结果，而且由于实验成本较低，实验材料易得，使得学生在日常生活中也能够完成相应的操作，所以，极大地激发了学生的好奇心，提高了动手能力，使学生的学习由被动变为主动，收到了非常好的教学效果.因此，中学物理教师在教学过程中应当深入生活，多多寻找适合低成本实验的生活素材，为初中低成本物理实验的设计和应用创造更多的条件.

参考文献：

［1］张伟，郭玉英，刘炳升.“非常规”物理实验概念探讨［J］.物理教师，2006（8）：27-30.

［2］张梅.初中物理低成本演示实验的开发与应用［J］.数理化解题研究，2019（11）：37-38.

［3］曹小芳，王学文.农村中学物理实验低成本教学资源拓展的思考［J］.当代教育理论与实践，2014（4）：8-10.

［4］周小燕.中学物理静电演示实验研究［J］.物理实验，2014（1）：15-18.

［5］范增，吴桂平.试论低成本实验在民族地区中学物理教学中的应用［J］.民族教育研究，2013（1）：64-67.

［6］雷庆，徐斌全，宋树平，等.农村中学开发低成本物理实验的研究［J］.内蒙古师范大学学报（教育科学版），2008（2）：139-141.

［7］于冬亮，程寅瑞.低成本初中物理演示实验的开发［J］.江苏教育学院学报（自然科学版），2009（4）：119-121.

作者：马宏源 朴仁善 李军 张志宏 王文达 单位：白城师范学院 物理与电子信息学院 白城市第三中学