初中物理实验教学现状分析及低成本实验的理论研究

　　物理学是一门实验科学,物理规律的建立和物理理论的验证都与实验密切相关。物理课程标准指出:使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验，可以拉进物理学和生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性。《物理课程标准》还把“科学探究”列入了教学内容标准。“从生活走向物理,从物理走向社会”是物理新课程的基本理念,新课程提倡使用身边的物品进行物理实验,拉近物理学与生活的距离,让学生深切感受到科学的真实性,感受到科学与社会、科学与日常生活的关系。就目前而言,我们国家的经济还有一定的困难,很多实验器材不能按物理教材的要求配置齐全,特别是广大乡村中学和边远山区中学,实验器材更是缺乏。结合我市实际，物理实验教学的现状还是不容乐观的。部分学校存在追求升学率而重理论轻实践的情况，有的学校为应付实验操作考试才开展实验，而不是贯穿在平时物理教学中。因此物理教师要想方设法地开发物理实验资源,引导学生开展科学探究活动。而利旧利废,因陋就简,就地取材,充分利用身边的物品开发、设计各种物理实验不失为一种较好的方法。下面就结合自己实践谈一些粗浅的看法。

　　一、初中实验教学的现状

　　1.实验投入

　　二十世纪八十年代中期，初级中学都相继建起了物理实验室和生物化学合一实验室模式的"农村初中实验中心"，有了开展实验教学的基地，装备条件有了巨大变化，实验教学得以巩固和发展。但随着时间的推移，课程改革的推进，原有的装备已不适应现代教学的需求。加之原有的实验器材老化，损耗严重，资金投入严重不足，以至仪器缺损无法填补、维修，学生分组实验根本无法做，甚至连一些演示实验也做不起来。本该作实物操作的实验却被搬到了黑板上，成了"黑板实验"，长期的"黑板实验"，使学生失去了"实验的兴趣"，感到学习物理很乏味。

　　2.实验室工作人员的状况

　　中学的物理实验教师年龄结构偏大，以临近退休年龄人员为主。工作上精力不足( 已力不从心)，专职人员少、兼职人员多，接受新生事物的能力比较差，业务水平不高，参加培训机会少，离实验室工作人员的要求相距太远，这样一支队伍，维持日常教学已挺费劲，要全面实行实验准备 实验及实验后的仪器整理和维修就恐怕是勉为其难了，怎能把实验工作开展得如火如荼?

　　3.教师思想上的麻痹：小看"小实验"

　　在中考中，物理实验操作考试是30分，占有很大的比例。在新教材中，教材列出了许多小实验，而在教学过程中教师小看了这些"小实验"，认为这些学生一看就明白的小实验，没必要做。久而久之，使得一些小实验学生没有掌握，有些小实验没见过，甚至有些都没听说过。导致"大"实验更是不理解。

　　4.实验教法单一

　　在物理实验教学中，教师往往是采用先准备仪器、做实验、观察现象、归纳出结论的步骤进行。而没以学生实际(认知水平，学习习惯等)、教材特点去设计教法，不注重情境的创设，引发思维的积极性。

　　二、开发物理低成本实验的必要性

　　前苏联的教育巨匠苏霍姆林斯基有这样一名话："学生的聪明才智来自他们的手指尖"，揭示了动手实验的重要性。且学生动手操作是激发学习兴趣，发挥创造性的有益活动。如小实验"你能制霜吗"?让学生动手实践，既提高了学习物理的兴趣，又明白了"霜"的成因，可谓一举两得，何乐而不为?学起于思，思源于疑。如问：物体吸收热量，温度是否升高?激发学生强烈的求知欲望，然后通过实验会收到较好的效果，兴趣是学习的第一老师。如讲热传导时在装水的试管底部放一条小鱼，用酒精灯对试管上部加热，等上部水沸腾时，下面的鱼却安然无恙。像"煮小鱼"、"纸盒烧开水"等生动有趣的实验，使学生的注意力高度集中，让新奇的现象出乎他们的意料之外，使他们的兴趣大增，创造了知识的饥饿感，去发现其中的奥秘，加强了思维能力的培养，

　　在新课标要求下的科学探究活动，要求开设的实验形式多样，需配备的器材品种多而复杂。老师在设计教学活动时，遇到的最现实的困难是：实验器材在数量上的不足、功能上的不完善，甚至是实验空白。面对实际困难，大家在思想上普遍存在着“等”、“靠”、“要”的念头，有的老师干脆是“穿新鞋走老路”，依靠“满堂 灌”，再续“题海战”，在黑板上做“演示”实验，借“flash”作“万能”模拟，从根本上背离新课程标准对实验教学的要求! 为满足快速发展的课程改革需要，在实验器材方面急需作出超常地努力。在数量上补充器材不足，在功能上改进与完善，开发新实验填补实验空白，成为广大教师与实验室工作人员的迫切需要解决的问题。而解决这一问题的有效捷径就是开发低成本实验。

　　所谓低成本实验是指利用日常生活中容易得到的、便宜的甚至是废旧的材料，自己加工成的结构比较简单的实验器材和科技作品。在学生的日常生活中，可以利用的课程资源十分丰富，学生身边可以用作实验的物品比比皆是。可以从生活用品、废旧物品、儿童玩具、日常体验等途径设计物理低成本实验。开发的低成本物理实验资源，不仅是实验器材的简单, 更是实验装置的简化, 实验现象的明了，实验时间的缩短。低成本物理实验成本虽低, 但“成本低而智慧不低、成本低而技术不低、成本低价值不低”, 它代表了中学物理实验教学的一种发展趋势和方向,因此大力开发初中低成本物理实验资源具有广阔前景。

　　三、开发低成本物理实验的基本原则

　　开发低成本物理实验要遵循一定的原则，把握好开发原则，灵活地运用各种途径，是开发低成本物理实验的基本前提。设计低成本物理实验应遵循以下基本原则：

　　1.科学性

　　物理实验首先应该正确反映物理现象和规律,反映物理现象变化的客观过程。一个巧妙的实验设计除了器材上的合理应用以外,还应该包含精彩的实验方法,不仅能够释疑解难,而且能够透过具体的实验给人以解决其他问题所需的智慧方法的启迪,提高学生解决实际问题的能力。

　　2.简易性

　　麦克斯韦说过:“一项演示实验使用的器材越简单,学生就越熟悉,就越想彻底地获得所验证的结果”。尤其在农村地区实验设施欠缺的情况下,我们所设计的实验就更应该用材简单易寻,就地取材,如利用生活中的廉价材料(如橡皮筋、气球、鸡蛋、土豆、蜡烛、塑料袋) 、易得材料(如水杯、钢勺、塑料尺、硬币) 和废旧材料(如易拉罐、饮料瓶、牙膏皮) 等。

　　3.直观性

　　实验的重要作用就是让学生用感官能够直接观察和感受具体的物理现象与实验过程。利用低成本物理实验的优势,可以对书本上的一些实验进行改进：对现有仪器进行改进或改装、自制或仿制新的教具、设计新的小实验或小制作等，尽可能增加实验的可见度和可信度,提高实验的直观性。

　　4.安全性

　　在设计实验时应该尽量避免一切有危险的和对身体有害的实验。例如八年级教材中的托里折利实验中的水银对人体有害,不宜安排为学生实验,可将其改为一个演示实验: 找一个医用针筒,用细线和薄膜堵住针筒口子,由于大气压的作用,针筒活塞下可以挂几千克的物体而不会掉下来,这既可证明大气压的存在,也可让学生粗略地测出大气压值。

　　5.创造性

　　低成本物理实验是学生探究活动的一个有机组成部分, 它的作用不仅仅是了解、研究自然规律和获取信息。学生通过自主的动手、动脑,他们的创造力得到培养，实践能力也都到发展。因此低成本实验的大部分器材可以让学生自己设计制作, 这样可以培养他们的实践能力和创新思维。

　　四、开发低成本物理实验的途径

　　在学生的日常生活中的，可以利用的课程资源十分丰富，学生身边可以用作实验的物品比比皆是，教师要引导学生善于从生活用品、废旧物品、儿童玩具、日常体验等各个方面去开发设计低成本物理实验。

　　1.从生活用品中开发低成本物理实验

　　很多生活用品都可以用来设计有趣的物理实验,这不但可以增加实验的真实感、可信度,而且缩短了实验与学生间的距离。

　　例如声音能在液体中传播的实验,八年级物理教材是通过鱼儿听见拍手声音来探究的,为了增强实验的趣味性和直观性,对其进行改进。先将手机装入塑料袋内,并用一根长线密封好，然后把它慢慢浸没于水槽中，用另一个手机对其进行拨号,手机开始振铃。学生不仅看到手机屏幕的亮光,而且听到从手机发出的声音。实验表明了声音可以在固体、液体、气体中传播，同时也让学生体验了探究物理规律的方法。

　　在真空不能传播声音的实验中，装置的气密性和抽气机的质量都会影响实验效果。选用暖水瓶做实验，效果会更好。将音乐芯片的开关打开，音乐声响起，然后将其放入空的暖水瓶中，塞紧瓶塞，音乐声消失。实验设计时用极易寻得的暖水瓶克服了课堂上制备真空的难题，实验对学生来说感到格外亲切,拉近了物理学与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,科学和日常生活的关系。

　　2.从废旧物品中开发低成本物理实验

　　一些废旧物品也是可以充分利用的实验资源,如废旧的纸盒、易拉罐、塑料瓶、旧弹簧、橡皮筋等，充分地利用他们，不仅可以变废为宝，而且有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的习惯。

　　例如在摩擦力的教学中，教师先在一个容量为2﹒5升的雪碧瓶里装满水，旋紧瓶盖，然后让一位力气小的女生手握雪碧瓶，将其举高，女生轻而易举的完成。接着在雪碧瓶外表面涂上洗洁剂，再请一位力气大的男生重复女生的动作，他使出全身力气，结果也没有把雪碧瓶举起来。通过这个对比实验，课堂气氛迅速活跃起来,学生的好奇心和探究欲望一下被调动起来，

　　学习了凸透镜后，要求学生课外收集身边的一些凸透镜，并用他们来观察身边的物体。学生们收集的凸透镜可谓五花八门：盛满水的玻璃杯、盛满水的透明气球、盛满水的饮料瓶、盛满水的一次性塑料杯、盛满水的废旧灯泡、玻璃球(如跳棋),甚至还有自己磨制的冰块等。学生的积极性很高,对观察的结果也很好奇。这样的课外小实验简单易做,取材容易,不受条件限制,拉近物理学与生活的距离，对学生的独创性、想象能力的培养有极大的好处。

　　3.从人体体验中开发低成本物理实验

　　新课程不仅重视知识和技能目标的实现，而且特别强调体验性学习目标的达成。充分地开发人的器官在学习中的体验潜能，可以让学生在探究活动中获得知识，增长才干。

　　例如寒冷的冬天，学生通过搓手使机械能转化为内能，手变暖和了，从而体会了摩擦生热的道理。农村地区道路普遍较差，下雨以后，路面很滑，学生很容易摔倒，有的学生通常在鞋上拴上稻草或绳子后，就不易打滑了，学生从中体会到了摩擦力和接触面的粗糙有关的道理。摩擦力的方向也可以通过一个小实验来感受：将手掌紧贴桌面，用力使手掌向前推，可以感受到桌面与手掌接触面上阻碍运动的力(即摩擦力)的存在，同时也可感受到这个力的方向。通过学生的这些亲身感受所学到的知识，比任何语言描述都更生动，更可信，印象也更深。

　　4.从儿童玩具中开发低成本物理实验

　　很多儿童玩具都是利用物理原理设计制作的。所以,玩具也是一种难得的课程资源，利用儿童玩具开发低成本物理实验，可以让学生在玩中学习物理知识。

　　例如学习了平抛运动后，让学生回家自己制作教具来研究做平抛运动的物体的轨迹。学生们积极地开动脑筋，充分地利用各种资源：爱好体育的学生用手抛足球来演示平抛运动的轨迹;喜欢戏水的学生用向水中扔石块来研究平抛运动的轨迹，有的学生用手挤盛满水的眼药水瓶来研究平抛运动的轨迹;有的学生用盛水的输液瓶和输液管来演示平抛运动的轨迹，甚至有学生用玩具水枪来研究平抛运动的轨迹。通过学生的积极动手，反复实践，使他们在玩耍中对平抛运动的轨迹和射程等知识有了比较深刻的体验。这样的课外活动一方面丰富了学生的感性认识，增加他们学习的乐趣和信心，另一方面也培养他们的科学实践能力和创新精。

　　低成本实验的开发与应用，既可有效弥补教学所需，又具有现成实验器材所难以承载的独特的教育价值——取材方便、成本低廉;制作简便、动手动脑;参与互动、接 近生活;启发思维、培养能力等诸多意义。正如南师大博导、著名的物理教育家刘炳升教授所说：“成本比较低廉，亲切、吸引学生参与、给学生更多动手动脑机会，有利于渗透创造性的教育”、“体现教育现代化的思想精髓”。

　　总之，低成本物理实验不仅是实验器材的简单替代,更是实验装置的简化,实验现象的明了。低成本物理实验成本虽低,运用的智慧不低,具有的内涵不低,教育价值不低,因此应该大力加强低成本物理实验的开发。